Motordiagramme, Betriebsbereiche Im Katalog findet man zu jedem maxon DC- und EC-Motortyp ein Dia- gramm, das anhand eines typischen Motors die Betriebsbereiche der Wicklungsreihe exemplarisch darstellt. Dauerbetriebsbereich Die beiden Kriterien «zulässiges Dauerdrehmoment» und «Grenzdreh- zahl» begrenzen den Dauerbetriebsbereich. Betriebspunkte innerhalb dieses Bereiches sind thermisch nicht kritisch und führen im Allgemei- nen nicht zu erhöhtem Verschleiss des Kommutierungssystems. Kurzzeitbetriebsbereich Der Motor darf aus thermischen Gründen dauernd nur mit dem maximal zulässigen Dauerstrom belastet werden. Kurzzeitig sind aber durchaus höhere Ströme (Drehmomente) erlaubt. Solange die Wicklungstempe- ratur unterhalb des kritischen Wertes liegt, wird die Wicklung keinen Schaden nehmen. Phasen mit erhöhten Strömen sind zeitlich begrenzt. Ein Mass, wie lange solche kurzzeitigen Überbelastungen dauern dürfen, gibt die thermische Zeitkonstante der Wicklung (Zeile 19 der Motorda- ten). Die Grössenordnung der Zeiten mit Überlast liegt im Bereich einiger Sekunden für die kleinsten Motoren (6 bis 13 mm Durchmesser) bis zu etwa einer Minute für die grössten Motoren (60 bis 90 mm Durchmes- ser). Die Berechnung der exakten Überlastzeit hängt stark vom Motor- strom und der Temperatur der Wicklung zu Beginn ab. Maximal zulässige Wicklungstemperatur Der Motorstrom führt auf Grund des Wicklungswiderstandes zu einer Erwärmung der Wicklung. Damit der Motor nicht überhitzt, muss diese Wärme über den Stator an die Umgebung abgegeben werden. Die maxi- male Wicklungstemperatur (Zeile 22 der Motordaten) darf auch kurzzei- tig nicht überschritten werden. Sie beträgt bei Graphitbürstenmotoren und EC-Motoren mit ihrer tendenziell höheren Strombelastung 125°C (in Einzelfällen bis 155°C). Edelmetallkommutierte Motoren erlauben nur geringere Strombelastungen, sodass die Rotortemperaturen 85°C nicht überschreiten dürfen. Einbautechnische Massnahmen, wie gute Luft- zirkulation oder Kühlbleche, können die Temperaturen deutlich senken. Zulässiger Dauerstrom, zulässiges Dauerdrehmoment Die Stromwärmeverluste definieren den maximal zulässigen Dauer- strom, bei dem unter Standardbedingungen (25°C Umgebungstem- peratur, keine Wärmeabfuhr über den Flansch, freie Luftzirkulation) die maximale Wicklungstemperatur erreicht wird. Grössere Motorströme ergeben zu hohe Wicklungstemperaturen. Der Nennstrom wird so gewählt, dass er diesem maximal zulässigen Dauerstrom entspricht. Er ist stark wicklungsabhängig. Dünndrahtwick- lungen haben kleinere Nennströme als Dickdrahtwicklungen. Bei sehr niederohmigen Wicklungen kann die Stromaufnahmefähigkeit des Bürs- tensystems den zulässigen Dauerstrom weiter begrenzen. Bei Graphit- bürstenmotoren steigen die Reibverluste bei höheren Drehzahlen stark an. Bei EC-Motoren nehmen die Wirbelstromverluste im Rückschluss mit steigender Drehzahl zu und erzeugen eine zusätzliche Erwärmung. Entsprechend nimmt der maximal zulässige Dauerstrom bei höheren Drehzahlen ab. Das dem Nennstrom zugeordnete Nenndrehmoment ist innerhalb der Wicklungsreihe eines Motortyps praktisch konstant und stellt eine cha- Diese wird beim DC-Motor primär durch das Kommutierungssystem be- grenzt. Bei sehr hohen Drehzahlen werden Kollektor und Bürsten stärker abgenützt. Die Gründe sind: − Erhöhter mechanischer Verschleiss durch den grossen zurückgeleg- ten Weg des Kollektors − Erhöhte Elektroerosion durch Bürstenvibration und Funkenbildung Ein weiterer Grund, die Drehzahl zu beschränken, ist die mechanische Restunwucht des Rotors, die die Lebensdauer der Lager beeinträchtigt. Höhere Drehzahlen als die Grenzdrehzahl n max (Zeile 23) sind durchaus möglich, werden aber meist mit einer reduzierten Lebenserwartung «erkauft». Die Grenzdrehzahl beim EC-Motor wird durch Lebensdauer- überlegungen der Kugellager (mindestens 20 000 Stunden) bei maximal zulässiger Restunwucht und Lagerbelastung berechnet. rakteristische Grösse des Motortyps dar. Die maximale Drehzahl (Grenzdrehzahl)
Drehzahl [min -1 ]
Grenzdrehzahl
25000
Maximales Dauerdrehmoment
20000 15000 10000 5000
Kurzzeit- Betriebsbereich
Dauer- Betriebsbereich
Drehmoment [mNm] Strom [A] 1.6
30
10 20
40
0.4
0.8
1.2
Betriebsbereichdiagramm
Intermittierender Betrieb Einschaltdauer und -strom
I ON / I N
T
5
4
Zeit
3
2
1
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 t ON%
ON Motor in Betrieb OFF Motor steht still I ON
Max. Spitzenstrom
Max. Dauerbelastungsstrom (Zeile 6) Einschaltzeit [ s ], sollte τ w (Zeile 19) nicht überschreiten Zykluszeit t ON + t OFF [s]
I N
t ON
T
Einschaltdauer in Prozenten der Zykluszeit. Bei der Einschaltdauer von X % darf der Motor um das Verhältnis I ON / I N überlastet werden. I on = I N T t ON
t ON%
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