Motoren

Konzept

Mit Servoverstärkern der Baureihe AX5000 lassen sich sowohl Drehstrom-Synchronmotoren als auch Drehstrom-.Asynchronmotoren betreiben. Durch diese Flexibilität ist es möglich neben anspruchsvollen Positionieraufgaben in kürzester Zeit auch kostengünstigste Antriebslösungen mit Asynchronmotoren zu realisieren. Das Betreiben von Asynchronmotoren am AX5000 bietet sich an, wenn bei der Konfiguration des Antriebssystems noch ein Kanal frei verfügbar ist und weitere Asynchronmotoren zum Einsatz kommen welche gesteuert betrieben werden sollen. Beim Einsatz von Asynchronmotoren die geregelt betrieben werden sollen, ist die Baureihe AX5000, unabhängig von der Konfiguration des Antriebssystems, eine gute Alternative.

Motordatensatz

In einem Motordatensatz stehen die Motordaten, die der AX5000 für den Betrieb des Motors benötigt. Motordatensätze werden in einer sogenannten Motordatenbank gespeichert. Beckhoff erweitert den Pool an verfügbaren Motordatensätzen kontinuierlich und stellt automatisch beim Update des TwinCAT Drivemanager die neueste Motordatenbank zur Verfügung.

Wenn Sie selber Motordatensätze anlegen, erzeugen Sie eine eigene Struktur und bleiben unabhängig von der Motordatenbank, das heißt,  auch wenn die Motordatenbank von Beckhoff erweitert wird, bleiben ihre Motordatensätze erhalten.

TwinCAT Drive Manager

Die Auswahl von Motoren oder Eingabe der Parameter für neue Motoren, geschieht über den TwinCAT Drive Manager (TCDM). An dieser Stelle werden die für die Parametrierung benötigten Bildschirmmasken erläutert, wenn Sie grundlegende Informationen zum TCDM benötigen, lesen Sie bitte die komplette Dokumentation, welche auf unserer Homepage zum Download zur Verfügung steht.

Starten Sie den TCDM und klicken Sie im Baum unter dem betreffenden Kanal (1) auf den Eintrag (2), im Arbeitsbereich des TCDM erscheint die Motor- / Feedbackkonfiguration. Klicken Sie auf das Feld (3) um zum "Motorauswahlfenster" zu kommen. Im "Motorauswahlfenster" können Sie sich alle verfügbaren Motoren anzeigen lassen oder eigene Motoren inklusiv Motorparameter eingeben (nur bei Asynchronmotoren).

Synchronmotoren

Bei Synchronmotoren können Sie nur einen bereits vorhandenen Motor auswählen, es ist nicht möglich, eigene Motoren zu erfassen. Sollte Ihr Motor nicht aufgeführt sein, wenden Sie sich bitte an unsere Supportabteilung.

Asynchronmotoren

Mit dem AX5000 haben Sie die Möglichkeit, mit einem günstigen Standardnormmotor in Kombination mit einem preiswerten, inkrementalen Geber einen guten Positionierantrieb zu realisieren.

Linear

Lineare Asynchronmotoren werden zurzeit nicht unterstützt.

Rotatorisch

Allgemein

Im folgenden Diagramm finden Sie verschiedene Kennlinien, bezogen auf den Drehzahlbereich eines umrichterbetriebenen Asynchronmotors.

1. Motorauswahl

Sie können entweder einen vorhandenen Motor auswählen (1) oder Motorparameter für einen neuen Motor anlegen (2). Nach der Auswahl klicken Sie auf "OK".(3) um zum nächsten Menü zu gelangen

2. Identifizierende Motordaten

Im nächsten Menü werden identifizierende Motordaten eingetragen bzw. ausgewählt. Der Expertenmodus (9) wird momentan nicht unterstützt. Die Parameter (4) und (5) sind vorbelegt, SIe brauchen sie nicht zu ändern. Im Parameter (6) können Sie den neuen Motorhersteller eingetragen oder einen vorhandenen Motorhersteller ausgewählen. Im Parameter 7 wird passend zum Motor eine neue Gruppe angelegt. Wenn Sie sich strukturkonform zur Motordatenbank verhalten wollen, benennen Sie die Gruppe nach der Nenndrehzahl des Motors. Im Parameter (8) tragen Sie die genaue Typbezeichnung des Motors ein. Überprüfen Sie die Eingaben und klicken Sie auf "Next" (10) um zum nächsten Menü zu gelangen.

3. Motorbasisdaten

Die Basisdaten werden in drei Kategorien "Basis" (1); Temperatur:" (2) und "Bremse" (3) eingeteilt.

Basis (1):

a) Anschlusstyp: Sternschaltung (Star Connection) oder Dreieckschaltung (Delta Connection). Wenn Sie den Motor in Stern- oder Dreieckschaltung verdrahten und betreiben, beachten Sie bitte, dass sich zusammen mit der Motornennspannung auch der Motornennstrom ändert und der AX5000 max. 480 V Nennspannung liefern kann. Die zulässigen Motorspannungen und -ströme bei Stern- oder Dreieckschaltung entnehmen Sie bitte der Motordokumentation / Typenschild.

b) Das Derating ist abhängig von Ihrer Applikation. Derating ist die Differenz zwischen wirksamen Kanalnennstrom und Motornennstrom in %.  Beispiel: Motornennstrom = 4 A; wirksamer Kanalnennstrom = 3 A --> Derating = 25%.

c)  Das Verhältnis von Ip zu In (Überlastfaktor) ist standardmäßig auf 1,5 eingestellt und muss anhand der Motordokumentation / Typenschild überprüft werden.

d) Der Nennstrom muss gemäß Anschlusstyp eingestellt werden und anhand der Motordokumentation / Typenschild überprüft werden.

e) Die max. Motordrehzahl ist abhängig von den mechanischen Eigenschaften und der max. Drehfeldfrequenz des AX5000. Bitte beachten Sie den M/ f Verlauf und die Feldschwächung gemäß der Motordokumentation.

f) Die Nennspannung muss gemäß Anschlusstyp eingestellt werden und anhand der Motordokumentation / Typenschild überprüft werden.

g) Die Nenndrehzahl ist abhängig von der Polpaaranzahl und der Nennfrequenz und muss anhand der Motordokumentation / Typenschild überprüft werden.

h) Die Nennfrequenz ist standardmäßig auf 50 Hz eingestellt und muss anhand der Motordokumentation / Typenschild überprüft werden.

i) Der Leistungsfaktor (cos y) ist standardmäßig auf 0,8 eingestellt und muss anhand der Motordokumentation / Typenschild überprüft werden.

Temperatur (2):

k) Der verwendete Typ der Motortemperaturüberwachung und der verwendete Eingang beim AX5000 müssen ausgewählt werden.:

• 0 = Schalter auf X14 oder X24
• 1 = KTY 83-110 auf X14 oder X24
• 2 = Schalter auf X12 oder X22
• 3 = KTY84-130 auf X14 oder X24

Wenn die von Ihnen eingesetzte Kombination nicht in der Liste aufgeführt ist, wenden Sie sich bitte an unseren Support.

m) Die Temperatur, bei der eine Warnung ausgegeben wird, ist auf 80 °C eingestellt. Dieser Parameter ist nur bei KTY-Sensoren wirksam.

n) Die Temperatur, bei der der Motor abgeschaltet wird, ist auf 140 °C eingestellt und muss anhand der Motordokumentation / Typenschild überprüft werden. Dieser Parameter ist nur bei KTY-Sensoren wirksam.

Bremse (3)

o) Der verwendete Typ der Motorbremse muss ausgewählt werden und anhand der Motordokumentation / Typenschild überprüft werden.

Überprüfen Sie noch einmal sämtliche Eingaben und klicken Sie auf "Next" (4) um zum nächsten Menü zu gelangen.

4. Zusammenfassung

In diesem Fenster werden die eingegebenen Motordaten und die daraus errechneten Daten angezeigt. Bitte prüfen Sie noch einmal ALLE Parameter auf Plausibilität und klicken Sie auf "OK" (5) um zum nächsten Menü zu gelangen.

5a.Standardspeicherordner für selbst generierte Motordatensätze

Der Standardspeicherordner für selbst erstellte Motordatensätze heißt "CustomerGenerated" (1) und der vorgeschlagene Dateiname (2) entspricht dem oben eingegebenen Motortyp (siehe oben 2. "Identifizierende Motordaten"). Dieser Speicherordner hat den Vorteil, dass Sie auf einem Blick Ihre selbst erstellten Motordatensätze finden, allerdings werden sie in der obigen Liste unter 1. "Motorauswahl" nicht mit aufgeführt, sondern sind nur sichtbar, wenn Sie unter 1. "Motorauswahl" den Button "Load" rechts unten klicken. Der vorgeschlagene Name benennt nur die XML-Datei des Motordatensatzes. Zur Darstellung in den Listen wird das XML-File ausgelesen und die entsprechenden identifizierenden Motordaten ("Vendor", "Motor group" und "Motor type") werden als Auswahl aufgelistet.
Zum Speichern Ihrer Daten, klicken Sie auf "Speichern" (4), danach gelangen Sie zum letzten Menü.

Wenn Ihre selbst generierten Motordatensätze direkt in der obigen Liste unter 1. "Motorauswahl" aufgelistet werden sollen, klicken Sie auf das Symbol (3) um in den Ordner "MotorPool" zu kommen.

5b. Standardspeicherordner der Motordatensätze aus der Beckhoff Motordatenbank

Der Standardspeicherordner für bereitgestellte Motordatensätze heißt "MotorPool" (4). Hier stehen sämtliche Motordatensätze aus der Beckhoff Motordatenbank in Form von XML-Dateien. Wir empfehlen, den Dateinamen Ihres selbst generierten Motordatensatzes eindeutig zu vergeben, damit Sie ihn identifizieren können (5):
Kunde = Name Ihres Unternehmens
Mototec = Der von Ihnen vergebene Name (Vendor) unter 2. "Identifizierende Motordaten"
3000 = Die von Ihnen vergebene Motorgruppe (Motor group) unter 2. "Identifizierende Motordaten"
17K456FGH =  Der von Ihnen vergebene Motortyp (Motor type) unter 2. "Identifizierende Motordaten"

Sie können selbstverständlich auch einen beliebigen Dateinamen vergeben. Der vergebene Name benennt nur die XML-Datei des Motordatensatzes. Zur Darstellung in den Listen wird das XML-File ausgelesen und die entsprechenden identifizierenden Motordaten ("Vendor", "Motor group" und "Motor type") werden als Auswahl aufgelistet.

Sie erzeugen pro Motordatensatz eine XML-Datei, in den XML-Dateien für Beckhoff Motordatensätze sind immer die Motoren derselben Motorgruppe eines Herstellers (Vendor) zusammengefasst.

Zum Speichern Ihrer Daten, klicken Sie auf "Speichern" (6), danach gelangen Sie zum letzten Menü.

6. Netzspannung und weitere Einstellungen

Dieses Fenster erscheint auch, wenn Sie einen vorhandenen Motordatensatz auswählen (Synchronmotor oder Asynchronmotor). Sie können die folgenden Eingaben jederzeit anpassen.

a) Sie können eine der vorgegebenen Netzspannungsvarianten auswählen oder eine eigene angeben.

b) Eingabe der Netzspannung (Nur möglich, wenn unter a) keine Spannung gewählt wurde).

c) Eingabe der oberen Toleranz der Netzspannung (Nur möglich, wenn unter a) keine Spannung gewählt wurde).

d) Eingabe der unteren Toleranz der Netzspannung (Nur möglich, wenn unter a) keine Spannung gewählt wurde).

e) + f) Die Phasenüberwachung ist nur bei 3-ohasigem Versorgungsnetz sinnvoll. Phasenüberwachung ein- oder ausschalten (Nur möglich, wenn unter a) keine Spannung gewählt wurde).

g) Mit dieser Einstellung aktivieren Sie automatische Übergabe der Auflösung des Encoders und des Skalierungsfaktors vom AX5000 an die NC. (Nur erforderlich, wenn dieser Motor über eine NC-Achse eingebunden wurde).

h) Die Zykluszeit des Stromreglers beträgt 125µs.

i) Auswahl des ASM-Anschlusstyps. Wenn Sie den Motordatensatz angelegt haben, können Sie nur den unter 3. "Motorbasisdaten - a)" eingetragenen Anschlusstyp auswählen. Wenn Beckhoff den Motordatensatz angelegt hat, können Sie zwischen Sternschaltung (Star Connection) oder Dreieckschaltung (Delta Connection) auswählen.

k) Auswahl des ASM-Steuerungs modus. Wenn Sie "U / f control" auswählen, können Sie den Motor nur gesteuert betreiben, der AX5000 verhält sich dann wie ein Frequenzumrichter. Wenn Sie "i-control with feedback" auswählen, können Sie den Motor geregelt betreiben, der Motor muss aber mit einem Feedbacksystem ausgestattet sein. Klicken Sie auf "OK" (1) um den Vorgang abzuschließen.

Gesteuert

Wenn Sie den Motor gesteuert betreiben wollen, können Sie mit folgenden Parametern Einfluss auf das Betriebsverhalten nehmen.

Abhängigkeit zwischen Anschlusstyp des Motors, Drehzahl und Nennausgangsstrom des AX5000

Beispielmotor:

Asynchronmotor mit 230 V Nennspannung, 6 A Nennstrom bei 50 Hz in Dreieckschaltung  oder 400 V Nennspannung, 3,5 A Nennstrom bei 50 Hz in Sternschaltung

Sollte Ihre Applikation Drehzahlen oberhalb der Nenndrehzahl (1) fordern, so kann diese Anforderung realisiert werden, ohne einen größeren Motor einsetzen zu müssen:
Der AX5000 kann 400 V Kanalausgangsstrom bereitstellen und somit den Asynchronmotor in Dreieckschaltung bis 87 Hz (2) betreiben, ohne das eine Feldschwächung auftritt, das heißt mit Nenndrehmoment. Sie müssen nur beachten, dass ein Nennstrom von 6 A benötigt wird.

Boostspannung

Der Betrieb eines Asynchronmotors mit linearer U/f-Kennlinie (siehe obige Abbildung) bewirkt im unteren Drehzahlbereich aufgrund des dominierenden ohmschen Anteils eine Abschwächung des Drehmoments. Das Stillstandsmoment ist ohne Boostspannung Null. Ferner benötigt der Asynchronmotor nach dem Bestromen eine gewisse Zeit um das Magnetfeld am Rotor aufzubauen um damit die magnetische Kraft bzw. das Drehmoment zu erzeugen. Wenn ihre Applikation diesen Zeitverzug nicht tolerieren kann, besteht die Möglichkeit, über die sogenannte "Boostspannung", welche für eine "Vormagnetisierung" des Rotors sorgt, diesen Zeitverzug zu verkleinern. Mit der "Vormagnetisierung" wird im Rotor ein Magnetfeld erzeugt, obwohl sich der Rotor nicht bewegt. Bei einer Drehzahlsollwertvorgabe steht damit sofort Drehmoment zum Drehen der Rotorwelle zur Verfügung. Die Abhängigkeit zwischen Boostspannung, Drehzahl und Drehmoment ist anhand eines Beispielmotors in der unten stehenden Grafik dargestellt. Der Einfluss der Boostspannung auf auf das Drehmoment ist bei niedrigen Drehzahlen deutlich zu erkennen.

Beispielmotor:
Nenndrehzahl: 1410 min-1
Nennmoment: 10,2
Kippmoment: 28,6
Anzugsmoment: 25,5
Leistungsfaktor: 0,78
Wirkungsgrad: 0,79

Die Boostspannung wird in der IDN-P-0-0103 parametriert. Mit der Default-Einstellung von 10 V wird der Hauptanteil der Applikationen abgedeckt.

Einstellungen für das Hoch- und Runterrampen

Beim gesteuerten Betrieb des Asynchronmotors ist es applikationsabhängig, welche Werte Sie für das Rampen einstellen müssen.
Das Hochrampen wird in der IDN S-0-0136 parametriert und das Runterrampen in der IDN S-0-0137.

Geregelt

Wenn Sie den Asynchronmotor geregelt betreiben wollen, müssen Sie das im Motor eingesetzte Feedbacksystem im TCDM auswählen.

Feedback

Starten Sie den TCDM und klicken Sie im Baum unter dem betreffenden Kanal (1) auf den Eintrag (2), im Arbeitsbereich des TCDM erscheint die Motor- / Feedbackkonfiguration. Klicken Sie auf das Feld "Feedback 1" (3) um zum "Feedbackauswahlfenster" zu kommen. Im "Feedbackauswahlfenster" können Sie sich alle verfügbaren Feedbacksysteme anzeigen lassen.

1a. Feedbackauswahl – Resolver

Sie können nur ein vorhandenes Feedbacksystem auswählen. Entweder Sie wählen das Feedbacksystem eines vorhandenen Herstellers oder Sie wählen ein Standard-Feedbacksystem unter "Unknown" (1) aus. Wenn Ihr Motor mit einem Resolver ausgestattet ist, ermitteln Sie die Kennwerte des Resolvers und wählen den passenden Resolvertyp (2) aus. Typische Kennwerte zur Klassifizierung von Resolvern sind Polanzahl "p" und Übersetzung "n". Klicken Sie auf "OK" (3) um den Vorgang abzuschließen.

1b. Feedbackauswahl - 1Vpp-Encoder

Sie können nur ein vorhandenes Feedbacksystem auswählen. Entweder Sie wählen das Feedbacksystem eines vorhandenen Herstellers oder Sie wählen ein Standard-Feedbacksystem unter "Unknown" (1) aus. Wenn Ihr Motor mit einem 1Vpp-Encoder ausgestattet ist, ermitteln Sie die Kennwerte des Feedbacksystems und wählen den passenden Encoder (2) aus. Typische Kennwerte zur Klassifizierung von 1Vpp-Encodern sind Strichanzahl "s" und Versorgungsspannung "5V oder 5Vfixed". Der Unterschied zwischen den beiden Spannungsvarianten besteht aus dem Einsatz einer Sense-Leitung (5V). Klicken Sie auf "OK" (3) um den Vorgang abzuschließen.

1c. Feedbackauswahl - TTL-Encoder

Sie können nur ein vorhandenes Feedbacksystem auswählen. Entweder Sie wählen das Feedbacksystem eines vorhandenen Herstellers oder Sie wählen ein Standard-Feedbacksystem unter "Unknown" (1) aus. Wenn Ihr Motor mit einem TTL-Encoder ausgestattet ist, ermitteln Sie die Kennwerte des Feedbacksystems und wählen den passenden TTL-Encoder (2) aus. Typische Kennwerte zur Klassifizierung von TTL-Encodern sind Strichanzahl "s" und Versorgungsspannung "5V oder 5Vfixed". Der Unterschied zwischen den beiden Spannungsvarianten besteht aus dem Einsatz einer Sense-Leitung (5V). Klicken Sie auf "OK" (3) um den Vorgang abzuschließen.

Kommutierung

Bei Asynchronmotoren wird das Rotormagnetfeld elektrisch mittels Rotorwicklungen erzeugt, welche vom Servoverstärker bedient werden. Aus diesem Grund wird weder ein teilabsolutes noch ein absolutes Gebersystem zur Kommutierung benötigt, auch wake+shake muss nicht angewendet werden.

X13 (A), X23 (B): Motoranschluss (AX5101 - AX5125 und AX520x)

X14 (A), X24 (B): Motorbremse, Thermokontakt

Ausgangsstrom Die angegebenen Ausgangsströme sind max. Werte. Die tatsächlichen Werte hängen von Ihrer aktuellen Konfiguration ab.

AM2000 mit Resolver

Über Resolver-Leitung.

AM2000 mit EnDat

Temperaturschutzkontakt wird in der Encoder-Leitung zum AX5000 geführt und muss dort über einen Adapter / Y-Kabel auf den Resolver-Anschluss gebrückt werden.

AM2000 mit BiSS

Nicht lieferbar.

AM3000 mit Resolver

Über Resolver-Leitung.

AM3000 mit EnDat

Über Motorleitung.

AM3000 mit BiSS

Über Motorleitung.

Linearmotoren AL2000

Der Thermoschutzkontakt wird über ein separates Kabel aus dem Motor geführt.

1. Bei Benutzung der vorkonfektionierten Beckhoff Motor- und Encoder-Leitung wird zusätzlich die Thermoschutzkontaktleitung ZK4540-0020-xxx benötigt. Diese verbindet den Thermoschutzkontakt mit der Resolver-Schnittstelle des AX5000, auf welchem dann nur die Temperaturauswertung erfolgt.
2. Bei Benutzung der AL2250 Connector Box wird der Temperaturschutzkontakt automatisch auf die Motorleitung gebrückt.

1. Temperaturüberwachung mittels PTC, Klixon oder Bimetall

Auswertung entweder auf der Resolver-Schnittstelle X12 / X22 oder auf dem Temperaturkontakt X14 / X24

2. Analoge Temperaturauswertung (z.B. KTY)

Auswertung nur auf dem Temperaturkontakt X14 / X24