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Was wird als Niederspannungsmotor betrachtet?

21 Feb 2022
Kollmorgen Experten

Blog – Was gilt als Kleinspannungsmotor?

Diese Frage ist schwierig zu beantworten. Laut der Definition der Niederspannungsrichtlinie liegt Niederspannung zwischen 50 und 1.000 V AC beziehungsweise zwischen 120 und 1.500 V DC, was auf der Netzspannung basiert, die zum Antrieb des elektrischen Systems verwendet wird und die den spezifischen IEC-Vorschriften zur Sicherheit und zur Gefahr durch Stromschlag und Lichtbögen entspricht. Wenn es im Rahmen von Servomotoren um Niederspannungsmotoren geht, zielt die Niederspannung jedoch auf akkubetriebene Anwendungen ab. Während branchenübliche bürstenlose Motoren in der Regel mit 120 bis 480 V betrieben werden, sind Niederspannungs-Servomotoren für Spannungen von 24 bis 96 Vdc optimiert. Per Definition werden Spannungen in diesem Bereich von der IEC in die Kategorie Kleinspannung (Extra Low Voltage – ELV) eingeordnet.

Was macht einen Motor zum Niederspannungsmotor?

Ein Servomotor wird durch einen Servoverstärker angetrieben, der entweder von einer Wechselstrom- oder Gleichstromquelle versorgt wird. Die Drehzahl-/Drehmomenteigenschaften eines Motors werden durch zwei spezifische Motorparameter charakterisiert: Gegen-EMK (Kb) gemessen in Volt/krpm und Drehmomentkosntante (Kt) gemessen in Nm/A. Die erreichbare Motordrehzahl ist unter anderem abhängig von der angelegten Spannung und das Drehmoment des Motors ist abhängig von dem verfügbaren Strom. Diese beiden Merkmale hängen unmittelbar davon ab, wie viele Drahtwicklungen in den Motorspulen eingesetzt wurden. Dabei wird die Motorwicklung in der Regel für die Spannung optimiert, die für die Anwendung vorgesehen ist. Ein Motor kann bei Spannungen bis zu seiner maximalen Nennspannung betrieben werden, die auf dem bei der Motorkonstruktion berücksichtigten Isolationssystem basiert.

Beispiel: Ein Motor mit einer Nenndrehzahl von 2.000 U/min und einem Nenndrehmoment von 5 Nm verwendet ein Wicklungsdesign mit 10 Windungen pro Spule, woraus sich in dem Beispiel eine Nennspannung von 170 V DC und ein Nennstrom von 10 A ergibt. Wenn dieser Motor mit 85 V DC betrieben wird und keine Anpassungen an der Wicklung vorgenommen wurden, könnte der nur mit einer Drehzahl von 1.000 U/min bei 5 Nm betrieben werden (vorausgesetzt, der gleiche Strom ist bei niedrigerer Spannung verfügbar). Um bei niedrigerer Spannung auf derselben Leistungsstufe zu arbeiten, kann die Motorwicklung durch Reduzierung der Wicklungsanzahl (5 Wicklungen pro Spule) angepasst werden, um 2.000 U/min bei 85 V DC zu erreichen. Allerdings ändert sich dadurch die Empfindlichkeit des Motordrehmoments, und um bei 2.000 U/min und 85 V DC ein Drehmoment von 5 Nm zu erreichen, wäre nun ein Strom von 20 A erforderlich.

AKM2G-32ML Abbildung

Betrachten Sie typische akkubetriebene Anwendungen wie etwa ferngesteuerte Fahrzeuge oder Roboter, bei denen eine Spannung von 24 bis 96 V DC eingesetzt wird. Der Servomotor müsste Wicklungen enthalten, die so optimiert wurden, dass sie den Lastpunkt an der spezifischen angelegten Spannung und dem verfügbaren Strom entsprechen. Diese Anwendungen sind ideal für Niederspannungsmotorlösungen, da zu den Anwendungsanforderungen in der Regel geringere Drehzahlen und ein höheres Drehmoment zählen. Ein Niederspannungsmotor kann jedoch auch für den Betrieb bei höheren Drehzahlen geeignet sein, wenn die Motorwicklungen für einen effizienten Betrieb bei Nenndrehzahl, Drehmoment, verfügbarer Spannung und Strom optimiert sind.

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Dieses Blogthema wurde in Zusammenarbeit von Motion- und Automationsexperten bei Kollmorgen erstellt, darunter Ingenieure, Customer Service - Mitarbeiter und Applikateure. Gerne helfen wir auch bei Ihrem Projekt.

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