Speed Controller
Die Speed Controller von FAULHABER werden gezielt für den optimalen Betrieb unserer DC- und BLDC-Motoren entwickelt. Passend zu den Antrieben zeichnen sie sich durch kompakte Bauform und einfache Bedienung aus. Sie ermöglichen eine ebenso präzise wie effiziente Drehzahlregelung, die optimal auf die Anwendung abgestimmt ist.
Der Begriff „speed control“ bezeichnet im Zusammenhang mit Elektromotoren die Drehzahlregelung. Ein Speed Controller oder Drehzahlregler ist eine Steuerungseinheit, mit der die Drehzahl eines Motors gezielt verändert oder bei wechselnder Last konstant auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird.
Die drei wichtigsten Elemente eines Speed Controllers sind der Prozessor, die Regelelektronik und die Endstufe. Aus dem vorgegebenen Sollwert und den Daten des Rückkanals errechnet der Mikroprozessor die Regelgröße, mit der die jeweils passende Drehzahl erreicht wird. Die Regelelektronik verarbeitet die relevanten Signale; die Endstufe ist für die Stromversorgung des Motors zuständig.
Die Speed Controller von FAULHABER sind mit diskreten I/O-Ein- und Ausgängen versehen. Ein analoger Eingang dient der Vorgabe der Drehzahl über Pulsweitenmodulierung (PWM) oder einen analogen Spannungswert. Ein digitaler Schalteingang erlaubt die Wahl der Drehrichtung; ein digitaler Ausgang lässt sich wahlweise als Frequenz- oder Fehlerausgang programmieren.
Die Stromversorgung der Elektronik kann bei den meisten Geräten von der des Motors getrennt werden. Die Speed Controller stehen mit oder ohne Gehäuse zur Verfügung. Geräte mit Gehäuse werden mit Schraubklemmen angeschlossen, die ungehäusten Varianten werden direkt in eine Masterplatine eingesteckt. Mit einem USB-Programmieradapter kann man die Betriebsart, die Reglerparameter sowie die Art und Skalierung der Sollwertvorgabe konfigurieren.
Der Speed Controller gibt den Sollwert, also die gewünschte Drehzahl des Motors vor. Das geschieht durch Veränderung der Versorgungsspannung (Analogwert) oder mittels Pulsweitenmodulation (PWM).
Zugleich erfasst der Speed Controller durch den Rückkanal die tatsächliche Drehzahl, die durch die Last der Anwendung und andere Größen beeinflusst wird, und passt die Regelung an die aktuellen Verhältnisse an. Je nach Ausführung des Motors wird die tatsächliche Motordrehzahl mit einem angeschlossenen Sensorsystem oder ohne Sensor aus dem Motorstrom ermittelt.
Für das Umschalten der Drehrichtung steht ein separater Schalteingang zur Verfügung. Der Frequenzausgang ermöglicht das Auslesen des Drehzahlsignals. Die zur Anwendung passende Drehzahlregelung lässt sich mit der kostenfreien Software FAULHABER Motion Manager einfach an einem Computer einstellen.
Speed Controller von FAULHABER ermitteln die Temperatur der Motorwicklung aus dem Verlauf der Motorlast. Bei Dauerbetrieb im Grenzbereich wird der Strom auf den zulässigen Dauerstrom begrenzt, um eine Überlast zu verhindern. Bei dynamisch wechselndem Betrieb steht kurzzeitig ein um den Faktor 2 größerer Spitzenstrom zur Verfügung. Bei häufigem Reversierbetrieb mit großen angeschlossenen Massen, empfehlen wir die Verwendung eines Motion Controllers.
Grundsätzlich müssen die Leistungsdaten des Speed Controllers (Spannung und Stromstärke) zum angeschlossenen Motor passen. Weitere Kriterien sind die Baugröße, die Kompatibilität zu den Umgebungsbedingungen sowie die verfügbaren EMV-Filter, um die elektromagnetische Verträglichkeit innerhalb der Anwendung sicherzustellen. Das FAULHABER-Portfolio im Bereich Speed Control samt Zubehör erlaubt in praktisch jedem Fall die Auswahl eines zum Motor und der Anwendung passenden Geräts.
Speed Controller von FAULHABER sind zur Ansteuerung folgender Antriebskombinationen ausgelegt: DC-Motoren mit und ohne Inkrementalgeber, bürstenlose Motoren mit analogen oder digitalen Hallsensoren, bürstenlose Motoren mit AES-Absolutgebersowie bürstenlose Motoren mit digitalen Hallsensoren und Inkrementalgeber. Je nach Baugröße und Auslieferungszustand können unterschiedliche Motor- und Geberkombinationen mit dem Speed Controller betrieben werden. Die unterschiedlichen Baugrößen und die flexiblen Anbindungsmöglichkeiten eröffnen ein breites Einsatzgebiet für die meisten Anwendungen, in denen auch die Motoren verwendet werden.
In der Konfiguration für bürstenlose Motoren mit Hallsensoren werden die Motoren drehzahlgeregelt betrieben, wobei die Signale der Hallsensoren zur Kommutierung und Bestimmung der Ist-Drehzahl für die Speed Controller herangezogen werden.
In dieser Kombination aus BL-Motor und Speed Controller werden keine Hallsensoren verwendet. Stattdessen wird die Gegen-EMK des Motors zur Kommutierung und Drehzahlregelung herangezogen.
Diese Konfiguration der Speed Controller kann nur in Verbindung mit der entsprechenden Hardware gewählt werden. In dieser Konfiguration gibt der Encoder eine Absolutposition aus. Diese wird zur Kommutierung sowie zur Drehzahlregelung genutzt. Wegen der hohen Auflösung des Encoders (Absolutwertgeber) können in diesem Modus geringe Drehzahlen erreicht werden.
In dieser Konfiguration werden die Motoren, in Verbindung mit einem Speed Controller, drehzahlgeregelt betrieben und bieten die zusätzlichen Eingänge Brake sowie Enable. Über diese Eingänge wird eine einfachere Anbindung der Steuerung an z.B. SPS oder Sicherheitsschaltkreise ermöglicht.
Bei der Konfiguration, bestehend aus DC-Motoren mit Encoder und Speed Controller, werden die Motoren mittels eines Inkrementalgebers, drehzahlgeregelt betrieben. Der Inkrementalgeber wird hierbei als Drehzahlistwertgeber für die Speed Control benötigt.
In einer DC-Motoren Konfiguration ohne Encoder werden die drehzahlgeregelten Motoren, unter Verwendung eines Speed Controllers, sensorlos betrieben. Für die Drehzahlistwerterfassung wird hierbei, je nach entsprechendem Lastfall, die rückwirkenden Generatorspannung (EMK) oder eine IxR-Kompensation herangezogen. Für diese Art von Speed Control ist eine Abstimmung auf den jeweiligen Motortyp notwendig.
