maxon motor
maxon motor control Servoamplificatore 1-Q-EC AECS 35/3
Codice prodotto: 215738
Manuale d'istruzioni
Edizione Aprile 2006
L‘AECS (Analog EC Controller Sensorless) è un amplificatore 1-Q-EC per il controllo senza sensori di motori a
corrente continua a commutazione elettronica (senza spazzole).
Non sono necessari indicatori di posizione del rotore (sensori Hall).
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L’ampio campo di tensione ammesso in ingresso pari
a 8 - 35 VDC consente un uso flessibile
dell’elettronica.
Un limite di corrente prefissato limita la corrente del
motore a max. 5 A.
La velocità del motore è controllata e viene impostata
mediante un potenziometro interno oppure un valore
nominale definito esternamente.
La velocità può essere monitorata attraverso l’uscita
monitor della velocità.
Un ingresso „Brake“ permette la frenatura del motore
fino all’arresto.
Con l‘ingresso „Direction“ si può impostare il senso di
rotazione del motore.
Con l‘ingtresso „Disable“ si può interrompere
l’alimentazione della tensione al motore.
Per la connessione al motore si prevedono sia morsetti a vite che connettori Flexprint per motori piatti
maxon.
Con l’aiuto della forza controelettromotrice del motore si individua l‘effettiva posizione del rotore e si comandano gli avvolgimenti del motore.
Grazie allo stadio di potenza Power-MOS-FET integrato si ottiene un’elevata efficienza.
Indice
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Norme di sicurezza .......................................................................................................................................... 2
Dati tecnici ....................................................................................................................................................... 3
Cablaggio minimo ............................................................................................................................................ 4
Messa in servizio ............................................................................................................................................. 6
Funzioni e segnali............................................................................................................................................ 7
Descrizione funzionale di ingressi e uscite...................................................................................................... 9
Posizionamento dei connettori ...................................................................................................................... 15
Quadro delle commutazioni a gradino........................................................................................................... 17
Disegno quotato............................................................................................................................................. 17
Questa versione aggiornata del manuale d’istruzioni si trova in formato PDF sul sito internet
www.maxonmotor.com nella rubrica «Service & Downloads».
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Servoamplificatore 1-Q-EC AECS 35/3 senza sensori
1
Manuale d'istruzioni
Norme di sicurezza
Personale qualificato
L’installazione e la messa in funzione devono essere effettuati esclusivamente da
personale qualificato adeguatamente istruito.
Disposizioni di legge
L’utilizzatore deve verificare che l’amplificatore e i suoi componenti vengano montati
e connessi rispettando le disposizioni di legge locali.
Disinserire il carico
Alla prima messa in funzione il motore deve funzionare a vuoto, cioè in assenza di
carico.
Dispositivi di sicurezza
Le apparecchiature elettroniche non sono di per sé protette contro disfunzioni. Macchine ed impianti debbono quindi essere dotati di dispositivi di sorveglianza e sicurezza indipendenti. In caso di disfunzione delle apparecchiature, di errata manovra,
di disfunzione dell’unità di controllo e di comando, di rottura di cavi ecc., il controllo ovvero l’intero impianto - deve portarsi in condizioni di sicurezza.
Riparazioni
Le riparazioni possono essere effettuate soltanto in strutture autorizzate o presso il
costruttore. Le riparazioni eseguite da personale non specializzato possono comportare pericoli per l’utilizzatore.
Pericolo di vita
Verificate accuratamente che durante l’installazione tutte le parti dell’impianto coinvolte siano senza corrente!
Dopo l’avviamento non toccate conduttori sotto tensione!
Manipolazione durante i lavori di cablaggio
Le connessioni dei cavi devono essere effettuate solamente in assenza di corrente.
Tensione massima d’esercizio
La tensione d’esercizio collegata deve stare entro i limiti di 8 e 35 VDC. Tensioni oltre 35 VDC o l’inversione delle polarità provocano la distruzione dell’unità.
Comportamento durante la messa in esercizio
Per il principio della commutazione senza sensori è possibile che in situazioni sfavorevoli si presentino difficoltà di avviamento del motore. Hanno effetti sfavorevoli:
un’elevata coppia di attrito, un momento d’inerzia del carico molto elevato e in genere l’impiego di motori piatti, che funzionano a tensioni elevate (superiori alla tensione
nominale del motore).
Componenti soggetti a danneggiamenti per fenomeni elettrostatici (EGB)
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Servoamplificatore 1-Q-EC AECS 35/3 senza sensori
Manuale d'istruzioni
2
Dati tecnici
2.1 Dati elettrici
Tensione di esercizio VCC ............................................................................................. 8 - 35 VDC
Corrente in uscita in funzionamento continuo Icont .................................................................. 3 A
Max. corrente in uscita Imax (limitata internamente) ................................................................ 5 A
Frequenza di commutazione dello stadio di potenza ....................................................tipo 40 kHz
Campo di velocità (motore con 1 paio di poli) ........................................... tipo 1000 ... 90 000 rpm
2.2 Ingressi
Direction ..................................................................Segnale logico (5 V) o interruttore verso Gnd
Aperto o livello High = rotazione in senso orario
su Gnd = rotazione in senso antiorario
Brake .......................................................................Segnale logico (5 V) o interruttore verso Gnd
Aperto o livello High = l‘albero motore gira
su Gnd = l’albero motore si arresta
Disable........................................................................................................... Segnale logico (5 V)
Aperto o livello Low = l‘albero motore gira
livello High = il motore è staccato dall‘alimentazione
Set value........................................................................................ Ingresso analogico (0.8 ... 5 V)
2.3 Uscite
Monitor n....................................................................Open Collector (pullup 22 kΩ a 5 V, 10 mA)
Monitoraggio della velocità NOS ..............................Open Collector (pullup 4.7 kΩ a 5 V, 10 mA)
Control voltage OUT .............................................................................Uscita analogica (0 ... 5 V)
2.4 Collegamenti del motore
Avvolgimento 1
Avvolgimento 2
Avvolgimento 3
2.5 Temperatura / Umidità
Esercizio ........................................................................................................................0 ... +40°C
Magazzino ................................................................................................................. -40 ... +85°C
Senza condensa........................................................................................................... 20 ... 80 %
2.6 Dati meccanici
peso...................................................................................................................................ca. 20 g
Dimensioni (Lungh. x Largh. x H) ........................................................................ 74 x 51 x 20 mm
Fissaggio ........................................................................... 4 distanziali esagono M3 filetto interno
Interasse fori.......................................................................................................... 63.2 x 40.6 mm
2.7 Connettori
Power / Signal
Morsetto a vite J1 ............................................................................................................... a 9 poli
Passo ...............................................................................................................................2.54 mm
AWG 26-20 .......................................................................................................... 0.14 ... 0.5 mm2
Connessione del motore
Morsetto a vite J2 ............................................................................................................... a 3 poli
Passo ...............................................................................................................................2.54 mm
2
AWG 26-20 .......................................................................................................... 0.14 ... 0.5 mm
Connettori Flexprint J3........................................................................................................ a 4 poli
Passo .................................................................................................................................1.0 mm
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Cablaggio minimo
3.1 Alimentazione / motore
Impiego con motore maxon EC
Impiego con motore piatto maxon EC
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3.2 Definizione del valore nominale
con potenziometro interno P1
con potenziometro esterno
con valore nominale esterno +0.8 … +5 VDC
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4
Manuale d'istruzioni
Messa in servizio
4.1 Posizionamento dell‘alimentazione
Si può impiegare qualunque livello di alimentazione purchè soddisfi i seguenti
requisiti minimi.
Durante la messa in servizio e l’equilibratura consigliamo di separare meccanicamente il motore dalla macchina, per evitare danni dovuti a movimenti incontrollati!
Requisiti dell‘alimentazione
Tensione in uscita
Ripple residuo
Corrente in uscita
VCC min. 8 VDC; VCC max. 35 VDC
<5%
Secondo il carico. In continuo max.3 A
In accelerazione, ad intermittenza
max.5 A
La tensione necessaria può essere ottenuta come segue:
dati:
• Coppia d‘esercizio MB [mNm]
• Velocità d‘esercizio nB [rpm]
• Tensione nominale del motore UN [V]
• Velocità a vuoto del motore con UN, n0 [rpm]
• Gradiente di velocità del motore ∆n/∆M [rpm/mNm-1]
richiesto:
• Tensione d‘alimentazione VCC [V]
soluzione:
Vcc =
UN
∆n
⋅ (n B +
⋅ M B ) + 1.5 V
n0
∆M
Si scelga ora un’alimentazione che dia almeno la tensione calcolata sotto carico. Nella formula la caduta di tensione allo stadio di potenza è max. 1.5 V.
Che velocità si ottiene con questa tensione d’alimentazione:
⎡
n
n B = ⎢(VCC − 1.5 V ) ⋅ 0
UN
⎣
⎤ ⎡ ∆n
⎤
⋅MB⎥
⎥−⎢
⎦
⎦ ⎣ ∆M
Avvertenza:
Nel caso di impiego dell‘ingresso „Brake“ Capitolo 6.1.2, Funzione freno „Brake“ !
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4.2 Impostazione di base
Con l’impostazione di base i potenziometri e i connettori Jumper sono in una
posizione di partenza favorevole.
Gli apparecchi nell’imballo originale sono già preimpostati.
P1
JP1
JP2
5
Impostazioni di base
Velocità
50 %
Campo di velocità
aperto
Modo velocità
aperto
Funzioni e segnali
5.1 Comportamento all’avviamento
A seconda della posizione di partenza del rotore e dell’entità del carico collegato si instaura, nella fase di avvio, un breve processo oscillatorio.
Durante il processo oscillatorio d’avvio l’albero motore può effettuare movimenti rotatori ad intermittenza verso destra e verso sinistra!
I seguenti fattori hanno un’influenza negativa sul comportamento all’avvio:
• un’elevata coppia di attrito
• un momento d’inerzia del carico molto elevato
• tensione elevate (superiori alla tensione nominale del motore)
Avvertenza:
Per il principio della commutazione senza sensori è possibile che in situazioni
sfavorevoli si presentino difficoltà di avviamento del motore.
Motori a più poli (motori piatti maxon EC) devono funzionare solo mediante il
connettore a ponte JP1 chiuso, altrimenti l’amplificazione risulta troppo grande
e il motore oscilla.
Questo comportamento è particolarmente evidente nei motori piatti maxon.
(VCC > Tensione nominale del motore)
5.2 Limite di corrente
L’ AECS dispone di un limite di corrente di ca. 5 A. All’interno di questo limite il
funzionamento è consentito per max. 20 s. La corrente continua max. è di 3 A.
Una corrente continua più alta causa un sovraccarico termico. Né lo stadio di
potenza dell’AECS né il motore sono protetti da sovraccarico termico.
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Manuale d'istruzioni
5.3 Campo di velocità, Jumper JP1
La velocità massima è limitata dalla tensione di alimentazione e dalla velocità
massima impostabile all’ingresso del valore nominale.
Il Jumper JP1 consente la scelta di due campi di velocità:
Jumper JP1
Velocità massima
Motore a
Motore a
Motore a
1 paio di poli
4 paia di poli
8 paia di poli
aperto
12 000 rpm
3 250 rpm
1 625 rpm
chiuso
90 000 rpm
22 500 rpm
11 250 rpm
Attenzione:
In alcuni tipi di motore è consentito solo un campo di
velocità.
Vedi catalogo maxon „Velocità limite“.
Motori a più poli (motori piatti maxon EC) devono funzionare solo mediante il connettore a ponte JP1 chiuso, altrimenti l’amplificazione risulta troppo grande e il
motore oscilla.
A causa del metodo di commutazione la tensione del
motore non può essere ridotta fino a 0 V. Perciò il motore deve funzionare in modo dipendente da tensione
d’esercizio, carico e tipo di motore con una velocità
minima.
La velocità minima è funzione della costante di velocità e dalla tensione minima del motore. Nell’AECS la
tensione minima del motore è ca. il 10% della tensione di alimentazione.
Esempio.:
VCC = 24 V, kn = 195 rpm V-1
=> tensione del motore UM = 2.4 V, nmin = ca. 500 rpm
5.4 Modo velocità, Jumper JP2
Chiudendo i Jumper JP2 si disattiva il controllo di velocità. Il motore gira alla velocità massima.
8 maxon motor control
Jumper JP2
Modo velocità
aperto
Controllo di velocità (closed loop)
chiuso
Solo commutazione
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6
Descrizione funzionale di ingressi e uscite
6.1 Ingressi
6.1.1
Direzione di rotazione „Direction“
Con l’ingresso „Direction“ si imposta il senso di rotazione dell’albero motore.
Campo di tensione in ingresso
Corrente in ingresso
0 ... +5 V
max. -200 µA
(fonte di corrente int su +5 V)
Non protetto
Protezione da sovratensione
Rotazione in senso orario (CW)
Rotazione in senso antiorario (CCW)
Esempi di configurazione:
Interruttore
Contatto relé
Rotazione in senso Interruttore
orario (CW) aperto
Contatto
aperto
Rotazione in senso Interrruttore
antiorario (CCW) chiuso
Contatto
chiuso
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Ingresso aperto o
tensione in ingresso > 4.0 V
Mettere a terra Gnd o
tensione in ingresso < 1.0 V
Transistor NPN Fotoaccoppiatore
Transistor non
conduce
IC = 0
Transistor
conduce
IC = 200 µA
Transistor non
conduce
IC = 0
Transistor
conduce
IC = 200 µA
Livello logico
HIGH Level
> 4.0 V
LOW Level
< 1.0 V
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6.1.2
Manuale d'istruzioni
Funzione freno „Brake“
Se l’ingresso non è connesso o si applica una tensione superiore a 4.0 V, la
funzione „Brake“ è inattiva.
Se l’ingresso è messo a terra (Gnd-Potential) o si applica una tensione inferiore
a 1.0 V, la funzione Brake è attiva ed il motore viene frenato fino all’arresto con
gli avvolgimenti che vengono collegati tra loro attraverso una resistenza (RPhPh). Il circuito resta chiuso tra gli avvolgimenti finché non viene nuovamente disattivata la funzione „Brake“.
Campo della tensione in ingresso
0 ... +5 V
Corrente in ingresso
max. -200 µA
(fonte di corrente int su +5 V)
Protezione da sovratensione
Non protetto
Ingresso aperto o
tensione in ingresso > 4.0 V
Collegare ingresso a terra Gnd o
tensione in ingresso < 1.0 V
Funzione freno non attiva
Funzione freno attiva
Esempi di configurazione:
Interruttore
Contatto relé
Funzione freno non attiva Interruttore
aperto
Interruttore
Funzione freno attiva
chiuso
Contatto
aperto
Contatto
chiuso
Transistor NPN Fotoaccoppiatore
Livello logico
Transistor non
conduce IC = 0
Transistor
conduce
IC = 200 µA
HIGH Level
> 4.0 V
LOW Level
< 1.0 V
Transistor non
conduce IC = 0
Transistor
conduce
IC = 200 µA
La velocità di frenata massima consentita è limitata dalla corrente di corto circuito massima consentita e dalla massima energia cinetica:
• I <= 10 A
• Wk <= 20 Ws
I valori si possono calcolare come segue:
Con i dati del motore si può calcolare la velocità di frenata massima consentita:
velocità di frenata max.
consentita limitata da
corrente di frenata
(I = 10 A)
nmax = 10 A ⋅ k n ⋅ (RPh− Ph + 0.13Ω)
[rpm]
-1
kn = costante di velocità [rpm V ]
RPh-Ph = Resistenza ai terminali fase-fase [Ω]
Dato il momento d’inerzia la velocità massima si determina con la formula
seguente:
velocità di frenata max.
consentita limitata da
energia cinetica
(Wk = 20 Ws)
nmax =
365
⋅ 10 000 [rpm]
JR + JL
JR = momento d’inerzia del rotore [g cm2]
JL = momento d’inerzia del carico [g cm2]
•
•
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6.1.3
Disabilitazione „Disable“
Abilitazione o disabilitazione dello stadio di potenza. Se l’ingresso „Disable“ non è connesso o è collegato a terra (Gnd-Potential) o si applica una tensione inferiore a 4.0 V,
l’amplificatore è attivato. Se all‘ingresso „Disable“ si applica una tensione superiore a
2.4 V, lo stadio di potenza diventa ad alta impedenza ed il motore si ferma senza frenatura. L’ingresso „Disable“ è protetto da sovratensione.
Campo della tensione in ingresso
Impedenza in ingresso
Max. tensione in ingresso
0 ... +24 VDC
ca. 6 kΩ resistenza a terra Gnd
0 ... +25 VDC
Stadio di potenza attivo >
avvolgimento del motore alimentato
Stadio di potenza inattivo >
l’albero ruota senza freno fino all’arresto
Ingresso aperto o collegato a terra Gnd o
tensione in ingresso < 0.4 V
Tensione in ingresso > 2.4 V
Esempi di configurazione:
a) Interruttore aperto = „Enable“; Interruttore chiuso = „Disable“
Interruttore
Contatto relé Transistor PNP Fotoaccoppiatore Livello logico
Stadio di potenza attivo
avvolgimento del motore
alimentato
Stadio di potenza inattivo
l’albero ruota senza freno
fino all’arresto
Interruttore
aperto
Contatto
aperto
Interruttore
chiuso
Contatto
chiuso
Transistor
non conduce
IE = 0
Transistor
conduce
IE > 0
Transistor
non conduce
IE = 0
Transistor
conduce
IE > 0
LOW Level
HIGH Level
b) Interruttore aperto = „Disable“; Interruttore chiuso = „Enable“
Interruttore
Contatto relé Transistor NPN Fotoaccoppiatore
Stadio di potenza attivo Interruttore
avvolgimento del motore chiuso
alimentato
Contatto
chiuso
Contatto
Stadio di potenza inattivo Interruttore
aperto
l’albero ruota senza freno aperto
fino all’arresto
Aiuto per il calcolo
dati: +Vext = +3.3 … +24 VDC
richiesto:
⎛ V
⎞
Transistor
conduce
IC > 0
Transistor
non conduce
IC = 0
Rext ≤ ⎜⎜ ext ⋅ 6000 Ω ⎟⎟ − 6000 Ω
⎝ 2.4 V
⎠
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Transistor
conduce
IC > 0
Transistor
non conduce
IC = 0
[Ω]
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6.1.4
Manuale d'istruzioni
Valore nominale „Set value“
Impostazione dei valori nominali con alimentazione esterna
La tensione all‘ingresso „Set value“ indica il valore nominale della velocità.
La velocità varia in modo proporzionale al valore nominale.
Campo della tensione in ingresso
Impedenza in ingresso
Protezione da sovratensione
0.8 ... +5 V (riferimento contro Gnd)
> 1 MΩ
Non protetto
Impostazione dei valori nominali con potenziometro interno
L‘ingresso „Set value“ (J1, morsetto 6) deve essere collegato con l‘uscita
„Control voltage OUT“ (J1, morsetto 7)
Avvertenza:
Tenere conto del limite superiore ed inferiore dell’impostazione della velocità
(vedi capitolo 5.3, „Campo di velocità, Jumper JP1“).
Impostazione dei valori nominali con potenziometro esterno
Potenziometro interno P1 a fine corsa a destra
Valore potenziometro esterno
100 kΩ
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Manuale d'istruzioni
6.2 Uscite
6.2.1
„Control voltage OUT“
Se per l’impostazione della velocità si usa il potenziometro interno P1, occorre
collegare elettricamente l‘uscita „Control voltage OUT“ (morsetto 7) con
l‘ingresso „Set value“ (morsetto 6).
6.2.2
Campo della tensione in uscita
Impedenza in uscita
0 ... +5 V
ca. 10 kΩ
Potenziometro P1 Fine corsa sinistro
(antiorario)
Potenziometro P1 Fine corsa destro
(orario)
+5 VDC
0V
Monitoraggio della velocità „NOS“
Per il monitoraggio dello stato si dispone dell‘uscita NOS (Non Operating
Signal).
Campo della tensione in uscita
Corrente in uscita
0 ... +5 V
max. 10 mA contro Gnd
Livello di tensione basso „low“
Il motore gira
max. 0.3 V
Il motrore è fermo
+5 V (4.7 kΩ pullup resistenza interno
contro +5 V)
Livello di tensione alto „high“
Avvertenza:
La rottura di un cavo o la mancanza di tensione d‘alimentazione non possono
essere controllati!
Durante il ciclo di avviamento del motore viene indicato livello di tensione alto
(„High-Pegel“).
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6.2.3
Manuale d'istruzioni
„Monitor n“
La velocità nominale del motore può essere controllata all‘uscita „Monitor n“
dell’elettronica. La velocità nominale è disponibile come segnale digitale
(High/Low) e corrisponde alla metà della frequenza di commutazione.
Campo della tensione in uscita
Corrente in uscita
0 ... +5 V
max. 10 mA contro Gnd
Livello di tensione basso „low“
Livello di tensione alto „high“
max. 0.3 V
+5 V (22 kΩ pullup resistenza interno
contro +5 V)
Si ricerca: frequenza all‘uscita „Monitor n“
f Monitor n =
n set ⋅ z Pol
20
[ Hz ]
nset = velocità [rpm]
zPol = numero di paia di poli del motore
Si ricerca: velocità del motore
n set =
f Monitor n ⋅ 20
z Pol
[rpm]
fMonitor n = frequenza all‘uscita „Monitor n“ [Hz]
zPol = numero di paia di poli del motore
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Manuale d'istruzioni
7
Posizionamento dei connettori
7.1 Posizionamento dei connettori J1 Power / Signal
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Terminale a vite
Passo
AWG 26-20
Monitor n
Monitoraggio della velocità NOS
Control voltage OUT
Set value
Disable
Brake
Direction
Gnd
+VCC 8 ... 35 VDC
A 9 poli
2.54 mm
0.14 ... 0.5 mm2
7.2 Posizionamento dei connettori J2 Collegamento del motore
1
2
3
Terminale a vite
Passo
AWG 26-20
Avvertenza:
connettori adatti a:
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Avvolgimento 1
Avvolgimento 2
Avvolgimento 3
A 3 poli
2.54 mm
0.14 ... 0.5 mm2
maxon EC motor EC∅16 senza sensori
maxon EC motor EC∅22 senza sensori
maxon EC motor EC∅32
maxon EC motor EC∅40
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7.3 Posizionamento dei connettori J3 (Connettore Flexprint a 4 poli)
1
2
3
4
Connettore Flexprint
Passo
Avvertenza:
Connettori adatti a:
16 maxon motor control
Avvolgimento 1
Avvolgimento 2
Avvolgimento 3
Collegamento a stella Y
(non viene usato)
A 4 poli, top contact style
1.0 mm
maxon EC∅14 Motore piatto senza sensori
maxon EC∅20 Motore piatto senza sensori
maxon EC∅32 Motore piatto senza sensori
maxon EC∅45 Motore piatto senza sensori
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8
Quadro delle commutazioni a gradino
9
Disegno quotato
Misure in [mm]
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