Servomotore und deren Ansteuerung (1) - Versionsgeschichte

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 = Inverse Kinematik =
-Hier wurde die "''Koordinaten-lineare''" XYZ-Ansteuerung von Steppern besprochen.
+Hier wurde die "''Koordinaten-lineare''" XYZ-Ansteuerung von Servos besprochen.
 : Soll das Werkzeug jedoch nicht linear im XYZ Koordinatensystem (CNC-Fräse), sondern von einem Roboterarm geführt werden, so wird dies ein ebenso spannendes Thema:

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 = Inverse Kinematik =
-Hier wurde die direkte (Weg-lineare) XYZ-Ansteuerung von Servos besprochen.
+Hier wurde die "''Koordinaten-lineare''" XYZ-Ansteuerung von Steppern besprochen.
 : Soll das Werkzeug jedoch nicht linear im XYZ Koordinatensystem (CNC-Fräse), sondern von einem Roboterarm geführt werden, so wird dies ein ebenso spannendes Thema:

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	:*[[Inverse Kinematik 1 – Theorie (Tutorial)]]		:*[[Inverse Kinematik 1 – Theorie (Tutorial)]]
	:*[[Inverse Kinematik 2 – Praxis ]]		:*[[Inverse Kinematik 2 – Praxis ]]
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−	~~==Weblinks==~~

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 hier ein Link zu Teil 2 [[Servomotore und deren Ansteuerung (2)]]
 = Servo oder Stepper =
-Ein Pendant zu diesem Artikel mit einigem Grundlagen-KnowHow zur "''Stepper- bzw. Schrittmotor Konkurrenz''" unter:   [[Stepmotore und deren Ansteuerung]]
+Ein Pendant zu diesem Artikel mit einigem Grundlagen-KnowHow zur "''Stepper- bzw. Schrittmotor Konkurrenz''" unter:   [[Stepmotore und deren Ansteuerung]] sowie im Artikel unseres Gastgebers Frank [[Schrittmotoren]].

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	= Servo oder Stepper =		= Servo oder Stepper =
−	Ein Pendant zu diesem Artikel mit einigem Grundlagen-KnowHow zur "''Stepper- bzw. Schrittmotor Konkurrenz''" unter: [[~~Servomotore~~ und deren Ansteuerung ~~(1)]] sowie [[Servomotore und deren Ansteuerung (2)~~]]	+	Ein Pendant zu diesem Artikel mit einigem Grundlagen-KnowHow zur "''Stepper- bzw. Schrittmotor Konkurrenz''" unter: [[Stepmotore und deren Ansteuerung]]

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	+	= Servo oder Stepper =
	+	Ein Pendant zu diesem Artikel mit einigem Grundlagen-KnowHow zur "''Stepper- bzw. Schrittmotor Konkurrenz''" unter: [[Servomotore und deren Ansteuerung (1)]] sowie [[Servomotore und deren Ansteuerung (2)]]
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	+	= Inverse Kinematik =
	+	Hier wurde die direkte (Weg-lineare) XYZ-Ansteuerung von Servos besprochen.
	+	: Soll das Werkzeug jedoch nicht linear im XYZ Koordinatensystem (CNC-Fräse), sondern von einem Roboterarm geführt werden, so wird dies ein ebenso spannendes Thema:
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	+	:*[[Inverse Kinematik 1 – Theorie (Tutorial)]]
	+	:*[[Inverse Kinematik 2 – Praxis ]]
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	+	==Weblinks==

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 ===AC-synchro Motore===
-'''arbeiten bis in den mittleren Leistungsbereich mit permanent erregtem Läufer;Läufer und Ständer haben die gleiche Polpaarzahl. ''' <br/> Am starren Netz laufen Synchros nicht selbständig an. Das Drehfeld springt gewissermaßen über den noch unbewegten Rotor. Synchro-Motore können nur beschleunigen, wenn das Drehfeld so langsam von Null hochgefahren wird, daß der Rotor folgen kann; dies übernimmt der AC-Servo Controller.
+'''arbeiten bis in den mittleren Leistungsbereich mit permanent erregtem Läufer; Läufer und Ständer haben die gleiche Polpaarzahl. ''' <br/> Am starren Netz laufen Synchros nicht selbständig an. Das Drehfeld springt gewissermaßen über den noch unbewegten Rotor. Synchro-Motore können nur beschleunigen, wenn das Drehfeld so langsam von Null hochgefahren wird, daß der Rotor folgen kann; dies übernimmt der AC-Servo Controller.
 Der Synchro-Motor läuft (mit geringem Winkelversatz) bis zur Überlast zum Drehfeld synchron. Wird er überlastet, so verliert er die magnetische Kopplung und kann nahezu schlagartig zum Stillstand kommen. Bei Schrittmotoren spricht man hier von Schrittverlust. Elektromagnetisch betrachtet arbeiten Schrittmotore und Synchronmotore letztendlich nach derselben Physik.

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 ==AC, Synchro und Asynchro==
-'''Beide laufen an einem Drehfeld (des Stators), das aus mindestens 1 Spule je Phase, bei 3-phasigem Drehstrom also 3 Spulen erzeugt wird.''' <br/>Jede Spule für sich erzeugt ein 2 poliges Wechselfeld, das Spulentripel bei 120 Grad Phasenverschiebung ein umlaufendes 2-poliges Drehfeld. In Analogie zur Gleichstrommaschine wird dieser Aufbau als 2-polig bzw. deren Polpaarzahl "p" mit 1 definiert.
+'''Beide laufen an einem Drehfeld (des Stators), das aus mindestens 1 Spule je Phase, bei 3-phasigem Drehstrom also 3 Spulen erzeugt wird. ''' <br/>Jede Spule für sich erzeugt ein 2 poliges Wechselfeld, das Spulentripel bei 120 Grad Phasenverschiebung ein umlaufendes 2-poliges Drehfeld. In Analogie zur Gleichstrommaschine wird dieser Aufbau als 2-polig bzw. deren Polpaarzahl "p" mit 1 definiert.
 * Werden die Spulentripel geteilt und zyklisch über den Umfang des Stators verteilt, so erhöht sich die Polpaarzahl entsprechend der wirksamen Tripel; das magnetische Feld rückt näher zusammen. Bei einer Polpaarzahl von 2 ergibt sich ein Phasenversatz von 60 Grad. Aus der eingespeisten Frequenz und der Anzahl der Spulentripel ergibt sich die Drehzahl des Drehfeldes, die Synchrondrehzahl. Frequenzumrichter ermöglichen eine variable Synchrondrehzahl. Sie errechnet sich zu:
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 ===AC-asynchro Motore / Käfig-Kurzschlußläufer===
-'''Asynchron-Motore sind die Standard-Antriebe im mittleren Leistungsbereich,''' <br/>im einfachsten Fall laufen Sie an der Netzfrequenz von 50 Hz. In der Anlaufphase herrscht nahezu Kurzschluß. Um den Anlaufstrom zu begrenzen werden (wurden) die Statorspulen zunächst in "Stern", nach einigen Sekunden Hochlauf in "Dreieck" geschaltet und der Motor so auf Nenn-Drehzahl gebracht. Die wirksame Spannung an den Stator-Spulen beträgt dabei in Stern-Schaltung 220/230 V in Dreieckschaltung 380/400 V.
+'''Asynchron-Motore sind die Standard-Antriebe im mittleren Leistungsbereich, im einfachsten Fall laufen Sie an der Netzfrequenz von 50 Hz. ''' <br/>In der Anlaufphase herrscht nahezu Kurzschluß. Um den Anlaufstrom zu begrenzen werden (wurden) die Statorspulen zunächst in "Stern", nach einigen Sekunden Hochlauf in "Dreieck" geschaltet und der Motor so auf Nenn-Drehzahl gebracht. Die wirksame Spannung an den Stator-Spulen beträgt dabei in Stern-Schaltung 220/230 V in Dreieckschaltung 380/400 V.
 Das äußere Drehfeld induziert in den Leiter-Stäben des Läufers eine Spannung, die im Läufer gezielt kurzgeschlossen wird. Dieser "Kurzschlußläufer" erzeugt ein eigenes Magnetfeld, das vom Drehfeld des Stators mitgezogen wird. Der Läufer dreht sich und erzeugt seinerseits in den Statorspulen eine Gegenspannung, die mit zunehmender Drehzahl den Strom der Statorspulen reduziert.
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 ===AC-synchro Motore===
-'''arbeiten bis in den mittleren Leistungsbereich mit permanent erregtem Läufer;''' <br/> Läufer und Ständer haben die gleiche Polpaarzahl. Am starren Netz laufen Synchros nicht selbständig an. Das Drehfeld springt gewissermaßen über den noch unbewegten Rotor. Synchro-Motore können nur beschleunigen, wenn das Drehfeld so langsam von Null hochgefahren wird, daß der Rotor folgen kann; dies übernimmt der AC-Servo Controller.
+'''arbeiten bis in den mittleren Leistungsbereich mit permanent erregtem Läufer;Läufer und Ständer haben die gleiche Polpaarzahl. ''' <br/> Am starren Netz laufen Synchros nicht selbständig an. Das Drehfeld springt gewissermaßen über den noch unbewegten Rotor. Synchro-Motore können nur beschleunigen, wenn das Drehfeld so langsam von Null hochgefahren wird, daß der Rotor folgen kann; dies übernimmt der AC-Servo Controller.
 Der Synchro-Motor läuft (mit geringem Winkelversatz) bis zur Überlast zum Drehfeld synchron. Wird er überlastet, so verliert er die magnetische Kopplung und kann nahezu schlagartig zum Stillstand kommen. Bei Schrittmotoren spricht man hier von Schrittverlust. Elektromagnetisch betrachtet arbeiten Schrittmotore und Synchronmotore letztendlich nach derselben Physik.
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 ===AC-Reluktanzmotor===
-'''Die Physik beider AC-Varianten vereint der Reluktanzmotor – mit einer aufwendigen Läuferkonstruktion.''' <br/>Stellen wir uns an Stelle eines runden Läufers ein dickeres, mit der Achse parallel laufendes Weich-Eisenblech vor. Es wird sich zwischen den magnetischen Polen ausrichten; hierbei erzeugt es ein Drehmoment, das auf Null sinkt, sobald es ausgerichtet ist. Besteht der Anker nicht aus einem einzigen Blech, sondern 2 gekreuzten, so haben wir einen Anker mit 2 Polpaaren. Zwischen den Blechflanken liegt Luft. Legen wir in diesen Bereich die Leiter-Stäbe eines Asynchron Kurzschluß-Läufers, so ist die Physik hinlänglich beschrieben.
+'''Die Physik beider AC-Varianten vereint der Reluktanzmotor – mit einer aufwendigen Läuferkonstruktion. ''' <br/>Stellen wir uns an Stelle eines runden Läufers ein dickeres, mit der Achse parallel laufendes Weich-Eisenblech vor. Es wird sich zwischen den magnetischen Polen ausrichten; hierbei erzeugt es ein Drehmoment, das auf Null sinkt, sobald es ausgerichtet ist. Besteht der Anker nicht aus einem einzigen Blech, sondern 2 gekreuzten, so haben wir einen Anker mit 2 Polpaaren. Zwischen den Blechflanken liegt Luft. Legen wir in diesen Bereich die Leiter-Stäbe eines Asynchron Kurzschluß-Läufers, so ist die Physik hinlänglich beschrieben.
 Am starren Drehstromnetz läuft er zunächst als Asynchro an, sobald die Drehzahl in die Nähe der Synchrondrehzahl kommt "rastet er ein" und verhält sich wie eine Synchromaschine. Wird er überlastet, läuft er wieder als Asynchro. Der Wirkungsgrad des Systems – und sein abgegebenes Drehmoment – ist verhältnismäßig gering.

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-* Das Ständerfeld kennt also 6 Positionen. Diese Ansteuerung wird auch als '''Block-Commutierung''' oder '''Trapez-Ansteuerung''' bezeichnet. <br/> Trapez, wegen der trapezförmigen Feldkurve bzw. Luftspaltinduktion. Zwischen gleichsinniger Bestromung einer einzelnen Spule und der Stromrichtungsumkehr liegt eine stromlose Phase von 60 Grad, somit besteht keine Kurzschlußgefahr "aus Umschaltträgheit" der Phasen-Schalter +/– .
+Das Ständerfeld kennt also 6 Positionen. Diese Ansteuerung wird auch als '''Block-Commutierung''' oder '''Trapez-Ansteuerung''' bezeichnet. Trapez, wegen der trapezförmigen Feldkurve bzw. Luftspaltinduktion.
 * Die Drehrichtung ist nicht direkt ansteuerbar, zur (fest verdrahteten) Drehrichtungsumkehr werden die äußeren Spulenanschlüsse zweier beliebiger der 3 Spulen (z.B. L2/L3) getauscht; alternativ hierzu kann die Ansteuerung der zugehörigen Phasenschalter gewechselt werden.
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 ===AC-asynchro Motore / Käfig-Kurzschlußläufer===
-Asynchron-Motore sind die Standard-Antriebe im mittleren Leistungsbereich, im einfachsten Fall laufen Sie an der Netzfrequenz von 50 Hz. In der Anlaufphase herrscht nahezu Kurzschluß. Um den Anlaufstrom zu begrenzen werden (wurden) die Statorspulen zunächst in "Stern", nach einigen Sekunden Hochlauf in "Dreieck" geschaltet und der Motor so auf Nenn-Drehzahl gebracht. Die wirksame Spannung an den Stator-Spulen beträgt dabei in Stern-Schaltung 220/230 V in Dreieckschaltung 380/400 V.
+'''Asynchron-Motore sind die Standard-Antriebe im mittleren Leistungsbereich,''' <br/>im einfachsten Fall laufen Sie an der Netzfrequenz von 50 Hz. In der Anlaufphase herrscht nahezu Kurzschluß. Um den Anlaufstrom zu begrenzen werden (wurden) die Statorspulen zunächst in "Stern", nach einigen Sekunden Hochlauf in "Dreieck" geschaltet und der Motor so auf Nenn-Drehzahl gebracht. Die wirksame Spannung an den Stator-Spulen beträgt dabei in Stern-Schaltung 220/230 V in Dreieckschaltung 380/400 V.
 Das äußere Drehfeld induziert in den Leiter-Stäben des Läufers eine Spannung, die im Läufer gezielt kurzgeschlossen wird. Dieser "Kurzschlußläufer" erzeugt ein eigenes Magnetfeld, das vom Drehfeld des Stators mitgezogen wird. Der Läufer dreht sich und erzeugt seinerseits in den Statorspulen eine Gegenspannung, die mit zunehmender Drehzahl den Strom der Statorspulen reduziert.
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 ===AC-synchro Motore===
-arbeiten bis in den mittleren Leistungsbereich mit permanent erregtem Läufer; Läufer und Ständer haben die gleiche Polpaarzahl. Am starren Netz laufen Synchros nicht selbständig an. Das Drehfeld springt gewissermaßen über den noch unbewegten Rotor. Synchro-Motore können nur beschleunigen, wenn das Drehfeld so langsam von Null hochgefahren wird, daß der Rotor folgen kann; dies übernimmt der AC-Servo Controller.
+'''arbeiten bis in den mittleren Leistungsbereich mit permanent erregtem Läufer;''' <br/> Läufer und Ständer haben die gleiche Polpaarzahl. Am starren Netz laufen Synchros nicht selbständig an. Das Drehfeld springt gewissermaßen über den noch unbewegten Rotor. Synchro-Motore können nur beschleunigen, wenn das Drehfeld so langsam von Null hochgefahren wird, daß der Rotor folgen kann; dies übernimmt der AC-Servo Controller.
 Der Synchro-Motor läuft (mit geringem Winkelversatz) bis zur Überlast zum Drehfeld synchron. Wird er überlastet, so verliert er die magnetische Kopplung und kann nahezu schlagartig zum Stillstand kommen. Bei Schrittmotoren spricht man hier von Schrittverlust. Elektromagnetisch betrachtet arbeiten Schrittmotore und Synchronmotore letztendlich nach derselben Physik.