maxon motor maxon motor control Servoamplificatore 1-Q-EC AECS 35/3 Codice prodotto: Manuale d'istruzioni Edizione Aprile 2006

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1 control Servoamplificatore 1-Q-EC AECS 35/3 Codice prodotto: 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). 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 Norme di sicurezza Dati tecnici Cablaggio minimo Messa in servizio Funzioni e segnali Descrizione funzionale di ingressi e uscite Posizionamento dei connettori Quadro delle commutazioni a gradino Disegno quotato...17 Questa versione aggiornata del manuale d istruzioni si trova in formato PDF sul sito internet nella rubrica «Service & Downloads».

2 1 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) 2 control Edizione Aprile 2006 / Soggetto a modifiche

3 2 Dati tecnici 2.1 Dati elettrici 2.2 Ingressi 2.3 Uscite Tensione di esercizio V CC 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 rpm 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 ( V) 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 ( V) 2.4 Collegamenti del motore Avvolgimento 1 Avvolgimento 2 Avvolgimento Temperatura / Umidità Esercizio C Magazzino C Senza condensa % 2.6 Dati meccanici 2.7 Connettori peso...ca. 20 g Dimensioni (Lungh. x Largh. x H) x 51 x 20 mm Fissaggio...4 distanziali esagono M3 filetto interno Interasse fori x 40.6 mm Power / Signal Morsetto a vite J1... a 9 poli Passo mm AWG mm 2 Connessione del motore Morsetto a vite J2... a 3 poli Passo mm AWG mm 2 Connettori Flexprint J3... a 4 poli Passo mm Edizione Aprile 2006/ Soggetto a modifiche control 3

4 3 Cablaggio minimo 3.1 Alimentazione / motore Impiego con motore maxon EC Impiego con motore piatto maxon EC 4 control Edizione Aprile 2006 / Soggetto a modifiche

5 3.2 Definizione del valore nominale con potenziometro interno P1 con potenziometro esterno con valore nominale esterno VDC Edizione Aprile 2006/ Soggetto a modifiche control 5

6 4 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 V CC min. 8 VDC; V CC max. 35 VDC Ripple residuo < 5 % Corrente in uscita 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 M B [mnm] Velocità d esercizio n B [rpm] Tensione nominale del motore U N [V] Velocità a vuoto del motore con U N, n 0 [rpm] Gradiente di velocità del motore n/ M [rpm/mnm -1 ] richiesto: Tensione d alimentazione V CC [V] soluzione: U N n Vcc = ( nb + M B ) V n M 0 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: n0 n nb = ( VCC 1.5V ) M B U N M Avvertenza: Nel caso di impiego dell ingresso Brake Capitolo 6.1.2, Funzione freno Brake! 6 control Edizione Aprile 2006 / Soggetto a modifiche

7 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. Impostazioni di base P1 Velocità 50 % JP1 Campo di velocità JP2 Modo velocità 5 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, altrimenti l amplificazione risulta troppo grande e il motore oscilla. Questo comportamento è particolarmente evidente nei motori piatti maxon. (V CC > 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. Edizione Aprile 2006/ Soggetto a modifiche control 7

8 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: Velocità massima Motore a 4 paia di poli Jumper JP1 Motore a 1 paio di poli Motore a 8 paia di poli rpm rpm rpm rpm rpm 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, 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.: V CC = 24 V, k n = 195 rpm V -1 => tensione del motore U M = 2.4 V, n min = 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. Jumper JP2 Modo velocità Controllo di velocità (closed loop) Solo commutazione 8 control Edizione Aprile 2006 / Soggetto a modifiche

9 6 Descrizione funzionale di ingressi e uscite 6.1 Ingressi Direzione di rotazione Direction Con l ingresso Direction si imposta il senso di rotazione dell albero motore. Campo di tensione in ingresso V Corrente in ingresso max µa (fonte di corrente int su +5 V) Protezione da sovratensione Non protetto Rotazione in senso orario (CW) Rotazione in senso antiorario (CCW) Ingresso o tensione in ingresso > 4.0 V Mettere a terra Gnd o tensione in ingresso < 1.0 V Esempi di configurazione: Interruttore Contatto relé NPN Fotoaccoppiatore Livello logico Rotazione in senso orario (CW) Rotazione in senso antiorario (CCW) Interruttore Interrruttore Contatto Contatto non I C = 0 I C = 200 µa non I C = 0 I C = 200 µa HIGH Level > 4.0 V LOW Level < 1.0 V Edizione Aprile 2006/ Soggetto a modifiche control 9

10 6.1.2 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 (R Ph- Ph). Il circuito resta tra gli avvolgimenti finché non viene nuovamente disattivata la funzione Brake. Campo della tensione in ingresso V Corrente in ingresso max µa (fonte di corrente int su +5 V) Protezione da sovratensione Non protetto Funzione freno non attiva Funzione freno attiva Ingresso o tensione in ingresso > 4.0 V Collegare ingresso a terra Gnd o tensione in ingresso < 1.0 V Esempi di configurazione: Interruttore Contatto relé NPN Fotoaccoppiatore Livello logico Funzione freno non attiva Interruttore Funzione freno attiva Interruttore Contatto Contatto non I C = 0 I C = 200 µa non I C = 0 I C = 200 µa HIGH Level > 4.0 V LOW Level < 1.0 V La velocità di frenata massima consentita è limitata dalla corrente di corto circuito massima consentita e dalla massima energia cinetica: I <= 10 A W k <= 20 Ws velocità di frenata max. consentita limitata da corrente di frenata (I = 10 A) velocità di frenata max. consentita limitata da energia cinetica (W k = 20 Ws) I valori si possono calcolare come segue: Con i dati del motore si può calcolare la velocità di frenata massima consentita: n max = 10A kn Ph ( R Ω) [ rpm] k n = costante di velocità [rpm V -1 ] R Ph-Ph = Resistenza ai terminali fase-fase [Ω] Ph Dato il momento d inerzia la velocità massima si determina con la formula seguente: n max = 365 J + J R L [ rpm] J R = momento d inerzia del rotore [g cm 2 ] J L = momento d inerzia del carico [g cm 2 ] 10 control Edizione Aprile 2006 / Soggetto a modifiche

11 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 Stadio di potenza attivo > avvolgimento del motore alimentato Stadio di potenza inattivo > l albero ruota senza freno fino all arresto VDC ca. 6 kω resistenza a terra Gnd VDC Ingresso o collegato a terra Gnd o tensione in ingresso < 0.4 V Tensione in ingresso > 2.4 V Esempi di configurazione: a) Interruttore = Enable ; Interruttore = Disable Interruttore Contatto relé 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 Interruttore Contatto Contatto non I E = 0 I E > 0 non I E = 0 I E > 0 b) Interruttore = Disable ; Interruttore = Enable Interruttore Contatto relé NPN Fotoaccoppiatore LOW Level HIGH Level Stadio di potenza attivo avvolgimento del motore alimentato Stadio di potenza inattivo l albero ruota senza freno fino all arresto Aiuto per il calcolo Interruttore Interruttore Contatto Contatto I C > 0 non I C = 0 dati: +V ext = VDC richiesto: Vext R ext 6000 Ω 6000 Ω 2.4 V [ Ω] I C > 0 non I C = 0 Edizione Aprile 2006/ Soggetto a modifiche control 11

12 6.1.4 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 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 12 control Edizione Aprile 2006 / Soggetto a modifiche

13 6.2 Uscite 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). Campo della tensione in uscita Impedenza in uscita Potenziometro P1 Fine corsa sinistro (antiorario) Potenziometro P1 Fine corsa destro (orario) V ca. 10 kω +5 VDC 0 V 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 Livello di tensione basso low Livello di tensione alto high V max. 10 ma contro Gnd Il motore gira max. 0.3 V Il motrore è fermo +5 V (4.7 kω pullup resistenza interno contro +5 V) 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 ). Edizione Aprile 2006/ Soggetto a modifiche control 13

14 6.2.3 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 Livello di tensione basso low Livello di tensione alto high V max. 10 ma contro Gnd max. 0.3 V +5 V (22 kω pullup resistenza interno contro +5 V) Si ricerca: frequenza all uscita Monitor n nset z Pol f Monitor n = [ Hz] 20 n set = velocità [rpm] z Pol = numero di paia di poli del motore Si ricerca: velocità del motore n set = f Monitor n z Pol 20 [ rpm] f Monitor n = frequenza all uscita Monitor n [Hz] z Pol = numero di paia di poli del motore 14 control Edizione Aprile 2006 / Soggetto a modifiche

15 7 Posizionamento dei connettori 7.1 Posizionamento dei connettori J1 Power / Signal 9 Monitor n 8 Monitoraggio della velocità NOS 7 Control voltage OUT 6 Set value 5 Disable 4 Brake 3 Direction 2 Gnd 1 +V CC VDC Terminale a vite A 9 poli Passo 2.54 mm AWG mm Posizionamento dei connettori J2 Collegamento del motore 1 Avvolgimento 1 2 Avvolgimento 2 3 Avvolgimento 3 Terminale a vite A 3 poli Passo 2.54 mm AWG mm 2 Avvertenza: connettori adatti a: maxon EC motor EC 16 senza sensori maxon EC motor EC 22 senza sensori maxon EC motor EC 32 maxon EC motor EC 40 Edizione Aprile 2006/ Soggetto a modifiche control 15

16 7.3 Posizionamento dei connettori J3 (Connettore Flexprint a 4 poli) 1 Avvolgimento 1 2 Avvolgimento 2 3 Avvolgimento 3 4 Collegamento a stella Y (non viene usato) Connettore Flexprint Passo A 4 poli, top contact style 1.0 mm Avvertenza: Connettori adatti a: 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 16 control Edizione Aprile 2006 / Soggetto a modifiche

17 8 Quadro delle commutazioni a gradino 9 Disegno quotato Misure in [mm] Edizione Aprile 2006/ Soggetto a modifiche control 17