Eine angemessene Dimensionierung des Motors und Systems sind wichtige Vorraussetzungen für den kosteneffektiven Betrieb und die kosteneffektive Konstruktion einer Maschine. Eine unzureichende Dimensionierung des Antriebsystems (Servoantrieb und Motor) führt zu erheblichen Leistungsverlusten und somit zu einem ineffizienten Gesamtsystem. Wenn die Parameter der Bewegungssteuerung nicht exakt eingestellt werden, steigt der Leistungsverlust. Zusätzlich beeinflusst das Bewegungsprofil, das das Antriebssystem ausführt, die Energieeffizienz des Systems.
Um das System zu optimieren, ist eine quantitative Beschreibung des Energieflusses notwendig. Dies könnte durch den Einsatz externer Zusatzausrüstung realisiert werden, der aber zusätzliche Kosten und einen zusätzlichen Bedarf an speziell ausgebildetem Personal zur Folge hat. Der einfachste Weg, um den Energiefluss im Antriebssystem zu bestimmen, ist deshalb eine direkte Energiemessung im System – ohne zusätzliche Kosten und zusätzlichen Personalbedarf. Die Überwachung der Energie gibt Aufschluss über die Effizienz der Maschine. Die automatische Energiemessung erlaubt eine Optimierung der Maschine, die zu einer höheren Energieeffizienz führt.
Grundprinzip der Energiemessung
Der folgende Verdrahtungsplan zeigt die Energiewerte, die im Servoverstärker und in der Spannungsversorgung gemessen werden:
Im Lexium 52 lassen sich die folgenden Energietypen bestimmen:
oDie elektrische Energie Welectrical (power supply) (siehe Parameter ElectricalEnergyPowerSupply), die vom Gerät empfangen wurde
oDie thermischen Energieverluste in der Motorwicklung Wdissipated (brake resistor) (siehe Parameter DissipatedEnergyPowerSupply)
oDie elektrische Energie Welectrical (drive) (siehe Parameter ElectricalEnergyDrive), die der Antrieb vom DC-Bus empfängt
oDie thermischen Energieverluste in der Motorwicklung Wdissipated (motor) (siehe Parameter DissipatedEnergyDrive)
oDie mechanische Energie Wmechanical (siehe Parameter MechanicalEnergy), die vom Motor geliefert bzw. empfangen wird
Im Servoverstärker Lexium 62 (Antrieb) lassen sich die folgenden Energietypen bestimmen:
oDie elektrische Energie Welectrical (drive) (siehe Parameter ElectricalEnergyDrive), die der Antrieb vom DC-Bus empfängt
oDie thermischen Energieverluste in der Motorwicklung Wdissipated (motor) (siehe Parameter DissipatedEnergyDrive)
oDie mechanische Energie Wmechanical (siehe Parameter MechanicalEnergy), die vom Motor geliefert bzw. empfangen wird
Im Lexium 62 ILM lassen sich die folgenden Energietypen bestimmen:
oDie elektrische Energie Welectrical (drive) (siehe Parameter ElectricalEnergyDrive), die der Antrieb vom DC-Bus empfängt
oDie thermischen Energieverluste in der Motorwicklung Wdissipated (motor) (siehe Parameter DissipatedEnergyDrive)
oDie mechanische Energie Wmechanical (siehe Parameter MechanicalEnergy), die vom Motor geliefert bzw. empfangen wird
Im Lexium LXM62 Power Supply lassen sich die folgenden Energietypen bestimmen:
oDie elektrische Energie Welectrical (power supply) (siehe Parameter ElectricalEnergyPowerSupply), die vom Gerät empfangen wurde
oDie thermischen Energieverluste in der Motorwicklung Wdissipated (brake resistor) (siehe Parameter DissipatedEnergyPowerSupply), die vom Gerät empfangen wurde
Die Berechnung der Energiewerte basiert auf den zugehörigen Leistungswerten. Für die Ermittlung der Leistungswerte werden sehr geringe Abtastzeiten herangezogen, sodass die in diesem kurzen Zeitraum gemessenen Werte als konstant angesehen werden können. Die zugehörigen Leistungswerte ergeben sich dann durch Integration der Messwerte.
Die Energiemessung wird automatisch durchgeführt (selbstständig im Netzgerät und den Antrieben). Während des Betriebs werden die Energiewerte regelmäßig als persistente Variablen gespeichert. Die gespeicherten Werte bleiben auch bei Ausschalten des Geräts erhalten. Beim erneuten Einschalten des Geräts werden die Energiewerte dann wiederhergestellt. Auf diese Weise kann der Anwender den Energiefluss der Maschine überwachen.
Über den Parameter EnergyMeasurementEnableSet kann die Energiemessung durch den Anwender oder eine Applikation angehalten und neu gestartet werden. In diesem Fall werden die Parameter zur Energiemessung auf 0 zurückgesetzt.
Genauigkeit der Energiemessung
Die Genauigkeit der Energiemessung hängt von der Geschwindigkeit und dem Drehmoment des Antriebs ab. Mit zunehmender Geschwindigkeit und zunehmendem Drehmoment nimmt die Messgenauigkeit zu. Bei einem Drehmoment von knapp 0 (z. B. ein Antrieb mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit im Leerlauf) kann aufgrund von Messungenauigkeiten für die elektrische oder mechanische Energie ein falsches Vorzeichen angezeigt werden. Für die gemessene Änderung der Energie wird ein falsches Vorzeichen angezeigt, d. h. die Energie wird weiter verringert, auch wenn keine Energie zurückgespeist wird. Je höher das Drehmoment, desto geringer ist der relative Fehler.
Für die elektrische Energie kann auch ein falsches Vorzeichen angezeigt werden, falls die Steuerung bei geringen mechanischen Verlusten (z. B. bei einer geringen Reibung) instabil wird. Die gemessene elektrische Leistung, aus der die elektrische Energie berechnet wird, beinhaltet nur die Wirkleistung. In den gemessenen Signalen (Strom und Spannung) sind beide Teile (aktive und reale Leistung) enthalten.
Die Genauigkeit der Energiemessung im Netzgerät hängt vom Zwischenkreisstrom ab. Mit zunehmendem Zwischenkreisstrom nimmt die Messgenauigkeit zu.
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