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Motor-Controller

Kompakter Drehzahlregler für alle EC- und DC-Motoren in Kleinantrieben

| Autor/ Redakteur: Thomas Scholl* / Gerd Kucera

Wie große Motion-Konzepte verlangen auch Kleinantriebe eine präzise Ansteuerung, doch ein kleiner Motor bedeutet fast immer wenig Platz für die Elektronik. Ist das der Fall, kann in allen Anwendungen, die keine Positionierung erfordern, der softwaregesteuerte Kompaktregler Speed Controller SC eine geeignete Lösung sein. Das Modul versorgt wahlweise elektronisch kommutierte EC- oder normale DC-Bürstenmotoren mit der nötigen Spannung.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Moderne Technik setzt wo irgend möglich auf Kosten sparende und Ressourcen schonende Miniaturisierung. Dem tragen kleine, kompakte Antriebe Rechnung. Die am häufigsten verwendeten Kleinmotoren kann man grob in zwei Arten aufteilen, elektronisch kommutierte, so genannte EC-Motoren, und herkömmliche bürstenkommutierte DC-Motoren. Beide stellen unterschiedliche Ansprüche an eine Drehzahlregelung.

Reicht bei den DC-Motoren eine Pulsweitenmodulation (PWM) der Versorgungsspannung, so setzen EC-Motoren zwingend eine frequenzvariable Drehstromversorgung voraus. Bisher waren dazu jeweils unterschiedliche Regler nötig, die Lagerhaltung, Logistik und Ersatzteilmanagement verteuerten. Um dies zu vermeiden, hat der Kleinmotorenexperte Faulhaber einen kompakten Drehzahlregler entwickelt, der beide Antriebsvarianten ansteuern kann.

Nur ein einziger Regler für zwei Motortypen

Grundlage des Speed-Controller-Konzeptes ist die Zweiteilung der Komponenten in Leistungselektronik und Steuerungslogik. Je nach Softwarevorgabe für den Steuerungsteil funktioniert der Speed-Controller als EC- oder DC-Regler. Es sind weder mechanische Einstellungen noch ein Bauteilwechsel am Controller nötig.

Dieses Baugruppenkonzept bringt deutliche Vorteile für die Praxis. Die gesamte EC/DC-Motorenpalette des Schönaicher Herstellers lässt sich mit insgesamt zwei unterschiedlichen Reglerbausteinen steuern. Beide Modelle unterscheiden sich nur in der Versorgungsspannung und dem maximalen Ausgangsstrom. So wird der Platzvorteil eines kleinen Antriebs nicht durch ein überdimensioniertes Regelmodul zunichte gemacht.

Die Software bestimmt die Arbeitsweise

Der Motorcontroller SC 1801 hat bei 4 bis 18 VDC Eingangsspannung 0 bis 18 V Ausgangsspannung und 1 A Dauerstrom (2 A kurzzeitig). Der größere Speed-Controller SC 2804 liefert bei 5 bis 28 VDC am Eingang eine Motorspannung bis 28 V bei 4 A Dauerlast (8 A Spitze). Einstellbare Schutzschaltungen wie Überstrom- bzw. Übertemperatursicherung für den Fehlerfall sind Standard und schützen automatisch die Antriebe. Je nach Motortyp sind folgende Betriebsarten möglich: EC-sensorlos, DC-sensorlos, EC-Absolut Encoder, EC-Hall und DC-Encoder.

Im PWM-Betriebsmodus liegt die Frequenz für DC-Encoder- und EC-Hall-Motoren bei 96 kHz, für die sensorlosen EC- und DC-Varianten bei 24 kHz. Standardisierte Versorgungs- und Motorschnittstellen erlauben den schnellen Einbau. Die Maße der Module betragen für die kleine Variante 34 mm x 25 mm x 14 mm und für die große Bauform 62,5 mm × 38,1 mm × 23 mm.

Der Speed Controller SC 1801 ist für alle Motoren bis 1 A Dauerstromaufnahme geeignet (Archiv: Vogel Business Media)

Weil die Funktion nur durch die Software bestimmt wird, lässt sich die Steuerung variabel an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen. Zurzeit stehen 12 Betriebsarten je Typ zur Verfügung, darunter 9 auswählbare Standardvarianten fertig programmiert als Katalogprodukte. Eine schnelle Bemusterung ist damit sichergestellt. Es lassen sich beispielsweise einfache Drehzahlrampen oder konstante Drehzahl über externe Steuerspannung oder interne (mit oder ohne Sensoreinbindung) Nachführung realisieren.

Eine kundenspezifische Anpassung erfordert lediglich ein Software-Update. Auch spätere Verbesserungen des Produktes beim Kunden sind so schnell realisiert. Selbstverständlich können für die SC-Controller per Programmieradapter und Motion-Manager-SC auch vom Anwender selbst eigene Softwarevariationen erstellt werden. Auf Wunsch sind die gelieferten SC-Controller dann auch mit der spezifischen Kundensoftware programmiert als Plug and play-Version erhältlich.

Der Motor-Manager konfiguriert den Speed Controller

Zum Einstellung der Controller gibt es den Motion-Manager-SC, der auf einer neuen Architektur basiert, aber die gewohnt einheitliche Konfigurations- und Bediensoftware für alle Motion-Controller und Ansteuerungen aus dem Hause Faulhaber bietet. Mit ihm ist die Konfiguration der Controller über Firmwaredownload möglich. Eine Hardware-ID in der Steuerung gewährleistet, dass nur geeignete Firmware-Varianten geladen werden können bzw. nur zulässige Einstellungen möglich sind.

Das große Modell SC 2804 regelt alle Motortypen bis 4 A Dauerstrom (Archiv: Vogel Business Media)

Der Anwender kann nun mit Hilfe des Motion-Managers die für seine Anwendung passenden Parameter wie Strombegrenzung oder Regelparameter ermitteln. Diese Parameter sendet er anschließend an Faulhaber und erhält dann fertigprogrammierte Antriebe mit seiner Wunschkonfiguration. Alternativ kann in Zusammenarbeit mit der Entwicklung auch eine anwendungsspezifische Firmware erstellt werden. Während der Entwicklung bekommt der Anwender Testversionen der Software, die er über den Motion-Manager auf seine Steuerungen laden kann.

Die Software bestimmt, ob der Drehzahlregler für DC- und EC-Motoren zum Einsatz kommt (Archiv: Vogel Business Media)

Ist die Evolution des Programms abgeschlossen und alle Aufgaben der Software perfekt gelöst, erhält der Kunde die endgültige Softwareversion. Natürlich ist es möglich, die Software direkt in die georderten Steuerungen zu programmieren, um Plug-and-play-Controller zu beziehen.

Der SC-Controller erlaubt für viele Anwendungen eine einfache, kompakte Drehzahlregelung aller EC- und DC-Kleinantriebe ohne zusätzlichen Logistikaufwand. Bei Bedarf sind spezifische Lösungen per eigener Software schnell gefunden. Auch spätere Verbesserungen im Einsatz lassen sich problemlos per Software-Update realisieren. Das spart bei Entwicklung, Produktion, Lagerhaltung und Service Kosten und verbessert gleichzeitig die Effektivität der Antriebe.

*Thomas Scholl ist Entwickler für Antriebselektronik bei Faulhaber, Schönaich.

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