Toleranzen In kritischen Bereichen lassen sich die Toleranzen nicht mehr vernach- lässigen. Die möglichen Abweichungen der mechanischen Masse sind in den Übersichtszeichnungen zu finden. Die Motordaten sind Mittelwer- te. Das nebenstehende Diagramm macht die Auswirkungen der Toleran- zen auf die Kurvencharakteristik sichtbar. Sie werden im Wesentlichen durch Unterschiede im Magnetfeld und im Drahtwiderstand verursacht, weniger durch mechanische Einflüsse. Im Diagramm sind die Verände- rungen zum besseren Verständnis stark überzeichnet und vereinfacht dargestellt. Es wird aber deutlich, dass im eigentlichen Betriebsbereich des Motors die Toleranzbreite weniger gross ist als im Anlauf bzw. Leer- lauf. Unsere Computerblätter enthalten hierfür alle Detailangaben.
Toleranzfelddarstellung der maxon Motoren
Toleranzfeld für den Anlaufstrom
Das thermische Verhalten In einem vereinfachten Modell sind für die Erwärmung des Motors primär die Jouleschen Verluste P J in der Wicklung massgebend. Diese Wärme- energie muss über die Wicklungs- und Motoroberfläche abgeführt werden. Die Erhöhung Δ T W der Wicklungstemperatur T W gegenüber der Umgebungstemperatur T U entsteht durch die produzierten Wärmever- luste P J und die Wärmewiderstände R th1 und R th2 . T W − T U = ∆ T W = (R th1 + R th2 ) · P J Dabei kennzeichnet der Wärmewiderstand R th1 den Wärmeübergang zwischen Wicklung und Stator (Rückschluss und Magnet), während R th2 den Wärmeübergang vom Gehäuse an die Umgebung beschreibt. Die Montage des Motors auf einem wärmeabgebenden Chassis senkt den Wärmewiderstand R th2 merklich. Die in den Datenblättern angegebenen Werte für die Wärmewiderstände und den zulässigen Dauerstrom wer- den in Versuchsreihen ermittelt, bei denen der Motor stirnseitig auf eine vertikale Kunststoffplatte montiert ist. Der im speziellen Anwendungsfall auftretende Wärmewiderstand R th2 muss unter originalen Einbau- und Umgebungsbedingungen ermittelt werden. Bei Motoren mit Metall- flansch verringert sich der thermische Widerstand R th2 um bis zu 80%, sofern der Motor an eine gut wärmeleitende (z.B. metallische) Aufnahme angekoppelt wird. Die Erwärmung verläuft für Wicklung und Stator wegen der unterschied- lichen Massen unterschiedlich schnell. Nach Einschalten des Stromes erwärmt sich zuerst die Wicklung (mit Zeitkonstanten von einigen Se- kunden bis etwa eine halbe Minute). Der Stator reagiert viel träger. Seine Zeitkonstante liegt je nach Motorgrösse im Bereich von 1 bis 30 Minuten. Nach einiger Zeit stellt sich ein thermisches Gleichgewicht ein. Die Temperaturdifferenz der Wicklung gegenüber der Umgebungstempera- tur lässt sich im Dauerbetrieb mit Hilfe des Stroms I (oder im zyklischen Betrieb mit dem Effektivwert des Stroms I = I RMS ) bestimmen. ( R th 1 + R th 2 ) · R · I mot 2 1– α Cu · ( R th 1 + R th 2 ) · R · I mot 2 Δ T W Dabei muss der elektrische Widerstand R bei der aktuellen Umgebungs- temperatur eingesetzt werden.
Einfluss der Temperatur Eine erhöhte Motortemperatur beeinflusst den Wicklungswider- stand und die Magnetkennwerte. Der Wicklungswiderstand steigt gemäss dem thermischen Wider- standskoeffizient für Kupfer ( α Cu = 0.0039): linear an: R T = R 25 · (1 + α Cu (T −25°C)) Beispiel: Eine Wicklungstemperatur von 75°C bewirkt eine Erhöhung des Wicklungswiderstandes um fast 20%. Der Magnet wird bei höherer Temperatur schwächer. Je nach Mag- netmaterial beträgt die Abnahme 0.5 bis 5% bei 75°C. Die wichtigste Konsequenz einer erhöhten Motortemperatur ist, dass die Drehzahlkennlinie steiler wird und sich damit das Anhalte- moment verringert. Das veränderte Anhaltemoment kann in erster Näherung aus der Spannung und dem erhöhten Wicklungswider- stand berechnet werden: U mot R T M H = k M · I A = k M ·
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