Was ist ein Servoumrichter?
Ein Servoumrichter (häufig als elektrische Steuerung bezeichnet) ist ein Gerät zur Steuerung der Ausgangsleistung eines Motors, der beispielsweise zur Erzeugung einer Linearbewegung verwendet wird. Der Servoumrichter regelt genau die Motorleistung und die Motorreaktion gegen einen steuernden Eingang.
Was ist ein Servoumrichter?
Ein Servoumrichter (häufig als elektrische Steuerung bezeichnet) ist ein Gerät zur Steuerung der Ausgangsleistung eines Motors, der beispielsweise zur Erzeugung einer Linearbewegung verwendet wird. Der Servoumrichter regelt genau die Motorleistung und die Motorreaktion gegen einen steuernden Eingang. Der dadurch notwenige Antriebsstrang (Regelkreis) ist hier schematisch dargestellt.
Der Servoumrichter regelt genau die Motorleistung und die Motorreaktionen und gleicht diese regelmäßig über das Feedback-System im Motor mit dem Soll- und Istwert des Programmes oder der übergeordneten SPS ab.
Wie arbeitet ein Servoumrichter?
Der Elektromotor (Servomotor) für den elektrischen Antrieb benötigt eine saubere Drehstromversorgung. Die ankommende Wechselstromversorgung aus dem Stromnetz mit fester Frequenz wird gleichgerichtet, um ein Gleichstromsignal bereitzustellen; dies wird dann geglättet und die Schaltung sorgt für eine Entkopplung der Eingangs- und Ausgangsstufen, wie unten gezeigt.
Die Ausgangsstufe verwendet softwaregesteuerte Transistoren mit isolierten Gate-Elektroden zum Schalten und Bereitstellen einer dreiphasigen Wechselstromversorgung mit variabler Frequenz für den Motor. Um die Endstufe genauer zu verstehen, können wir auf das folgende Ersatzschaltbild verweisen.
In der Schaltung werden die softwaregesteuerten Transistoren durch die Schalter 1 bis 6 dargestellt; ein Mittelabgriff jeder Spalte von Schaltern ist mit einer einzelnen Phase der Motorwicklungen verbunden. Im Diagramm sind die Schalter 5 und 4 geschlossen, wodurch Strom durch die W- und V-Phasen fließt. Im nächsten Betriebsmodus können die Schalter 5 und 4 öffnen und 3 und 2 schließen. Dadurch wird Strom durch die V- und U-Phasen geleitet. Die Software steuert das aufeinanderfolgende Öffnen und Schließen der Schalter und die Dauer jedes Schritts. Hierdurch entsteht eine Pulsweitenmodulation.
Die variierende Impulsbreite simuliert effektiv eine AC-Wellenform, wie sie von der Last der Motorwicklungen gesehen wird. Beispielsweise führt bei „A“ im obigen Diagramm eine Impulsbreite von „0“ zu einer Nullspannung an den Wicklungen, während bei „B“ die maximale Spannung angelegt wird.
Wie wähle ich einen Servoumrichter aus?
Der Elektromotor (Servomotor) des elektrischen Antriebs benötigt bestimmte Leistungsdaten. Diese wiederum ergeben sich aus der Anwendung.
Motorspannung, Nennleistung und Volllaststrom müssen aufeinander abgestimmt sein; eventuelle Überlastanforderungen müssen berücksichtigt werden, beispielsweise wenn ein höheres Drehmoment zum Anlaufen erforderlich ist.
Das Feedbacksystem Elektromotor (Servomotor) und alle Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Anforderungen sollten berücksichtigt werden.
Auch die notwendigen Kommunikationsprotokolle zur übergeordneten SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung wie beispielsweise EtherCAT, PROFINET, PROFIBUS, EtherNet/IP, DeviceNet & CANopen sind wichtig für die Auswahl des richtigen Servoumrichters. Die zwei Baugrößen der Norgren-Servoumrichter sind speziell für die Motorleistungen der Elektromotoren (Servomotoren) ausgewählt worden.
Servoumrichter können als „Single-", „Gruppen-", oder „Multifunktion“ genutzt werden. „Single-“ sind die einfachsten und werden häufig in Haushaltsgeräten oder einfachen Industrieanwendungen verwendet; „Gruppen-“ eignen sich für den Einsatz in komplexeren Systemen und „Multifunktion“ werden in mehrmotorigen Anwendungen (Gleichlauf) verwendet. Hierbei kommunizieren zwei oder mehrere Servoumrichter als Slave und Master untereinander.
Da eine Berücksichtigung aller Parameter schwer ist, empfiehlt Norgren den online Konfigurator zur exakten Auslegung eines elektrischen Antriebes und des entsprechenden Servoumrichters zu nutzen.
Was benötige ich noch, damit der Servoumrichter mit dem Elektromotor (Servomotor) kommunizieren kann?
Eine geeignete elektrische Versorgung und die dazugehörige Verkabelung zu den Geräten sind unerlässlich. In jeder Anwendung muss der Elektromotor (Servomotor) direkt mit dem richtigen Motor- und Feedbackkabel verbunden sein, damit die Kommunikation zwischen Servoumrichter und Servomotor optimal ist. Hierbei sind die häufigsten Fehlerquellen bei den Inbetriebnahmen zu finden.
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