Instrucciones de Funcionamiento

maxon motor
maxon motor control
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC
Ref.: 215738
Instrucciones de Funcionamiento
Edición Abril 2006
El AECS (Analogue EC Controller Sensorless) es un amplificador de 1 cuadrante para el control de los motores
CC conmutados electrónicamente (brushless).
No se necesitan los sensores de posición del rotor (sensores Hall).
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Electrónica de uso flexible debido a su amplio rango
de voltajes de entrada (8 - 35 VCC).
La máxima corriente del motor está restringida a 5 A
mediante un limitador.
La velocidad del motor es regulable y si se requiere,
puede ajustarse con el potenciómetro incorporado o
con una tensión de control externa.
Se puede comprobar la velocidad a través de la
salida de monitor de velocidad.
Una entrada de freno "Brake" permite parar el eje
del motor.
El sentido de giro se puede variar con la entrada
"Direction”.
La entrada "Disable" permite interrumpir la
alimentación del motor.
La conexión del motor se puede hacer mediante terminales de atornillar o con conector de circuito impreso
(para motores maxon planos).
La posición del rotor se detecta usando la fuerza contraelectromotriz.
La etapa de potencia usa transistores MOS-FET de alta eficiencia.
Tabla de contenidos
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Instrucciones de Seguridad ............................................................................................................................. 2
Datos Técnicos ................................................................................................................................................ 3
Cableado Externo Mínimo ............................................................................................................................... 4
Instrucciones de Funcionamiento.................................................................................................................... 6
Funciones y Señales ....................................................................................................................................... 7
Entradas y Salidas........................................................................................................................................... 9
Asignación de terminales............................................................................................................................... 15
Diagrama de Bloques .................................................................................................................................... 17
Dimensiones .................................................................................................................................................. 17
La última edición de estas instrucciones de funcionamiento se pueden encontrar en Internet en
www.maxonmotor.com (Downloads & Service).
maxon motor
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
Instrucciones de Funcionamiento
1 Instrucciones de Seguridad
Personal Técnico Cualificado
La instalación y puesta en marcha debe ser realizada sólo por personal con
experiencia y cualificado.
Legislación Local
El usuario debe asegurarse de que el servoamplificador y sus componentes, se
han montado y conectado de acuerdo con la legislación local.
Desconexión de la Carga
En la primera puesta en marcha el motor debe girar libre, por ejemplo, con la
carga desconectada.
Equipamiento Adicional de Seguridad
Un equipo electrónico, en principio, no está protegido contra fallos. La maquinaria
y los aparatos, por lo tanto, deben estar preparados con monitorización
independiente y sistemas de seguridad. Si el equipo falla o es operado
incorrectamente, si la unidad de control o los cables se rompen, etc., hay que
asegurarse de que el motor o el aparato completo están en modo de
funcionamiento seguro.
Reparaciones
Las reparaciones han de efectuarse sólo por personal autorizado o por el
fabricante. Es peligroso para el usuario abrir la unidad o hacer reparaciones en
ella.
Peligro
Asegurese de que durante la instalación del AECS 35/3 ningún aparato esté
conectado a la fuente de alimentación. Después de conectarlo, no toque ninguna
parte en movimiento!
Proceso de cableado
Los cables han de conectarse o desconectarse con la alimentación desconectada.
Máx. Tensión de alimentación
Asegurese de que la tensión de alimentación está entre 8 y 35 VCC. Voltajes
superiores a 35 V o un error de polaridad destruirán la electrónica.
Arranque
Puede haber problemas al arrancar en algunas aplicaciones que presenten
condiciones muy desfavorables. Como en el caso de un par de fricción muy
elevado, una inercia en la carga muy grande y en general, aplicaciones de
motores planos a voltajes elevados (por encima del voltaje nominal del motor).
Dispositivo Sensible a las Descargas Electroestáticas (ESD)
2 maxon motor control
Edición Abril 2006 / Sujeto a modificaciones
maxon motor
Instrucciones de Funcionamiento
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
2 Datos Técnicos
2.1
Datos Eléctricos
Tensión de alimentación VCC ........................................................................................ 8 - 35 VCC
Máx. corriente de salida en continuo Icont .................................................................................. 3 A
Máx. corriente de salida Imax (limitada internamente)................................................................ 5 A
Frecuencia de conmutación de la etapa de potencia.....................................................tip. 40 kHz
Rango de velocidad (motor con 1 par de polos) ........................................tip. 1000 ... 90 000 rpm
2.2
Entradas
Dirección “Direction” .......................................................... señal lógica (5 V) o interruptor a masa
Abierta o nivel alto = sentido agujas
a Gnd = contrario agujas
Freno “Brake” .................................................................... señal lógica (5 V) o interruptor a masa
Abierta o nivel alto = motor gira
a Gnd = motor para
Desconexión motor “Disable” ............................................................................. señal lógica (5 V)
Abierta o nivel bajo = motor gira
Nivel alto = motor sin alimentación
Señal de control “Set value” ............................................................entrada analógica (0.8 ... 5 V)
2.3
Salidas
Monitor de velocidad “Monitor n” ...........colector abierto (resistencia 22 kΩ a positivo 5 V,10 mA)
Señal de eje parado “NOS” .................colector abierto (resistencia 4.7 kΩ a positivo 5 V, 10 mA)
Salida de voltaje para señal de control ” Control voltaje OUT” ............... salida analógica (0...5 V)
2.4
Conexiones del motor
Bobinado motor 1
Bobinado motor 2
Bobinado motor 3
2.5
Rango de Temperatura ambiente / Humedad
Funcionamiento .............................................................................................................0 ... +40°C
Almacenamiento........................................................................................................ -40 ... +85°C
Sin condensación ......................................................................................................... 20 ... 80 %
2.6
Datos Mecánicos
Peso .............................................................................................................................aprox. 20 g
Dimensiones (LxWxH) ......................................................................................... 74 x 51 x 20 mm
Montaje................................................................... 4 separadores hexagonales M3 rosca interna
Separación de los agujeros de montaje................................................................. 63.2 x 40.6 mm
2.7
Terminales
Potencia / Señal
Terminales de atornillar J1 ................................................................................................. 9 polos
Paso .................................................................................................................................2.54 mm
2
AWG 26-20 .......................................................................................................... 0.14 ... 0.5 mm
Erminales Motor
Terminales de atornillar J2 ................................................................................................. 3 polos
Paso .................................................................................................................................2.54 mm
2
AWG 26-20 .......................................................................................................... 0.14 ... 0.5 mm
Conector de circuito impreso J3 ......................................................................................... 4 polos
Paso ...................................................................................................................................1.0 mm
Edición Abril 2006 / Subject to change
maxon motor control 3
maxon motor
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
Instrucciones de Funcionamiento
3 Cableado Externo Mínimo
3.1
Alimentación y motor
Aplicación con motor maxon EC
Aplicación con motor plano maxon EC
4 maxon motor control
Edición Abril 2006 / Sujeto a modificaciones
maxon motor
Instrucciones de Funcionamiento
3.2
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
Señal de control
con potenciómetro interno P1
con potenciómetro externo
con señal de control externa +0.8 … +5 V
Edición Abril 2006 / Subject to change
maxon motor control 5
maxon motor
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
Instrucciones de Funcionamiento
4 Instrucciones de Funcionamiento
4.1
Requerimientos de la fuente de alimentación
Se puede usar cualquier fuente de alimentación disponible, mientras cumpla
los requerimientos mínimos descritos a continuación.
Durante la puesta en marcha y la fase de ajuste, recomendamos separar el
motor de la máquina para prevenir daños debidos a movimientos no
controlados del motor.
Requerimientos de la alimentación
Voltaje de salida
Rizo
Corriente de salida
VCC mín. 8 VCC; VCC máx. 35 VCC
<5%
3 A en contiuo depende de la carga
Acceleración 5 A
La tensión necesaria puede ser calculada de la siguiente manera:
Valores conocidos:
• Par de funcionamiento MB [mNm]
• Velocidad de funcionamiento nB [rpm]
• Tensión nominal del motor UN [Voltios]
• Velocidad en vacío del motor a UN, n0 [rpm]
• Gradiente velocidad/par del motor ∆n/∆M [rpm/mNm]
Valores buscados:
• Voltaje de alimentación VCC [Voltios]
Solución:
VCC =
UN
∆n
⋅ M B ) + 1.5 V
⋅ (n B +
∆M
n0
Escoja una fuente de alimentación capaz de suministrar este voltaje calculado
en carga. Esta fórmula considera una máxima caída de tensión de 1.5 V en la
etapa de potencia.
Velocidad a alcanzar con mi alimentación:
⎡
n
n B = ⎢(VCC − 1.5 V ) ⋅ 0
UN
⎣
⎤ ⎡ ∆n
⎤
⋅MB⎥
⎥−⎢
⎦
⎦ ⎣ ∆M
Nota:
Por favor vea el capítulo 6.1.2, “Función de freno” cuando use la entrada de
freno!
6 maxon motor control
Edición Abril 2006 / Sujeto a modificaciones
maxon motor
Instrucciones de Funcionamiento
4.2
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
Pre-ajuste
Con el preajuste de los potenciómetros en fábrica, el amplificador está en
posición adecuada para iniciar los ajustes.
Las unidades AECS vienen preajustadas de fábrica.
P1
JP1
JP2
Pre-ajuste
Velocidad
Rango velocidad
Modo velocidad
50%
abierto
abierto
5 Funciones y Señales
5.1
Arranque
Dependiendo de la posición inicial del rotor y de la carga acoplada, hay un
breve procedimiento de impulso antes de que el motor arranque.
Durante este momento de impulso (arranque) el eje del motor puede oscilar
brevemente.
Los siguientes factores dificultan el arranque del motor:
• un par de fricción muy elevado
• una inercia en la carga muy grande
• voltajes elevados (por encima del voltaje nominal del motor)
Nota:
Puede haber problemas al arrancar en algunas aplicaciones que presenten
condiciones muy desfavorables, debido a la conmutación sin sensores.
Los motores multipolares (motores planos maxon EC) deberán funcionar con
el jumper JP1 cerrado. De otro modo la ganancia del amplificador es muy
elevada y el motor empezar a oscilar.
Este comportamiento es particularmente evidente en los motores planos de
maxon, siempre que (VCC > voltaje nominal del motor)
5.2
Límite de corriente
The AECS’s current limitation is around 5 A, in which operation is permissible
during max. 20 s. The maximum continuous current is 3 A, otherwise thermal
overload would occur. The AECS’s power stage and motor are not protected
against thermal overload.
Edición Abril 2006 / Subject to change
maxon motor control 7
maxon motor
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
5.3
Instrucciones de Funcionamiento
Rango de velocidad, Jumper JP1
La velocidad máxima está limitada por la fuente de alimentación y la señal de
control.
El Jumper JP1 permite 2 rangos de velocidad:
Velocidad máxima
Motor con
1 par de polos
Motor con
4 pares de
polos
Motor con
8 pares de
polos
abierto
12 000 rpm
3 250 rpm
1 625 rpm
cerrado
90 000 rpm
22 500 rpm
11 250 rpm
Jumper JP1
Importante:
Algunos tipos de motor sólo permiten un rango de
velocidad.
Vea el catálogo maxon "Máx. velocidad permitida".
Los motores multipolares (motores planos maxon EC)
deben funcionar únicamente con el jumper JP1
cerrado, si no la amplificación es muy elevada y el
control de velocidad empezará a oscilar.
El voltaje del motor no se puede reducir hasta 0 V
debido al proceso de conmutación. Por lo tanto el
motor debe funcionar a una velocidad mínima que
depende del voltaje de funcionamiento, carga y tipo
de motor.
La velocidad mínima es determinada por las
constantes de velocidad del motor y el voltaje mínimo
del motor. El voltaje mínimo del AECS es
aproximadamente
el
10%
del
voltaje
de
funcionamiento.
Ejemplo: VCC = 24 V, kn = 195 rpm V-1
=> voltaje motor UM = 2.4 V, nmin = aprox. 500 rpm
5.4
Modo velocidad, Jumper JP2
El control de velocidad se desactiva cerrando el jumper JP2, en ese caso el
motor gira a la máxima velocidad.
8 maxon motor control
Jumper JP2
Modo velocidad
abierto
Control de velocidad (bucle cerrado)
cerrad
Conmutación a bucle abierto
Edición Abril 2006 / Sujeto a modificaciones
maxon motor
Instrucciones de Funcionamiento
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
6 Entradas y Salidas
6.1
6.1.1
Entradas
Dirección "Direction"
El sentido de giro del eje del motor se determina mediante la entrada
“Direction”.
Rango de voltaje de entrada
Corriente de entrada
Protección contra sobretensión
0 ... +5 V
máx. -200 µA
(fuente interna de +5 V)
No protegido
Sentido agujas (CW)
Sentido contrario agujas (CCW)
entrada n.c. o voltaje > 4.0 V
entada a masa o voltaje < 1.0 V
Ejemplos de conexionado:
Interruptor
Contacto
de relé
Sentido agujas del reloj Interruptor
abierto
Contacto
abierto
Sentido contrario a las Interruptor
agujas del reloj cerrado
Contacto
cerrado
Edición Abril 2006 / Subject to change
Transistor
NPN
Optoacoplamiento
Componente
lógico
Transistor
bloqueado
IC = 0
Transistor
conduciendo
IC = 200 µA
Transistor
bloqueado
IC = 0
Transistor
conduciendo
IC = 200 µA
Nivel ALTO
> 4.0 V
Nivel BAJO
< 1.0 V
maxon motor control 9
maxon motor
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
6.1.2
Instrucciones de Funcionamiento
Función Freno "Brake"
Si la entrada no está conectada o el voltaje aplicado es mayor de 4 V, la
función de freno está desactivada.
Si conectamos esta entrada a Gnd (0 V) o a un voltaje inferior a 1 V, se activa
la función de freno y el motor se para, cortocircuitándose las bobinas del motor.
Las bobinas permanecen cortocircuitadas hasta que se desactive la función de
freno.
Rango de voltaje de entrada
Corriente de entrada
Protección contra sobretensión
0 ... +5 V
máx. -200 µA
(fuente interna de +5 V)
Sin protección
"Brake" inactivo
"Brake" activo
entrada n.c. o voltaje > 4.0 V
entada a masa o voltaje < 1.0 V
Ejemplos de conexionado:
Interruptor
Contacto
de relé
Función de freno inactiva Interruptor
abierto
Contacto
abierto
Función de freno activa Interruptor
cerrado
Contacto
cerrado
Transistor
NPN
Optoacoplamiento
Componente
lógico
Transistor
bloqueado
IC = 0
Transistor
conduciendo
IC = 200 µA
Transistor
bloqueado
IC = 0
Transistor
conduciendo
IC = 200 µA
Nivel ALTO
> 4.0 V
Nivel BAJO
< 1.0 V
La máxima velocidad de freno permitida está limitada por la máx. corriente de
cortocircuito permitida y la máxima energía cinética:
• I <= 10 A
• Wk <= 20 Ws
Los valores se calculan de la siguiente manera:
La máxima velocidad de freno permitida se calcula con los datos del motor:
máx. velocidad de freno
permitida limitada por
corriente (I = 10 A)
nmax = 10 A ⋅ k n ⋅ (RPh− Ph + 0.13Ω)
[rpm]
kn = Constante de velocidad [rpm/V]
RPh-Ph = Resistencia entre terminales fase a fase [Ω]
En función del momento de inercia, la máxima velocidad se determina con la
siguiente fórmula:
máx. velocidad de freno
permitida limitada por
energía cinética
(Wk = 20 Ws)
10 maxon motor control
nmax =
365
⋅ 10 000
JR + JL
[rpm]
JR = Inercia del rotor [g⋅cm2]
JL = Inercia de la carga [g⋅cm2]
Edición Abril 2006 / Sujeto a modificaciones
maxon motor
Instrucciones de Funcionamiento
6.1.3
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
Desconexión de motor "Disable"
Activa o desactiva la etapa de potencia. Si la entrada "Disable" está
desconectada, o puesta a masa, o el voltaje aplicado es menor que 0,4 V, el
amplificador está activado. Si el voltaje aplicado es mayor de 2.4 V, la etapa de
potencia queda desactivada y el motor gira libremente hasta parar.
La entrada “Disable” está protegida contra sobretensiones.
Rango de voltaje de entrada
Impedancia de entrada
Máximo voltaje de entrada
0 ... +24 VCC
aprox. 6 kΩ resistencia a masa
0 ... +25 VCC
Etapa de potencia activa
Etapa de potencia inactiva
Entrada n.c, a masa o voltaje < 0.4 V
Voltaje > 2.4 V
Ejemplos de conexionado:
a) Interruptor abierto = „Activo“; Interruptor cerrado = „Desactivado“
Contacto
Interruptor
Transistor NPN OptoComponente
de relé
acoplamiento lógico
Etapa de potencia activa
Bobinado del motor con
corriente
Etapa de potencia inactiva
El motor gira libremente hasta
parar
Interruptor
abierto
Contacto
abierto
Interruptor
cerrado
Contacto
cerrado
Transistor
bloqueado
IE = 0
Transistor
conduciendo
IE > 0
Transistor
bloqueado
IE = 0
Transistor
conduciendo
IE > 0
Nivel BAJO
Nivel ALTO
b) Interruptor abierto = „Desactivado“; Interruptor cerrado = „Activo“
Interruptor
Contacto
Transistor NPN Optode relé
acoplamiento
Etapa de potencia activa
Bobinado del motor con
corriente
Etapa de potencia inactiva
El motor gira libremente hasta
parar
Interruptor
cerrado
Contacto
cerrado
Transistor
conduciendo
IC > 0
Transistor
bloqueado
IC = 0
Interruptor
abierto
Contacto
abierto
Yuda de cálculo
Valor conocido: +Vext = +3.3 … +24 VCC
Valor buscado:
⎞
⎛ V
Transistor
conduciendo
IC > 0
Transistor
bloqueado
IC = 0
Rext ≤ ⎜⎜ ext ⋅ 6000 Ω ⎟⎟ − 6000 Ω
⎠
⎝ 2.4 V
Edición Abril 2006 / Subject to change
[Ω]
maxon motor control 11
maxon motor
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
6.1.4
Instrucciones de Funcionamiento
Señal de control "Set value"
Señal de control a través de un voltaje externo
El voltaje en la entrada "Set value" determina la velocidad de giro.
La velocidad cambia proporcionalmente a esta tensión de control.
Rango de voltaje de entrada
Impedancia de entrada
Protección contra sobretensión
0.8 ... +5 V (referencia a masa Gnd)
> 1 MΩ
Sin protección
Señal de control a través de potenciómetro interno P1
La entada "Set value" (J1, pin 6) debe conectarse a la salida "Control voltaje
OUT" (J1, pin 7).
Nota:
Tenga en cuenta la velocidad mínima y el rango de velocidad máxima
seleccionado (ver cap. 5.3, "Rango de velocidad, Jumper JP1").
Señal de control a través de potenciómetro externo
El potenciómetro interno P1 debe estar a tope a la derecha
Valor potenciómetro externo
100 kΩ
12 maxon motor control
Edición Abril 2006 / Sujeto a modificaciones
maxon motor
Instrucciones de Funcionamiento
6.2
6.2.1
6.2.2
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
Salidas
Salida de voltaje para señal de control "Control voltaje OUT"
Si se usa el potenciómetro interno P1 para el ajuste de la velocidad, la salida
"Control voltaje OUT" (pin 7) debe estar conectada a la entrada "Set value" (pin
6).
Rango de voltaje de salida
Impedancia de salida
0 ... +5 V
aprox. 10 kΩ
Tope derecho del potenciómetro P1
Tope izquierdo del potenciómetro P2
+5 VCC
0V
Señal de eje parado "NOS"
La salida NOS (Non Operating Signal) indica si el motor está girando.
Rango de voltaje de salida
Corriente de salida
0 ... +5 V
máx. 10 mA a masa (Gnd)
Voltaje 'bajo'
El motor está girando
máx. 0.3 V
El motor está parado
+5 V
(4.7 kΩ resistencia a positivo +5 V)
Voltaje 'alto'
Nota:
Si falta la tensión de alimentación o la conexión de un cable, no se puede
detectar.
Durante el proceso de arranque la señal es de voltaje alto.
Edición Abril 2006 / Subject to change
maxon motor control 13
maxon motor
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
6.2.3
Instrucciones de Funcionamiento
Monitor de velocidad "Monitor n"
La velocidad de control del eje del motor se puede monitorizar en la salida
"Monitor n". Esta señal es digital (alto/bajo) y corresponde a la mitad de la
frecuencia de conmutación.
Rango de voltaje de salida
Corriente de salida
0 ... +5 V
máx. 10 mA a masa (Gnd)
Voltaje 'bajo'
Voltaje 'alto'
máx. 0.3 V
+5 V
(22 kΩ resistencia a positivo +5 V)
Cálculo de la frecuencia en la salida"Monitor n":
f Monitor n =
n set ⋅ z Pol
20
[ Hz ]
nset = Velocidad [rpm]
zPol = Número de polos magnéticos del motor
Cálculo de la velocidad del eje del motor:
n set =
f Monitor n ⋅ 20
z Pol
[rpm]
fMonitor n = Frecuencia en la salida "Monitor n" [Hz]
zPol = Números de polos magnéticos del motor
14 maxon motor control
Edición Abril 2006 / Sujeto a modificaciones
maxon motor
Instrucciones de Funcionamiento
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
7 Asignación de terminales
7.1
J1 Potencia / Señal
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Terminales de atornillar
Paso
Para cable AWG 26-20
7.2
Monitor n
Señal de eje parado “NOS”
Salida de voltaje para señal de control
“Control voltaje OUT”
Señal de control
Desconexión de motor “Disable”
Freno “Brake”
Dirección
Masa (Gnd)
+ VCC 8 ... 35 VCC
9 polos
2.54 mm
0.14 ... 0.5 mm2
J2 Conexión motor
1
2
3
Terminales de atornillar
Paso
Para cable AWG 26-20
Nota:
Terminales adecuados para motores:
Edición Abril 2006 / Subject to change
Bobinado motor 1
Bobinado motor 2
Bobinado motor 3
3 polos
2.54 mm
0.14 ... 0.5 mm2
maxon EC motor EC∅16 sin sensores
maxon EC motor EC∅22 sin sensores
maxon EC motor EC∅32
maxon EC motor EC∅40
maxon motor control 15
maxon motor
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
7.3
Instrucciones de Funcionamiento
Pin J3 (Conector de circuito impreso de 4 polos)
1
2
3
4
Conector de circuito impreso
Paso
Bobinado motor 1
Bobinado motor 2
Bobinado motor 3
Punto neutro Y (no se usa)
4 polos, contacto superior
1.0 mm
Nota:
Terminales adecuados para motores: maxon EC∅14 motor plano sin sensores
maxon EC∅20 motor plano sin sensores
maxon EC∅32 motor plano sin sensores
maxon EC∅45 motor plano sin sensores
16 maxon motor control
Edición Abril 2006 / Sujeto a modificaciones
maxon motor
Instrucciones de Funcionamiento
AECS 35/3 Amplificador 1-Q-EC sin sensores
8 Diagrama de Bloques
9 Dimensiones
Dimensiones en [mm]
Edición Abril 2006 / Subject to change
maxon motor control 17