Schrittmotoren mit feldorientierter Regelung

Schrittmotoren übertreffen die Leistungsfähigkeit eines Servoantriebes

30. Mai 2007

Mit einer feldorientierten Ansteuerung (FO) erreichen oder übertreffen Schrittmotoren die Leistungsfähigkeit eines Servoantriebes: Nachteile wie der Positionsverlust bei Überlast, fehlende Kontrolle oder starker Abfall des Drehmomentes bei höheren Drehzahlen entfallen dadurch.

Ritter Elektronik, Remscheid, hat sich auf entsprechende Lösungen spezialisiert.

Mit dem Antriebskonzept RIFO-4.0 hat Ritter Elektronik ein sehr kompaktes und leistungsstarkes Antriebssystem für die Automatisierungstechnik geschaffen. Die Lösung zeichnet sich durch ein großes Potenzial an möglichen Anwendungen aus. Diese feldorientierten Schrittmotoren können durchaus die Antriebe in Applikationen, in denen zur Zeit kostenintensive Servoachsen verbaut sind, substituieren. Der Vorteil dieser Lösung liegt bei der ersten Betrachtung im Systempreis je Achse. Das RIFO-4.0 punktet zudem auch in den Disziplinen Einbaumasse der Motoren, da die Schrittmotoren bei einem Drehmoment von 1,5 Nm und einer Drehzahl von 750 U/min ohne Getriebe auskommen, und in dem kompaktem Aufbau der Antriebsregler. Diese bieten zur Kommunikation mit übergeordneten Steuerungssystemen wahlweise RS232-, CAN- und Ethernet Schnittstellen. Es wurden bereits auch proprietäre Datenprotokolle zu gängigen Steuerungssystemen wie z. B. der Firma Jetter realisiert. Darüber hinaus sind zusätzlich 32 x Digitale 24V DC I/Os auf der Reglerbaugruppe verfügbar. Optional ist eine Erweiterung um 4 x Relais-Ausgänge möglich. Die Abmessung der Motoreinheit, inkl. Kabelverschraubungen, sind (L x B x H): 119 x 65 x 99mm. Die Reglereinheit misst (L x B x H) 520 x 230 x 115mm.

Schrittmotoren wurden ursprünglich für den Einsatz in Druckern, Plottern und ähnlichen Geräten als Positionierantriebe entwickelt. Ihr besonderer Vorteil besteht in hohen Drehmomenten bei kleinen Baugrößen. Zudem ist der Steuerungsaufwand an Elektronik und Sensorik verhältnismäßig gering. Diesen Vorteilen steht allerdings eine Reihe von Nachteilen gegenüber: Sofortiger Stillstand oder Verlust der Position bei Überlast, Drehmomenteinbrüche bei Drehzahlen im Arbeitsbereich durch Resonanzen, mangelnde Robustheit bei dynamischer Belastung, fehlende Kontrolle bzw. starker Abfall des Drehmomentes bei höheren Drehzahlen zählen dazu. Durch die Kontrolle des Magnetfeldes - also die „feldorientierte Regelung“ oder „Vektorregelung“ - lassen sich diese Nachteile vermeiden. Als Voraussetzung dafür muss die Rotorposition bekannt sein. Die Kombination eines normalen Steppermotors mit einem Geber und einer feldorientierten Ansteuerung ergibt einen Servoantrieb von beachtlicher Dynamik und mit hohem Drehmoment. Damit eröffnen sich völlig neue Einsatzbereiche. Ritter Elektronik hat diese Technik so weit entwickelt, dass weltweit bereits ca. 25.000 Antriebe in verschiedenen Applikationen im Einsatz sind.