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2022 | Buch

Servoantriebe in der Automatisierungstechnik

Komponenten, Aufbau und Regelverfahren

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Über dieses Buch

Dieses Buch erläutert Aufbau, Funktionsweise und Auslegung elektrischer Antriebe. Schwerpunkte sind die permanenterregte Synchronmaschine mit den erforderlichen Sensoren und zugehörigen Regelverfahren sowie die Anbindung über Kommunikationssysteme an die übergeordnete Steuerung.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Komponenten elektrischer Antriebe
Zusammenfassung
Elektrische Antriebe sind Energiewandler mit großer Bedeutung. Abhängig vom jeweiligen Einsatzgebiet ändert sich deren Komplexität. Während Antriebe geringer Leistung ohne Regelung und ohne Zwischenschaltung von Elektronik direkt aus einer Energiequelle versorgt werden, setzen sich in vielen Bereichen drehzahlveränderliche und regelbare Antriebe heutzutage immer stärker durch. Ein Antrieb kann drehzahlveränderlich sein aber dennoch ungeregelt betrieben werden, wenn ein Frequenzumrichter zwar eine einstellbare Frequenz und Spannung liefert, die Drehzahl des Antriebs aber nicht erfasst wird. Geregelte Antriebe zeichnen sich dadurch aus, dass der Motor an ein Leistungsstellglied angeschlossen wird und eine Regelung dafür sorgt, dass gewünschte Prozessgrößen eingehalten werden. In diesem Sinn erläutert Kap. 1 wesentliche Komponenten moderner elektrischer Antriebe.
Uwe Probst
2. Grundlagen der Regelungstechnik
Zusammenfassung
Kap. 2 stellt zunächst die wesentlichen einfachen Übertragungsglieder mit ihrem Übertragungsverhalten im Zeit- und im Frequenzbereich vor. Neben der Sprungantwort im Zeitbereich werden als Darstellungsform im Bildbereich die Ortskurven sowie die Frequenzkennlinien besprochen. Diese Erläuterungen bilden die Grundlage für die Modellierung technischer Systeme durch Reihen- und Parallelschaltung von einfachen Übertragungsgliedern, die anhand einfacher Beispiele demonstriert wird. Die Erweiterung um positive bzw. negative Rückkopplungen führt zu geregelten Systemen, deren Eigenschaften (Stabilität, Führungsverhalten, Störverhalten, Amplitudenrand, Phasenrand) erläutert werden.
Uwe Probst
3. Antriebsarten in der Automatisierung
Zusammenfassung
Kap. 3 ist den verschiedenen Motorarten gewidmet, die in automatisierten Systemen eingesetzt werden. Als Einstieg dient der mechanisch kommutierte permanent erregte Gleichstrommotor, gefolgt vom elektronisch kommutierten bürstenlosen Motor. Breiten Raum nehmen die Drehstrommotoren ein, deren wichtigste Vertreter die permanent erregte Synchronmaschine sowie die Asynchronmaschine mit Käfigläufer sind. Schrittmotoren als kostengünstige Antriebe, die ohne Regelung betrieben werden, bilden den Abschluss.
Uwe Probst
4. Sensoren bei elektrischen Antrieben
Zusammenfassung
Geregelte Systeme basieren darauf, dass die zu regelnden Größen messtechnisch erfasst werden. Im 4. Kapitel werden Aufbau, Funktionsweise und charakteristische Daten von Sensoren besprochen, die für elektrische Antriebe unverzichtbar sind. Dazu zählen Sensoren zur Strommessung (Hall-Wandler, MR-Sensoren) ebenso wie Drehzahl- und Positionsmesssysteme (Tachogenerator, Inkrementalgeber, Absolutwertgeber, Resolver).
Uwe Probst
5. Antriebs-Einzelleitebene
Zusammenfassung
Elektrische Servoantriebe basieren auf permanent erregten Synchronmotoren und werden als Vorschubantriebe in Werkzeugmaschinen, Handhabungssystemen, Druck- und Verpackungsmaschinen, Industrierobotern u. a. verwendet. Im Gegensatz zu Hauptspindelantrieben müssen Servoantriebe hochgenaue Positionierungen durchführen und sind so Stellglieder innerhalb von kaskadierten Lageregelkreisen. In diesem Abschnitt werden Aufbau und Auslegung der Regelkreise einer Antriebsachse besprochen sowie grundlegende Funktionen thematisiert, die Antriebe auf Achsebene bereitstellen müssen.
Uwe Probst
6. Bemessung von Antrieben
Zusammenfassung
Eine korrekte Auslegung von Motor und Mechanik ist für das anforderungsgerechte Verhalten des Vorschubantriebs entscheidend. In Kap. 6 wird der Begriff des Trägheitsmomentes eingeführt und auf geometrische Körper erweitert, um die Bewegungsgleichung für die Rotation aufstellen und lösen zu können. Im Anschluss werden Kriterien für die stationäre Auslegung des Motors und der wesentlichen mechanischen Übertragungsglieder abgeleitet.
Uwe Probst
Backmatter
Metadaten
Titel
Servoantriebe in der Automatisierungstechnik
verfasst von
Uwe Probst
Copyright-Jahr
2022
Electronic ISBN
978-3-658-37423-5
Print ISBN
978-3-658-37422-8
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-37423-5