maxon motor maxon motor control 1-Q-EC Amplificateur AECS 35/3 Référence de commande: Notice d'utilisation Edition Avril 2006

Transcription

1 maxon motor control 1-Q-EC Amplificateur AECS 35/3 Référence de commande: Notice d'utilisation Edition Avril 2006 L AECS (Analog EC Controller Sensorless) est un amplificateur à 1 quadrant (1-Q-EC) assurant sans capteurs la commande de moteurs à courant continu commutés électroniquement (sans balais). Les capteurs de la position du rotor (capteurs à effet Hall) ne sont donc pas nécessaires. Le large plage des tensions d entrée de 8-35 VDC permet l utilisation d une électronique flexible. La limitation du courant du moteur est fixée à 5 A. Le nombre de tours du moteur est réglé à une valeur imposée à l aide d un potentiomètre incorporé ou par l application d une valeur de consigne externe prédéterminée. La vitesse du moteur peut être surveillée à partir de la sortie monitor n. Une entrée Brake permet de freiner l arbre du moteur jusqu à l arrêt complet. Une entrée Direction permet d imposer au moteur son sens de rotation. Une entrée Disable permet d interrompre la tension d alimentation du moteur. La connexion du moteur est réalisée par des bornes vissées ou par un connecteur pour flexprint pour moteurs plats de maxon. A l aide de la force contre-électromotrice du moteur, FCEM, la position actuelle du rotor est mesurée afin d alimenter les bobinages partiels. L intégration de l étage final de puissance MOS-FET permet d atteindre un haut rendement. Table des matières 1 Instructions de sécurité Données techniques Câblage minimal Instruction d'utilisation Fonctions et signaux Description des fonctions d entrées / sorties Connectique Schéma bloc Dimensions...17 Cette notice d'utilisation est disponible comme PDF à la page internet sous la rubrique «Service & Downloads».

2 Notice d'utilisation 1 Instructions de sécurité Personnel qualifié L'installation et la mise en service ne doivent être effectuées que par du personnel qualifié et suffisamment formé. Prescriptions légales L'utilisateur a le devoir de s'assurer que l'amplificateur et les autres composantes satisfont aux prescriptions locales de montage et de connexion. Découplage de la charge Lors de la mise en service, le moteur doit tourner à vide, la charge étant découplée. Dispositifs complémentaires de sécurité Tous les appareils électroniques ne sont en principe pas à l'abri de panne subite. Les machines et les installations qui en dépendent doivent être munies de dispositifs de sécurité indépendants, capable d'intervenir en cas de panne de la commande ou en cas de données erronées transmises par l'électronique de pilotage, en cas de rupture de câble ou de tout autre incident technique, en établissant des conditions d'exploitation bien définies. Réparations Les réparations ne doivent être exécutées que par du personnel qualifié et dûment autorisé ou par le fabricant lui-même. Des interventions inappropriées peuvent engendrer des risques non négligeables pour l'utilisateur. Danger Toutes les parties de l'installation doivent être hors tension pendant l'installation de l'amplificateur. Après l enclenchement, ne pas toucher les conducteurs sous tension! Précautions lors de travaux de câblage Toutes les connexions de câbles ne peuvent être effectuées que quand l installation est hors tension, même pour les débranchements. Tension maximum de service La tension d'alimentation doit être comprise entre 8 et 35 VDC. Toute tension supérieure ou inversion de la polarité peut détruire l'appareil. Comportement au démarrage A cause du principe de la commutation sans capteurs, des difficultés au démarrage du moteur peuvent se produire dans certains cas défavorables d utilisation. Origine de ces difficultés: un couple de frottement élevé, un moment d inertie de la charge très élevé ou plus généralement un moteur plat auquel on applique une tension trop élevée (supérieure à la tension nominale). L'appareil contient des composants sensibles aux décharges électrostatiques (ESD) 2 maxon motor control Edition Avril 2006 / Modifications réservées

3 Notice d'utilisation maxon motor 2 Données techniques 2.1 Caractéristiques électriques 2.2 Entrées 2.3 Sorties Tension d'alimentation V CC VDC Courant de sortie permanent I cont... 3 A Courant de sortie max. I max (limite interne)... 5 A Fréquence de commutation de l'étage final...type 40 khz Plage de vitesse (moteur avec 1 paire de pôles)... type min -1 Direction...Signal logique (5 V) ou interrupteur contre Gnd ou haut niveau = sens de rotation horaire contre Gnd = sens de rotation anti-horaire Brake...Signal logique (5 V) ou interrupteur contre Gnd ou haut niveau = l arbre du moteur tourne contre Gnd = l arbre du moteur s arrête Disable... Signal logique (5 V) ou bas niveau = l arbre du moteur tourne haut niveau = le moteur n est plus alimenté Set value... Entrée analogique ( V) Moniteur n... collecteur (Pullup 22 kω à 5 V, 10 ma) Surveillance de la vitesse NOS... collecteur (Pullup 4.7 kω à 5 V, 10 ma) Control voltage OUT... Sortie analogique ( V) 2.4 Bornes de connexion du moteur Enroulement 1 du moteur Enroulement 2 du moteur Enroulement 3 du moteur 2.5 Température- / Humidité Exploitation C Stockage C Humidité relative non-condensée % 2.6 Caractéristiques mécaniques 2.7 Connecteur Masse...env. 20 g Dimensions (long. x larg. x haut.) x 51 x 20 mm Fixation...4 écrous 6 pans M3 filetage interne Distances entre les trous x 40.6 mm Power / Signal Borne à vis J pôles Pas mm AWG mm 2 Borne de connexion du moteur Borne à vis J pôles Pas mm AWG mm 2 Fiche Flexprint J pôles Pas mm Edition Avril 2006 / Modifications réservées maxon motor control 3

4 Notice d'utilisation 3 Câblage minimal 3.1 Alimentation / moteur Application avec moteur maxon EC Application avec moteur plat maxon EC 4 maxon motor control Edition Avril 2006 / Modifications réservées

5 Notice d'utilisation maxon motor 3.2 Imposition de la valeur de consigne avec potentiomètre interne P1 avec potentiomètre externe avec valeur de consigne externe VDC Edition Avril 2006 / Modifications réservées maxon motor control 5

6 Notice d'utilisation 4 Instruction d'utilisation 4.1 Détermination de la puissance d'alimentation N'importe quelle alimentation à courant continu peut être utilisée, si elle répond aux exigences minimales résumées ci-dessous. Durant la phase d'installation et de mise au point, nous vous recommandons de séparer mécaniquement le moteur de la machine qu'il doit entraîner, afin d'éviter tout dommage résultant d'un mouvement incontrôlé! Puissance d'alimentation nécessaire Tension de sortie V CC min. 8 VDC; V CC max. 35 VDC Ondulation < 5 % Courant de sortie dépend de la charge, maximum 3 A en charge continue accélération brève, max. 10 A La tension d'alimentation nécessaire peut être calculée comme suit: Valeurs connues: Couple en exploitation M B [mnm] Vitesse d'exploitation n B [min -1 ] Tension nominale du moteur U N [V] Vitesse du moteur à vide à U N, n 0 [min -1 ] Pente vitesse/couple du moteur n/ M [min -1 mnm -1 ] Valeur cherchée: Tension d'alimentation V CC [V] Solution: U N n Vcc = ( nb + M B ) V n M 0 Choisissez une alimentation pouvant fournir la tension sous charge ainsi calculée. La relation ci-dessus tient compte d une chute de tension de 1.5 V à l'étage final. Vitesse qu'il est possible d'atteindre avec mon alimentation: n n M 0 ( V 1.5V ) M B = CC B U N n Note: Lors de l'utilisation de l'entrée Brake, tenir compte du chapitre 6.1.2, Fonction de freinage Brake! 6 maxon motor control Edition Avril 2006 / Modifications réservées

7 Notice d'utilisation maxon motor 4.2 Réglage de base Le positionnement de base des potentiomètres permet d obtenir un fonctionnement idéal. Les unités AECS sont déjà pré-ajustées dans leur emballage d orignie. 5 Fonctions et signaux Réglage de base P1 Vitesse 50% JP1 Plage de vitesse JP2 Mode régissant la vitesse 5.1 Comportement au démarrage Selon la position d arrêt du rotor avant le démarrage et l importance de la charge à mettre en mouvement, une brève procédure de balancement peut s instaurer avant la montée en vitesse. Pendant cette procédure de balancement (au démarrage), l arbre peut osciller brièvement de droite à gauche! Les points suivants ont un effet négatif sur le comportement au démarrage: un couple de frottement élevé un moment d inertie de la charge très élevé une tension élevée (supérieure à la tension nominale) Note: A cause du principe de la commutation sans capteurs, des difficultés au démarrage du moteur peuvent se produire dans certains cas défavorables d utilisation. Les moteurs multipolaires (moteurs plats maxon EC) ne peuvent être utilisés qu'avec le cavalier JP1, sinon l'amplification de régulation est trop élevée, ce qui cause l'oscillation du régulateur de vitesse. Ce comportement est particulièrement prononcé sur les moteurs plats maxon. (V CC > tension nominale du moteur) 5.2 Limitation du courant L'AECS dispose d'une limitation de courant à 5 A environ. Le fonctionnement à cette limite de courant est admissible pendant 20 s au maximum. Le courant permanent maximum est de 3 A. Un courant permanent plus élevé conduit à une surcharge thermique. L'étage final et l'aecs ne sont pas protégés contre des surcharges thermiques. Edition Avril 2006 / Modifications réservées maxon motor control 7

8 Notice d'utilisation 5.3 Plage de vitesse, pont enfichable JP1 Le nombre de tours maximum par minute est limité par la tension d alimentation et par la valeur de consigne imposée à l entrée. Le pont JP1 (cavalier enfichable) permet de choisir deux plages de vitesse: Vitesse max. Moteur avec Moteur avec Pont JP1 Moteur avec 4 paires de 8 paires de 1 paire pôles pôles pôles min min min min min min -1 Attention: Sur certains types de moteurs, un seul plage de vitesse est admis. Voir dans le catalogue maxon sous Vitesse limite. Les moteurs multipolaires (moteurs plats maxon EC) ne peuvent être utilisés qu'avec le cavalier JP1, sinon l'amplification de régulation est trop élevée, ce qui cause l'oscillation du régulateur de vitesse. A cause du mode de commutation, la tension du moteur ne peut pas être réduite jusqu à 0 V. En fonction de sa tension, de sa charge et de son type, le moteur doit donc fonctionner avec un nombre de tours minimum. La vitesse minimale est déterminée par les constantes de vitesse et la tension minimale du moteur. Dans le cas de l'aecs, la tension minimale du moteur est d'environ 10% de la tension d'alimentation. Exemple.: V CC = 24 V, k n = 195 min -1 V -1 => tension du moteur U M = 2.4 V, n min = env. 500 min Mode de vitesse, pont enfichable JP2 La fermeture du pont JP2 provoque la désactivation du réglage du nombre de tours. Le moteur tourne alors à sa vitesse maximale. Pont JP2 Mode du nombre de tours Régulateur de vitesse (en boucle e) Commutation pure 8 maxon motor control Edition Avril 2006 / Modifications réservées

9 Notice d'utilisation maxon motor 6 Description des fonctions d entrées / sorties 6.1 Entrées Sens de rotation Direction L entrée Direction fixe le sens de rotation de l arbre du moteur. Plage des tensions d entrée V Courant d entrée max µa (alimentation interne à +5 V) Protection contre les surtensions Aucune protection Rotation à droite (CW) Rotation à gauche (CCW) Entrée e ou tension d entrée > 4.0 V Entrée reliée à Gnd ou tension d entrée < 1.0 V Exemples de couplage: Interrupteur Contact relais NPN Optocoupleur Élém. logique Marche à droite (CW) Interrupteur Marche à gauche (CCW) Interrupteur Contact Contact bloqué I C = 0 conducteur I C = 200 µa bloqué I C = 0 conducteur I C = 200 µa HIGH Level > 4.0 V LOW Level < 1.0 V Edition Avril 2006 / Modifications réservées maxon motor control 9

10 Notice d'utilisation Fonction de freinage Brake La fonction Brake est inactive si l entrée est libre ou que la tension est supérieure à 4.0 V. La fonction Brake est active (l axe du moteur est freiné jusqu à l arrêt) si l entrée est connectée au Gnd ou à une tension inférieure à 1.0 V. Les bobinages du moteur sont court-circuités pour cette opération. Ils restent courtcircuités jusqu à ce que la fonction Brake soit désactivée. Plage des tensions d entrée V Courant d entrée max µa (alimentation int. à +5 V) Protection contre les surtensions Aucune protection Fonction de freinage inactive Fonction de freinage active Entrée e ou tension d entrée > 4.0 V Entrée reliée à Gnd ou tension d entrée < 1.0 V Exemples de couplage: Interrupteur Contact relais NPN Optocoupleur Élém. logique Fonction de freinage inactive Interrupteur Fonction de freinage active Interrupteur Contact Contact bloqué I C = 0 conducteur I C = 200 µa bloqué I C = 0 conducteur I C = 200 µa HIGH Level > 4.0 V LOW Level < 1.0 V nombre de tours max. de freinage limité par le courant de freinage (I = 10 A) nombre de tours max. de freinage limité par l énergie cinétique (W k = 20 Ws) Le nombre de tours maximum de freinage est limité par le courant de courtcircuit maximum admissible et par l énergie cinétique maximale à absorber: I <= 10 A W k <= 20 Ws Les valeurs suivantes peuvent être calculées ainsi: Partant des données du moteur, le nombre de tours de freinage maximum admissible est de: n max = 10A k n R Ph Ph 1 ( Ω) [min ] k n = Constante de vitesse [min -1 V -1 ] R Ph-Ph = Résistance aux bornes (phase-phase) [Ω] Pour un moment d inertie donné, le nombre maximum de tours max. de freinage se calcule à l aide de la formule suivante: n max = [min 1 ] J R + J L J R = Inertie du rotor [g cm 2 ] J L = Moment d inertie de la charge [g cm 2 ] 10 maxon motor control Edition Avril 2006 / Modifications réservées

11 Notice d'utilisation maxon motor Découplage Disable Découplage ou verrouillage de l étage de puissance. L étage de puissance est actif si l entrée Disable est libre, connectée au Gnd ou à une tension inférieure à 0.4 V. L étage de puissance est désactivé (sa résistance devient très élevée) si l on y branche une tension supérieure à 2.4 V. Le moteur s arrête alors sans autre freinage que le frottement (arrêt non-freiné). L entrée Disable est protégée contre les surtensions. Plage des tensions d entrée Impédance d entrée Max. tension d entrée Étage final activé > Enroulement du moteur alimenté Étage final désactivé > Arbre du moteur non freiné VDC env. 6 kω de résistance contre Gnd VDC Entrée e ou reliée à Gnd ou tension d entrée < 0.4 V Tension d entrée > 2.4 V Exemples de couplage: a) Interrupteur = Enable ; Interrupteur = Disable Interrupteur Contact relais NPN Optocoupleur Élém. logique Étage final activé Enroulement du moteur alimenté Étage final désactivé Arbre du moteur non freiné Interrupteur Interrupteur Contact Contact bloqué I E = 0 conduct. I E >0 bloqué I E = 0 conduct. I E >0 b) Interrupteur = Disable ; Interrupteur = Enable Interrupteur Contact relais NPN Optocoupleur LOW Level HIGH Level Étage final activé Enroulement du moteur alimenté Étage final désactivé Arbre du moteur non freiné Interrupteur Interrupteur Contact Contact conduct. I C >0 bloqué I C = 0 conduct. I C >0 bloqué I C = 0 Aide de calcul donné: +V ext = VDC cherché: Vext Rext 6000 Ω 6000 Ω 2.4 V [ Ω] Edition Avril 2006 / Modifications réservées maxon motor control 11

12 Notice d'utilisation Valeur de consigne Set value Valeur de consigne avec alimentation externe La tension appliquée à l entrée Set value fixe la valeur de consigne de la vitesse de rotation. La vitesse varie proportionnellement à cette valeur de consigne. Plage des tensions d entrée Impédance d entrée Protection contre les surtensions V (Référence contre Gnd) > 1 MΩ Aucune protection Valeur de consigne avec potentiomètre interne L entrée Set value (J1, borne 6) doit être reliée avec la sortie Control voltage OUT (J1, borne 7) Note: La limitation inférieure et supérieure de la vitesse doit être respectée (voir le paragraphe,5.3 Plage de vitesse, pont enfichable JP1 ). Valeur de consigne avec potentiomètre interne Potentiomètre interne P1 en butée à droite Valeur du potentiomètre externe 100 kω 12 maxon motor control Edition Avril 2006 / Modifications réservées

13 Notice d'utilisation maxon motor 6.2 Sorties Control voltage OUT Si le potentiomètre interne P1 est utilisé pour régler la vitesse, la sortie Control voltage OUT (borne 7) doit être reliée à l entrée Set value (borne 6). Plage des tensions de sortie Impédance de sortie Butée droite du potentiomètre P1 Butée gauche du potentiomètre P V env. 10 kω +5 VDC 0 V Surveillance du nombre de tours NOS La sortie NOS (Non Operating Signal) est utilisée pour surveiller le status. Plage des tensions de sortie Courant de sortie Niveau de tension bas Niveau de tension haut V max. 10 ma contre Gnd L arbre tourne max. 0.3 V L arbre est arrêté +5 V (4.7 kω Pullup résistance interne contre le +5 V) Note: Il n est pas possible de détecter une rupture de câble ou une absence de la tension d alimentation! Pendant le cycle de mise en marche du moteur, haut est affiché. Edition Avril 2006 / Modifications réservées maxon motor control 13

14 Notice d'utilisation Monitor n La vitesse de consigne de l arbre du moteur peut être surveillée sur la borne de sortie Monitor n de l électronique. La valeur de consigne de la vitesse est disponible sous forme de signal digital (High/Low) et elle correspond à la moitié de la fréquence de commutation. Plage des tensions de sortie Courant de sortie Niveau de tension bas Niveau de tension haut V max. 10 ma contre Gnd max. 0.3 V +5 V (22 kω Pullup résistance interne contre +5 V) Valeur cherchée: Fréquence à la sortie Monitor n, valant: f Monitor n n = set z 20 Pol [ Hz] n set = nombre de tours par minute [min -1 ] z Pol = nombre de paires de pôles du moteur Valeur cherchée: Vitesse de l arbre du moteur f Monitor n 20 1 n set = [min ] z Pol f Monitor n = Fréquence à la sortie Monitor n [Hz] z Pol = nombre de paires de pôles du moteur 14 maxon motor control Edition Avril 2006 / Modifications réservées

15 Notice d'utilisation maxon motor 7 Connectique 7.1 Occupation des broches du connecteur J1 Power / Signal 9 Monitor n 8 Surveillance du nombre de tours NOS 7 Control voltage OUT 6 Set value 5 Disable 4 Brake 3 Direction 2 Gnd 1 +V CC 8 35 VDC Bornes à vis 9 pôles Pas 2.54 mm AWG mm Occupation de la fiche J2 de connexion du moteur 1 Enroulement 1 du moteur 2 Enroulement 2 du moteur 3 Enroulement 3 du moteur Bornes à vis 3 pôles Pas 2.54 mm AWG mm 2 Note: Bornes prévues p. ex. pour: maxon EC moteur EC 16 sans capteurs maxon EC moteur EC 22 sans capteurs maxon EC moteur EC 32 maxon EC moteur EC 40 Edition Avril 2006 / Modifications réservées maxon motor control 15

16 Notice d'utilisation 7.3 Occupation de la fiche J3 (connecteur Flexprint à 4 pôles) 1 Enroulement 1 du moteur 2 Enroulement 2 du moteur 3 Enroulement 3 du moteur 4 Point de l étoile Y (n'est pas utilisée) Connecteur Flexprint Pas 4 pôles, top contact style 1.0 mm Note: Bornes prévues p. ex. pour: maxon EC 14 moteur plat sans capteurs maxon EC 20 moteur plat sans capteurs maxon EC 32 moteur plat sans capteurs maxon EC 45 moteur plat sans capteurs 16 maxon motor control Edition Avril 2006 / Modifications réservées

17 Notice d'utilisation maxon motor 8 Schéma bloc 9 Dimensions Dimensions en [mm] Edition Avril 2006 / Modifications réservées maxon motor control 17