Verwandte Anleitungen für mattke MTR 20K Serie
Inhaltszusammenfassung für mattke MTR 20K Serie
- Seite 1 TECHNISCHE BESCHREIBUNG Ausgabe 1.03 FÜR TRANSISTOR-VIERQUADRANTEN- SERVO-VERSTÄRKER SERIE MTR 20K MATTKE AG Telefon: +49 (0)761- 15 23 4-0 Leinenweberstraße 12 Telefax: +49 (0)761- 15 23 4-56 D-79108 Freiburg E-Mail: info@mattke.de Germany http://www.mattke.de...
- Seite 2 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Sehr geehrter Kunde, wir sind stets bemüht, optimale Sicherheitsmaßnahmen zu gewährleisten und uns am neuesten Stand des technischen Fortschritts zu orientieren. Trotzdem ist es er- forderlich, dass wir Ihnen als Anwender unserer Bauteile folgende zusätzliche Infor- mationen geben: Die Geräte sind ausschließlich als Zulieferteil zur Weiterverarbeitung durch Industrie, Handwerk oder sonstige auf dem Gebiet der Elektrotechnik und EMV fachkundige...
- Seite 3 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Inhaltverzeichnis 1. Technische Beschreibung ........5 1.1 Allgemeine Information ..................5 1.2 Besonderheiten ....................5 1.3 Typen-Übersicht ....................6 1.4 Technische Daten ..................... 6 1.5 Theorie der Arbeitsweise und Prinzipschaltbild ..........8 1.5.1 Freie Nennspannungswahl .................
- Seite 4 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Prinzipschaltbild ................... 10 Abbildung 2: Prinzipschaltbild der Endstufe ............. 11 Abbildung 3: Vereinfachtes Prinzipschaltbild ............11 Abbildung 4: Spannungsverläufe an der Endstufe ............ 12 Abbildung 5: maximale Impulsstromdauer als Funktion von Erholzeit und Überstromfaktor ....................
- Seite 5 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 1. Technische Beschreibung 1.1 Allgemeine Information Transistor-Servoverstärker der Serie 20k sind pulsbreitenmoduliert arbeitende Ver- stärker, die vor allem zur Ansteuerung von Gleichstrom-Servomotoren mit Perma- nenterregung konzipiert sind. Die Geräte arbeiten im Vierquadrantenbetrieb, d.h. der abgeschlossene Motor kann in beiden Drehrichtungen arbeiten oder bremsen, wobei kurzzeitig ein gegenüber dem Dauerdrehmoment erhöhtes Impulsmoment verfügbar ist.
- Seite 6 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 1.3 Typen-Übersicht Nennspg. Nennstrom Impulsstrom Volt Ampere Ampere (max. 5 sec.) MTR 20 K 200/100 ± 200 ± 100 ± 200 MTR 20 K 150/100 ± 150 ± 100 ± 200 MTR 20 K 200/70 ±...
- Seite 7 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Schaltart der Eingänge für Normaler Lauf nur bei geschlossenem Endschalter und Endstufenfreigabe: Kontakt. Bei Unterbrechung tritt die Funktion des betreffenden Eingangs (z.B. “Positiv Stop”) in Kraft. Ankerstrom-Monitor-Ausgang: ± 10 V entspr. dem Listenmäßigen Impulsstrom, Ri = 1 kOhm.
- Seite 8 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 1.5 Theorie der Arbeitsweise und Prinzipschaltbild Die folgenden Erläuterungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Besonder- heiten und technischen Neuerungen der Geräte. Allgemeine Kenntnisse über den Umgang mit Servoverstärkern und den sinnvollen Einsatz der gebotenen Möglichkei- ten werden in diesem Abschnitt vorausgesetzt.
- Seite 9 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 1.5.2 Hilfsspannungen Die Geräte haben eine eingebaute Hilfsstromversorgung für Steuerelektronik und Treiberschaltung. Diese liegt parallel zum Gleichstromzwischenkreis und passt sich selbsttätig an die in Abschn. 1.4.1 genannten Spannungen an. Bei Notbetrieb an einer Batterie dürfen die Geräte kurzzeitig auch ohne Lüfter laufen (max.
- Seite 11 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 1.5.3 Funktionsweise der Endstufe Abbildung 2: Prinzipschaltbild der Endstufe Die Endstufe der Geräte besteht im Wesentlichen aus den vier Transistorsätzen T1 - T4 mit jeweils einer parallel geschalteten schnellen Freilaufdiode D1 - D4, dem Zwi- schenkreiskondensator C und den Speicherdrosseln Dr1 und Dr2.
- Seite 13 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Abbildung 4 zeigt die typischen Spannungsverläufe bei drei verschiedenen Aus- gangsspannungen. Wesentlich hierbei ist vor allem, dass im zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung U eine Frequenzverdoppelung gegenüber dem Spannungsver- lauf an jeder der beiden Ausgangsleitungen U und U zu beobachten ist.
- Seite 14 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Es ist darauf zu achten, dass der Vorverstärker nicht freischwebend betrieben wird. Neben der Gefahr der Beschädigung der Optokoppler durch statische Aufladung kommt es in den meisten Fällen durch unkontrolliert fließende HF-Ströme auf den Eingangsleitungen zu Rückwirkungen von der Endstufe.
- Seite 15 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 1.6 Klemmenübersicht Sollwert-Eingang 1 (Kl. 1-2): Dies sind die Eingänge des ersten Differenzverstärkers. Die maximale Differenz- spannung darf ± 10 Volt betragen, wobei keine der beiden Klemmen eine höhere Spannung als + 20 Volt oder eine niedrigere Spannung als - 20 Volt gegen Klemme 17 (Vorverstärker-Null) haben darf, da ansonsten der Verstärker übersteuert wird.
- Seite 16 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Steuereingang “Integralregelung ab” (Kl. 15): Besonders bei übergeordnetem Lageregler ist die Integralregelung nicht in allen Phasen eines Positioniervorganges erwünscht. Insbesondere beim Einlaufen in die Nullposition nach einem Eilgang kann Überschießen auftreten. Zur Unterdrückung lässt sich die Integralregelung des Drehzahlreglers über diesen Eingang für die Zeit des Verfahrens der Achse wegschalten.
- Seite 17 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Hauptversorgung 3x 18 V bis 3x 115/163 V (Kl. 33-34-35): Über diese Klemmen erfolgt in der Regel die Energieversorgung des gesamten Ver- stärkers. Es sind unbedingt mittelträge Schmelzsicherungen von etwa 2/3-3/4 der Geräte-Nennstromstärke vorzuschalten! Diese Sicherungen schützen zwar nicht den Verstärker bei Überlastung, doch halten sie die Folgeschäden bei einem Ausfall der Endstufe in Grenzen.
- Seite 18 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 2. Projektierung und Dimensionierung 2.1 Last - Kategorie Bei der Anwendung können zwei Fälle unterschieden werden: Vorschubantrieb und Hauptantrieb. Ein typischer Vorschubantrieb, wie er z.B. an der Spindel eines xy-Koordinaten - Tisches sitzen kann, zeichnet sich vor allem durch relativ kurze Be- schleunigungszeiten aus (einige 10 bis 100 Millisekunden), sowie durch das Über- wiegen der dynamischen Last gegenüber der statischen.
- Seite 19 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Abbildung 5: maximale Impulsstromdauer als Funktion von Erholzeit und Überstromfaktor Abbildung 6: maximale Impulsstromdauer als Funktion von Vorbelastung und Überstromfaktor...
- Seite 20 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 2.2 Optimierung des Antriebs bei gegebener Verstärkerleis- tung Hat man bei der Planung des Antriebs die Möglichkeit einer Anpassung mittels Ge- triebe oder sonstiger Untersetzungen (Zahnriemen, Spindel, etc), sollte auf jeden Fall diese Untersetzung so gewährt werden, dass das auf die Motorwelle umgerechnete Lastträgheitsmoment gleich dem Eigenträgheitsmoment des Motors ist.
- Seite 21 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 2.4 Ermittlung der Betriebsspannung Hat man Beschleunigungsstrom und Enddrehzahl festgelegt, lässt sich auch die be- nötigte Betriebsspannung bestimmen: π Hierin sind = Gerätenennspannung in Volt = Enddrehzahl = Spannungskonstante = Beschleunigungsstrom = Innenwiderstand des Motors In manchen Motorlisten ist statt der Spannungskonstante K die MK in Volt pro 1000...
- Seite 22 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 2.5 Netztrafoberechnung Nach Ermittlung benötigten Nennspannung kann Trafo- Sekundärspannung nach folgender Gleichung ermittelt werden. Tteff Hierin bedeutet U = effektive Wechselspannung zwischen den Gleichrichterklem- teff men 33-34-35. Achtung! Die Trafospannung bei Leerlauf und maximal möglicher Netzüberspannung darf nicht höher als 131 V (bei 150 V Nennspannung) bzw.
- Seite 23 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Die zu erwartende Bremsenergie beträgt dann π ω η ω * ² Hierbei sind = Bremsenergie in Wattsekunden (Joule) = Gesamtträgheitsmoment an der Motorwelle η = Mittlerer generatorischer Wirkungsgrad des Motors während des Bremsvorgangs = Anfangsdrehzahl des Motors in Upm.
- Seite 24 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Abbildung 7: Standard-Kommutierungs-Kennlinien 2.8 Dynamische Bremse Bei Spannungsausfall oder Not - Aus erfordern viele Anwendungen den Einsatz einer weitgehend unabhängigen Notbremse. Diese kann ebenfalls durch das Gerät ge- steuert werden. Die Bremseinrichtung besteht aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren mit vor- geschaltetem Schutzwiderstand nach Bild 9.
- Seite 25 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Abbildung 8: Schaltungsvorschlag für dynamische Bremse Soll der Motor auch bei geräteinternem Fehler (Überstrom, Überspannung, Übertem- peratur) gebremst werden, ist das Fehlerrelais (“Betriebsbereit”, Kl. 23-24) in die Steuerleitung der Endstufen-Freischaltung mit einzubeziehen. 2.9 Rampengenerator (Option, extern) Oftmals ist es erwünscht, dass der Motor bei Vorgabe eines Sollwertsprungs nicht an der Stromgrenze hochläuft, sondern in seiner Beschleunigung lastunabhängig voll...
- Seite 26 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 2.10 Absicherung Wegen der sehr geringen thermischen Zeitkonstante der Bodenverbindungen in den Endtransistoren ist eine Absicherung der Endstufe mit Schmelzsicherungen nicht möglich. Die hier vorgeschlagenen Sicherungen können nur vor Folgeschäden im Fall eines Kurzschlusses im Gerät schützen.
- Seite 27 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Abbildung 9: Absicherung bei Mehrachsantrieb mit gleicher Nennspannung b) Bei ungleichen Nennspannungen dürfen die Geräte der Serie 20k aus einem gemeinsamen Transformator mit Anzapfungen gespeist werden. Dies gilt auch bei Betrieb mit Spartrafo. Die Klemmen des Gleichstromzwischenkreises (Kl. 36- 37) dürfen hierbei nicht untereinander verbunden werden! Jedes Gerät ist einzeln abzusichern (Abbildung 10).
- Seite 28 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Abbildung 11: Absicherung bei mechanisch gekoppelten Achsen Auch hier richtet sich die Charakteristik der Sicherung vorwiegend nach der Belas- tung durch den Einschaltstromstoß. Es sind mittelträge Sicherungen mit dem 1,5 - 2fachen Listenwert nach Abschn.
- Seite 29 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Weiterhin ist dafür zu sorgen, dass die Steuerung und der Vorverstärker des Ser- voverstärkers auf dem gleichen Potential liegen. Hierfür ist eine eigene Leitung mit großem Querschnitt von der Klemme 17 zum Nullpotential der Steuerung zu legen. Das Nichtbeachten dieser Vorschrift führt mindestens zu starken, lastbedingten Rückwirkungen bis zu völlig unkontrollierbarem Verhalten.
- Seite 30 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Abbildung 12: Anschlußbelegung...
- Seite 31 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 3. Inbetriebnahme 3.1 Potentiometer, Festkomponenten und Testpunkte (Übersicht) Potentiometer P 1: Eingangsabschwächer nach dem Differenzverstärker Von Klemmen 1-2. Stellbereich 0,18...1,1 Potentiometer P 2: Wie P1, jedoch für Klemmen 3-4 zuständig. Potentiometer P 3: Abschwächer für den Tachoeingang.
- Seite 32 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 − Hierin sind = gesuchter Widerstand in Ohm. = gewünschter Impulsstrom. = Listenmäßiger Impulsstrom. Widerstand R 145: Effektivstrom-Grenzwert Entsprechend wie R bestimmt dieser Widerstand den Maxi- malwert des Effektivstroms bei Rechtsanschlag von P7. Er kann wie folgt bestimmt werden: ²...
- Seite 33 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Alle bis hierhin genannten Testpunkte sind auf OV des Vorverstärkers bezogen. (Massepunkt M2). Die folgenden Testpunkte 4-14 beziehen sich auf Massepunkt M1 (OV des Endverstärkers). Bei den Geräten der Serie 20k können, je nach Anschluss, beide Massepunkte voneinander unterschiedliche Potentiale haben.
- Seite 34 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 3.2 Voreinstellungen Vor dem ersten Einschalten sollten die Potentiometer in gewisser Weise voreinge- stellt sein, um möglichst keine Schäden bei Verdrahtungsfehlern zu verursachen: • Eingangsabschwächer P1, P2 beide auf Linksanschlag. •...
- Seite 35 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 3.5 Stromeinstellung Bei ausgeschaltetem Gerät ist anstelle des Motors ein Amperemeter mit geeignetem Messbereich einzufügen. Nach dem Wiedereinschalten und gleichzeitiger Eingabe eines konstanten Sollwertes (z.B. + 3 Volt) wird am Potentiometer P6 der gewünsch- te maximale Impulsstrom eingestellt.
- Seite 36 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Falls der Widerstand R 22 (Gleichspannungsverstärkung des Drehzahlreglers) klei- ner als 100 Ohm ist, wird man bei dieser Einstellung vermutlich keinen konstanten Nullpunkt finden. P4 ist dann so einzustellen, dass das Wegdriften möglichst lang- sam geschieht.
- Seite 37 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 An die zunächst leeren Lötpfosten ist eine Kondensatordekade anzuschließen und die Kapazität schrittweise zu erhöhen. Nach jeder Erhöhung ist das Potentiometer P5 nach rechts zu drehen bis Oszillation einsetzt und sofort anschließend wieder nach links.
- Seite 38 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 4. Information für den Service 4.1 Allgemeine Fehlersuche In der folgenden Tabelle sind in Kurzform die häufigsten Störungsarten und deren möglichen Ursachen aufgeführt. Störung Mögliche Ursache Achse verfährt nicht, Endstufen-Freigabe (Kl. 15) fehlt, Motor hat kein Haltemoment, Betriebsspannung fehlt (Kl.
- Seite 39 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 unruhiger Lauf Verstärkung zu groß Welligkeit der Tachospannung zu groß Einstreuungen oder Mitkoppelungen durch falsche Eingangsverdrahtung Stillstand nicht stabil Eingangsverdrahtung nicht in Ordnung Ballastwiderstand wird zu heiß Betriebsspannung zu hoch Massenträgheitsmoment zu groß...
- Seite 40 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 4.3 Austausch der Steuerelektronik Gelegentlich ist im Fehlerfall der Austausch der Steuerelektronik notwendig. Hierbei muss aber unbedingt eine Anpassung an die Strom- und Spannungsfestigkeit des Grundgerätes vorgenommen werden, da dieses sonst gefährdet wird. Spannungsnormierung der Kommutierungsstrombegrenzung Die Umstellung dieser Normierung ist nur bei Benutzung der Kommutierungsstrom- begrenzung notwendig.
- Seite 41 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Bestückungstabellen Nennspannung R 112 - R 115 (1%) 24 - 150 V 165 K 200 V 221 K Nennstrom R 109, R110 R 120, R 121 R 145 (1%) (5%) (5%) 50 A 11,3 K...
- Seite 42 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 4.5 Ersatzteile Um bei einem evtl. Geräteausfall auch im Ausland sofort Abhilfe schaffen zu können, ist es zu empfehlen, sich die folgenden Ersatzteile auf Lager zu legen. Bei Fehlern in der Elektronik ist es meist besser, die gesamte Karte zu tauschen, während bei der Endstufe der Austausch eines Transistors leicht möglich ist.
- Seite 43 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Abbildung 13: Abmessung...
- Seite 44 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Indexverzeichnis Absicherung ........... 26 Galvanische Trennung ........13 Allgemeine Information ........5 Gleichspannungsverstärkung ....... 37 Ankerstrom-Istwert ........33 Ankerstrom-Monitor ........16 Ankerstromsollwert ........32, 33 Aufstellung ............. 28 Austausch der Steuerelektronik ....40 Hauptversorgung ........
- Seite 45 Technische Beschreibung Ausgabe 1.03 zu MTR 20K 19. Oktober 2006 Netztrafoberechnung ........22 Tacho ............. 15, 34 Tachoanpassung .......... 35 Tachoeingang ..........31 Offsetabgleich ..........31 Tachopotentiometer ........34 Offsetabgleich des Ankerstrom-Monitors ..31 Taktoszillator ..........33 Offseteinstellung ..........35 Technische Daten ...........