Fördelar

• Det blir möjligt att räkna på systemets beteende
• Motor och styrning med rätt prestanda kan väljas tidigt i projektet
• Lindning och styrning kan optimeras mot aktuellt lastfall
• Strömförsörjning blir rätt dimensionerad
• Möjligt att jämföra motorer och hitta alternativa leverantörer

Bakgrund

Om ström och spänning till motorn ökas kommer till slut överhettning och magnetisk mättning i motorn begränsa prestanda. Överhettning orsakas av förluster i lindningsresistans, magnetiska förluster och för lite kylning. Den spänning som styrningen kan leverera sätter gränsen för motorns moment på höga varvtal. Strömmen sätter gränsen på låga. Så länge motorn inte sätter gränsen kan prestanda höjas av drivsteget.

Tillverkarens momentkurva är bara giltig under de förutsättningar som den mätts vid. Med bättre styrning, högre spänning, mer ström och bättre kylning kan motorn prestera mer. Calmon mäter därför motors momentkurva med rätt styrning, ström, spänning och konfigurering.

Broms­bänken

Bromsbänken består av en mekanisk fixtur där mätobjekt och broms kan linjeras exakt till varandra. Vi har en stor uppsättning bromsar, kopplingar, centreringar och axel­bussningar för att olika typer av motorer ska kunna mätas. En styrenhet, till vilken aktuell motorstyrning ansluts, sköter mätningen. Aktuell drivspänning, strömnivå och andra inställningar görs på styrenheten. Mätning av stegmotorers moment på angivna stegfrekvenser görs därefter helt automatiskt.

Resultaten

Resultatet blir 6 olika kurvor, där olika storheter visas som funktion av varvtal eller stegfrekvens. Beroende på vilken typ av motorstyrning som konstrueras så tas olika stor hänsyn till kurvorna. Typiskt så används resultatet enligt nedan.

• Mekanisk uteffekt används för att välja rätt storlek på motorn i förhållande till lastens effektbehov.
• Moment­kurvan visar max tillgängligt moment, detta ska matchas mot lastens momentbehov med hjälp av utväxlingen.
• Verkningsgraden visar hur mycket av den i styrningen inmatade effekten som kommer ut på motorns axel. Om verkningsgraden är låg bör en annan utväxling eller motor väljas.
• Ineffekten vid max last används för att dimensionera strömförsörjningen.
• Förlusteffekt olastad och vid max last används för att skatta kylbehovet.

Genom att mäta olika motorer, lindningar, spänningar, strömmar samt drivsteg och drivstegsinställningar och jämföra dessa så kan en optimal kombination väljas.

Två verkliga exempel

Övre bilden visar tillgängligt moment från en NEMA 11 (28x28 mm) 51 mm lång hybrid­stegmotor (Parker Automation LV113) när denna drivs med olika drivsteg och olika matnings­spänning. Röd kurva visar urfasnings­momentet (Pull-Out Torque) när motorn drivs med Allegro A4983 och 24 V. Blå kurva är moment som tillverkaren anger på sin hemsida vid 24 V. Övriga kurvor gäller för drivning med Moons MSST5-Q-RE, ett drivsteg för industriella tillämpningar, grön 24 V, gul 36 V och orange 48 V. I samtliga fall är drivstegen inställda för att ge 0,92 Arms till lindningarna vid låg hastighet. Bäst moment erhålls med A3983. Drivsteget från Moons hade problem med strömregleringen när motorn belastades. Strömmen sjönk beroende på varvtal och matningsspänning, motorn utnyttjades dåligt. Även momentkurvan som tillverkaren anger är sämre än vad som erhålls med A4983. Förmodligen används ett annat drivsteg eller stegmod, tillverkaren anger endast ström och spänning. Tillverkarens momentkurva är därför svår att använda vid dimensionering.

Av mittersta bilden framgår hur stor inverkan de olika drivstegen har på systemets verkningsgrad. Drivsteget från Moons med 48 V matning presterar nästa lika högt moment som A4983 vid 24 V men verkningsgraden är mycket sämre.

På understa bilden visa tillgängligt moment från en 25 mm PM-stegmotor när den drivs av en dubbel billig H-brygga (Texas DRV8835) som styrs helt av mjukvara. Kurvorna visar tillgängligt moment vid olika ineffekt till drivsteget vid stillastående, röd 0,8 W, orange 2 W, gul 3 W och grön 4 W. Blå kurva visar momentet efter att drivningen anpassats för att leverera konstant moment upp till 1100 helsteg per sekund. När motorstyrningen görs i mjukvara kan momentkurvan formas mycket fritt, bra verkningsgrad och lågt ljud erhålls på alla hastigheter.