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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DC Servomotor Drehzahl ohne viel Aufwand regeln


Autor: Thomas H. (storebro)
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Hallo Leute, ich will mich kurz vorstellen.
Ich heiße Thomas, bin 26 Jahre alt und von Beruf Zerspanungsmechaniker. 
In meiner Freizeit schraube ich am Auto und betreibe selbst eine 
CNC-Drehmaschine. Das sollte vorerst reichen :-)
Da ich in Sachen Elektrik/Elektronik komplett Ahnungsbefreit bin, steh 
ich nun bei euch auf der Matte g

Nun zu meinem Problem:
Ich wll mir eine kleine Honmaschine bauen, um ein Hongerät von PEMAMO 
anzutreiben. So eine Maschine kann ich zwar von PEMAMO kaufen, kostet 
aber 7500,-€. Ist mir viel zu teuer, da ich alle Fräs- und Drehteile bei 
meinem Arbeitgeber machen kann. Also kostet mich das Ding fast gar 
nichts, außer die Elektronik. Hier mal ein Link zu besagten Maschine, 
damit man sich was vorstellen kann: 
http://www.pemamo.ch/machine_mdr_120_d.html

Meine erste Überlegung war, einen Asynchronmotor (0,55Kw) mit FU 
anzutreiben. Ich habe aber Angst, das der Motor bei niedrigen Hz (in 
meinem Fall ca. 10Hz) viel vom Drehmoment verliert und auch nicht sauber 
laufen wird. Das Problem ist, dass ich Drehzahlen von 300-3000U/min 
brauche. Untersetzen wollte ich den Motor (1500U/min bei 50Hz) nicht, 
sondern direkt an die Spindel flanschen. Ist nun vorerst gestorben, weil 
ich nicht 100%tig sagen kann, ob das mit dem Motor und dem FU klappt.

Nun war meine Überlegung, einen DC Servo zu verbauen. Weiß aber nicht, 
wie ich den am einfachsten regeln soll. Ich müsste nur die Drehzahl 
regeln können, nicht mehr und nicht weniger. Das Drehmoment sollte aber 
nicht zu sehr abfallen, bei geringen Drehzahlen. Je größer die Honahle, 
umso geringer muss die Drehzahl sein und umso mehr muss der Motor 
leisten.
Auch bei Lastwechsel sollten die Schwankungen nicht zu groß sein, wobei 
wirklich keine großen Lastwechsel auftreten werden.
Das alles zu einem möglichst günstigen Preis. Mehr als 300,-€ will ich 
für den Motor + Regler nicht ausgeben. Ein Asynchronmotor (220V, 0,55KW, 
ca. 3,5Nm bei 50Hz) kostet mich ca. 90,-€ und der FU 110,-€, beides 
Neuteile.

Nun meine Frage:
Wie bekomme ich das mit der Regelung gebacken? Muss es für meinen Zweck 
ein Servo sein, oder reicht auch ein "normaler" DC Motor? Reicht ev. 
auch der von mir Anfangs geplante Asynchronmotor mit FU?

Ich bedanke mich für eure Hilfe und warte gespannt auf Antworten.

Einen schönen Abend, Thomas

Autor: Lukas B. (lukas-1992) Benutzerseite
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Ich würde ein normalen DC-Motor verwenden und dne mit PWM ansteuern.
Dann würde ich einen Drehzahlsennsor nehzmen einen µC und eine gute 
Brücke (mit ordentlichen FET's, ev. sogar H-Brücke kanst sogar rechts 
und linkslauf einstellen).
Bei mir würde die Software ins Gewicht fallen, die wird sicher einiges 
an arbeit geben, dammit sie richtig läuft.

Ich würd mal einfach mit einem kleinen Versuch probieren...


Grüße Lukas

Autor: Thomas H. (storebro)
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Puhh, hört sich für mich nach viel Arbeit an. Muss jetzt erst mal die 
ganzen Fachbegriffe googlen, damit ich "auch" weiß was du mir sagen 
willst :-)

MFG, Thomas

Autor: GasT (Gast)
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Servus!

Ich würde hier zum Asynchronmotor + FU greifen.
Die Umrichter sind heutzutage sehr ausgereift:
Sensorlose Drehzahlsteuerung, 150% Drehmoment ab 1 Hz, ...
Ein Servossystem würde Dich bestimmt doppelt so teuer kommen!

MfG

Autor: Thomas H. (storebro)
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Hallo Gast,
ja, die Alternative mit FU wird wohl vom Preis-Leistungsverhältnis 
besser sein. Das System mit Servo würde mir zwar besser gefallen, aber 
ich habe leider keinen Geldscheißer.

Ich möchte die Drehzahl aber trotzdem direkt von der Spindel zusätzlich 
abgreifen, damit ich genau sagen kann wie schnell der Motor dreht. Hab 
gelesen, das es bei den FU's einen sogenannten Schlupf gibt. Soll 
heißen, dass ein Motor mit 1500U/min. bei 50Hz nicht gleich 7500U/min 
bei 25Hz dreht, sondern weniger. Möchte das nur unter Kontrolle haben. 
Aber das ist vorerst das kleinste Problem.

MFG, Thomas

Autor: MaWin (Gast)
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Es ist im wesentlichen eine Frage der Lebensdauer.

Drehstrommotore sind so gross, weil sie i.A. für 'ewig' gebaut sind.
Servomotore halt nur für gelegentlichen Lauf (wobei auch Servomotore ein 
Drehstrommotor sein können, weil bürstenloser Gleichstrommotor ist 
nichts anderes als ein Drehstrommotor mit FU)
Bohrmschinen(allstrom)motoren für Kurzzeiteinsatz.

Wenn du statt Untersetzung nur eine Drehzahlregelung haben willst, musst 
du beachten, daß das Drehmoment bei Drehzahlregelung nicht zunimmt, bei 
Getriebeuntersetzung hingegen schon. Selbst mit Trick (Ueberspannung bei 
geringer Drehzahl weil's eh nicht zu warm wird) erreicht man das 
Drehmoment einer Untersetzung nicht.

Ob der Drehstrommotor oder ein Allstrommotor oder ein DC-Motor den 
saubereren Lauf bei 300upm bringt, liegt am Motor, mit wie vielen Polen 
er gebaut ist. Professionelle Maschinenbauer verwenden eine 
Schwungscheibe und einen Riemenantrieb, damit das Werkzeug 
gleichmässiger läuft.

Ob ein 10Hz Direktantrieb-Drehstrommotor für deine Anwendung ausreichend 
laufruhig ist, kann ich dir nicht sagen. Den Servoteil des Servomotors, 
der Absolut -winkel oder -position liefert, brauchst du jedenfalls 
nicht. Beim Gleichstrommotor kann ein Tachogenerator sinnvoll sein, wenn 
man die Drehzahl regeln will. Obwohl die exakte Drehzahl bei deiner 
Anwendung egal ist, kann man ihn nutzen, um das gefühlte Drehmoment zu 
erhöhen.

Autor: Thomas H. (storebro)
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Ich kann schon untersetzen, dann mit Zahnriemen, aber dann muss der 
Motor ja noch höher drehen, damit 3000U/min. an der Spindel anliegen. 
Wie du es schon gesagt hast, ist die exakte Drehzahl für mich nicht so 
wichtig. 20U +- ist überhaupt kein Problem.

Was haltet Ihr denn davon:
Drehstrommotor, 12 Pole, 0,3 KW, 300U/min. bei 50Hz. Drehmoment weiß ich 
leider nicht.

Die frage ist nur, ob das Ding auch 3000U/min. aushält. Hab da leider 
keine Erfahrung damit. Könnte ja immer noch bisschen übersetzen. Glaub 
das das Drehmoment nicht schlecht ist bei 12 Polen.

MFG, Thomas

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Drehstrommotor, 12 Pole, 0,3 KW, 300U/min. bei 50Hz. Drehmoment weiß ich
>leider nicht.

>Die frage ist nur, ob das Ding auch 3000U/min. aushält.

Dann müsstes du den Motor mit 500Hz betreiben. Dann bis du schon im 
absoluten Feldschwächbetrieb.  Dein Drehmoment ist dann bei 3000 U/min 
fast Null.


Gruss Helmi

Autor: Nitram L. (nitram)
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Thomas H. schrieb:
> Die frage ist nur, ob das Ding auch 3000U/min. aushält. Hab da leider

Da die Zentrifugalkraft quadratisch mit der Drehzahl zunimmt, hast du 
bei einer Verzehnfachung der Drehzahl die 100 fache Zentrifugalkraft...

Da werden sicherlich die Brocken fliegen...

Gruß nitraM

Autor: Thomas H. (storebro)
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Ok, glaub auch das das keine gute Idee ist mit 500Hz.

Hab mich etwas schlau gemacht, und was erfahren, dass ein FU mit 
Vectorsteuerung für meinen Zweck nicht schlecht wäre.
Was haltet Ihr davon? Dann könnte ich einen 1500U/min. Motor nehmen, nen 
FU dran und gut.

MFG, Thomas

Autor: Thomas H. (storebro)
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Wenn ich einen FU mit Vectorsteuerung nehmen würde, bräuchte ich 10Hz um 
auf 300U/min. zu kommen. Noch eine Schwungscheibe dran und die Sache 
sollte klappen. Den 1500U/min. Motor kann ich dann Problemlos mit 100Hz 
ansteuern, weil es diesen Motor baugleich mit 3000U/min. gibt.

Und, spricht was dagegen? :-)

Allen ein schönes Wochenende, Thomas

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Den 1500U/min. Motor kann ich dann Problemlos mit 100Hz
>ansteuern, weil es diesen Motor baugleich mit 3000U/min. gibt.

Achtung da dann die Drehfeldfrequenz oberhalb der Nennfrequenz zu liegen 
kommt sinkt dann auch dein Drehmoment. Da dann deine FU Frequenz bei 
100Hz liegt dein Motor aber für 50Hz Nennfrequenz ausgelegt ist 
betreibst du ihn im Feldschwächbereich. Doppelte Frequenz bedeutet halt 
auch doppelter Induktiver Widerstand der Wicklung und damit weniger 
Strom und Drehmoment.


>Wenn ich einen FU mit Vectorsteuerung nehmen würde, bräuchte ich 10Hz um
>auf 300U/min

Wenn du die Vectorsteuerung richtig parametrierst sollte dein Drehmoment 
unterhalb der Nennfrequenz erhalten bleiben.

Gruss Helmi

Autor: Thomas H. (storebro)
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Im oberen Drehzahlbereicht ist das Drehmoment nicht so wichtig, da die 
Honahle ja immer kleiner wird je größer die Drehzahl. Würde also nicht 
soooo schlimm sein.

MFG, Thomas

Autor: Holm Tiffe (holm)
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Jep, das paßt. ein Drehstrom Asynchronmotor mit 14xx U/min und ein FU
(Micromaster Vector) sind Alles was Du brauchst. Die Drehzahl kannst Du
am Display ablesen und der Schlupf spielt für Deine Anwendung keinerlei 
Rolle.

Gruß,

Holm

Autor: Thomas H. (storebro)
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Na dann bin ich ja beruhigt. Danke für deine klare Aussage. Wenn jemand 
so einen Micromaster anzubieten hat, kann er sich gerne bei mir melden. 
Die Dinger sind ja nicht gerade billig.
Werde nächste Woche mal bei Siemens anrufen und mich schlau machen was 
mich ein neuer Micromaster für einen 0,55KW Motor kostet.

Euch allen einen schönen Sonntag.

Grüße, Thomas

Autor: GB (Gast)
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> Achtung da dann die Drehfeldfrequenz oberhalb der Nennfrequenz zu liegen
> kommt sinkt dann auch dein Drehmoment. Da dann deine FU Frequenz bei
> 100Hz liegt dein Motor aber für 50Hz Nennfrequenz ausgelegt ist
> betreibst du ihn im Feldschwächbereich. Doppelte Frequenz bedeutet halt

Feldschwächbereich lässt sich relativ einfach nach oben hin verschieben.

Voraussetzung: 3~/400V-Anschluss vorhanden.

1. Umrichter 3~/400V mind. eine Nummer größer als Motor wählen
   (größerer Motorstrom)

2. Motor 230/400V mit Fremdlüfter wählen
   a. verringerte Kühlleistung bei niedrigen Frequenzen
   b. Gegendrehmoment durch Lüfterrad ist proportional zum Quadrat der
      Drehzahl

3. Motor für 230V (Dreieck) verdrahten
4. Motordaten entsprechend einstellen

Daraus folgt, dass der magnetische Fluss im Motor und damit auch das 
Drehmoment bis zur 1,7 (Wurzel aus 3)-fachen Nenndrehzahl (87 Hz) 
konstant gehalten werden kann.

Autor: Thomas H. (storebro)
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Wollte eig. einen Motor mit 3x220V verbauen. 1. gibts die günstiger und 
2. ist der FU um einiges billiger.

Ist es deiner Meinung nach keine gute Idee einen 220V Motor zu nehmen?

MFG, Thomas

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Wollte eig. einen Motor mit 3x220V verbauen.

Wenn der 3x220V  (oder neudings 230V) hat dann kann der auch 400V.
Oder umgekehrt der Motor mit 400V ist in den meistens Faellen auch mit 3 
x 230V zu betreiben (Typenschild beachten)


>2. ist der FU um einiges billiger.

Jetzt kommt der Knackpunkt. Du willst wahrscheinlich einen FU kaufen 
fuer Einphasen 230V. Der ist gunstiger. Aber damit kannst du nicht die 
erhoehung machen die  GB dir vorgeschlagen hat. Dazu brauchts einen 3 x 
400V Drehstrom FU. Und nur mit dem kannst du mit vollen Drehmoment bis 
87 Hz fahren . Vorrausgesetzt dein D-Motor ist auf 230V Dreieck 
geschaltet und nicht fuer 400V Stern.

Gruss Helmi

Autor: Thomas H. (storebro)
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> Dazu brauchts einen 3 x
> 400V Drehstrom FU. Und nur mit dem kannst du mit vollen Drehmoment bis
> 87 Hz fahren . Vorrausgesetzt dein D-Motor ist auf 230V Dreieck
> geschaltet und nicht fuer 400V Stern.

Also jetzt kenn ich mich gar nicht mehr aus :-) Puhhhh..........
Also ich brauch einen FU mit Drehstrom beim Eingang und Drehstrom beim 
Ausgang?

Ich wollte diese Dinger hier kaufen:
Motor:
http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=...

FU:
http://industrial.omron.de/de/products/catalogue/m...

Der FU (3x200V) hat ja auch eine Vectorsteuerung, wenn ich das mal so 
aus der Beschreibung lese.


Das wird alles schwieriger als ich gedacht habe g

Einen schönen Tag, Thomas

Autor: Thomas H. (storebro)
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Ach ja, hab was vergessen. Es ist der "G7" von OMRON

MFG, Thomas

Autor: Max (Gast)
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>FU:
>http://industrial.omron.de/de/products/catalogue/m...

Die Spannungsangaben beziehen sich auf die Eingangsspannung!
3x200V ist für den amerikanischen Markt gedacht.
Bei uns in Europa kommen 1x230V bzw. 3x400V aus der Steckdose.

>Motor:
>http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=...

Diesen Motor kannst Du betreiben mit:
- FU mit Eingang 1x230V => Motor in Dreieckschaltung
- FU mit Eingang 3x400V => Motor in Sternschaltung

Wenn Du Dein System "übertakten" willst, nimm die 3-phasige Variante.
Außerdem würde ich dann den Motor größer wählen und nicht kleiner!
(Warum jetzt 0,37kW? Oben war die Rede von 0,55kW...)

Alles klar soweit? ;-)

MfG,
Max

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>- FU mit Eingang 3x400V => Motor in Sternschaltung

Nicht unbedingt. Du kannst den Motor auch bei 400V Eingangsspannung im 
Dreieck betreiben. Du must nur dem FU das mitteilen in dem du die 
Motornennfrequenz auf 87Hz hochsetzt. Dann kannst du bis 87Hz mit dem 
vollen Motordrehmoment fahren.

Autor: Max (Gast)
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>>- FU mit Eingang 3x400V => Motor in Sternschaltung

>Nicht unbedingt. Du kannst den Motor auch bei 400V Eingangsspannung im
>Dreieck betreiben. Du must nur dem FU das mitteilen in dem du die
>Motornennfrequenz auf 87Hz hochsetzt. Dann kannst du bis 87Hz mit dem
>vollen Motordrehmoment fahren

Davon rate ich ab, die Bemessungsspannung für Dreieck beträgt 230V.
http://www.motor-mauer.de/onlineshop/catalog/datas...

MfG,
Max

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Davon rate ich ab, die Bemessungsspannung für Dreieck beträgt 230V.

Ja fuer 50Hz Netzfrequenz nicht fuer 87Hz .

Das ist ueberigens gaengige Praxis .

Autor: Thomas H. (storebro)
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Ja natürlich, 0,55KW. Der Anbieter hat natürlich auch 0,55er Motoren im 
Angebot. Hab mich verschrieben.
OK, dann geh ich die nächsten Tage mal einkaufen :-)

MFG, Thomas

Autor: Thomas H. (storebro)
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Hallo Leute, denen, die es interessiert, ein paar Neuigkeiten.
Hab mir jetzt einen Danfoss VLT2807 380/480V gekauft (295,-€) und einen 
Drehstrommotor 380V mit 0,75KW 1500U/min bei 50Hz (bin bisschen höher 
gegangen als 0,55KW) für 90,-€.

Weiß noch nicht wann ich die Teile bekomme, aber werde nächste Woche 
damit anfangen das Gestell für die Maschine zu fräsen. Da müssen ja noch 
einige Sachen gemacht werden.

Ich befinde mich hier zwar in einem Elektronik Forum, aber vielleicht 
interessiert es ja den ein oder anderen wie die Maschine langsam wächst.

MFG, Thomas

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