USV-Ausgang für CNC- und Servoantriebe: Was vor der Dimensionierung zu prüfen ist

“Die CNC-Maschine hat eine 15 kW Spindel, wird dann ein 20 kVA USV sie betreiben?” Die Zahlen allein können das nicht beantworten. Ein Bearbeitungszentrum ist keine einzelne Last: es hat eine Spindel, Servoachsen, Steuerungen, Antriebe und Hilfseinrichtungen, die sich unterschiedlich verhalten, wenn der Strom ausfällt. Die Motorleistung der Spindel ist nicht die Leistung, die am vorgeschlagenen USV-Anschlusspunkt gezogen wird. Entscheiden Sie zuerst, was die Maschine tun muss, wenn die Netzstromversorgung ausfällt.

Eine USV für eine CNC-Maschine hält möglicherweise nur die Steuerung, HMI, Kommunikation und Schmierstoffsteuerungen lange genug am Leben für einen kontrollierten Stopp. Ein anderes Projekt erfordert möglicherweise, dass sich die Achsen und die Spindel weiterbewegen und einen Schnitt beenden. Die zweite Aufgabe stellt eine ganz andere Anforderung an die USV und ihre Batterie. Der Maschinenbauer muss die zulässige Stromausfallsequenz bestätigen, bevor eine der beiden Anordnungen ausgewählt wird.

Listen Sie für einen kontrollierten Stopp die Stromkreise auf, die mit Strom versorgt bleiben, und die Verzögerungszeit, die die Achsen benötigen. Bestätigen Sie, ob Bremsen, Kühlmittel oder Schmierung ebenfalls laufen müssen. Trennen Sie die Hauptantriebsversorgung der Maschine von den Hilfs- und Steuerungsversorgungen im Schaltplan. Eine kleine USV in einem Schaltschrank ist keine automatische Erlaubnis, die Spindel weiterlaufen zu lassen.

Schreiben Sie für die fortgesetzte Bearbeitung den Arbeitszyklus auf, der überleben muss: Werkzeugposition, Spindeldrehzahl, gleichzeitige Achsenbewegungen, Beschleunigung, Schnittlast und die Zeit, bis der Strom zurückkehrt oder der Job stoppt. Einige Maschinen stoppen absichtlich bei einem Netzverlustsignal, auch wenn AC-Strom anderswo noch verfügbar ist. Unterspannungen des Antriebs, Sicherheitsverriegelungen und Neustarteinstellungen können ebenfalls die Bewegung stoppen. Der OEM muss das beabsichtigte Verhalten genehmigen; die Zuführung von AC-Strom zur Maschine hebt ihre Steuerungen nicht auf.

Holen Sie sich den elektrischen Schaltplan der Maschine. Wenn sie installiert ist, messen Sie am vorgeschlagenen USV-Ausgangsanschluss. Erfassen Sie Dreiphasenspannung, laufende kW und kVA, RMS-Strom, Leistungsfaktor und den höchsten Eingangsstrom während des Einschaltens, der Spindelbeschleunigung, der gleichzeitigen Achsenbewegungen und des Bremsens. Erfassen Sie die Dauer jedes Spitzenwerts. Ein Spindelmotor-Typenschild und die Summe der einzelnen Servo-Nennwerte können nützlich sein, aber sie zeigen nicht den kombinierten AC-Eingang, den die USV sieht.

Eingangswandler und Antriebe können nichtlinearen Strom ziehen. Das ist wichtig, weil die USV sowohl eine kontinuierliche kW/kVA-Bewertung als auch eine modellspezifische Überlastung oder Stromgrenze im Batteriebetrieb hat. Überprüfen Sie die Eingangsanforderungen des Antriebsherstellers, eventuelle Netzreaktoren oder Filter und die USV-Ausgangsspannungsantwort im Vergleich zur gemessenen Wellenform. Ein universeller “Motorstart-Multiplikator” passt nicht zu jedem Servosystem; verwenden Sie die tatsächlichen Eingangsdaten des Antriebs. Unser Leitfaden für Nenn-, tatsächliche und Spitzen-USV-Lastleistung erklärt, warum diese Werte getrennt bleiben müssen.

Wenn eine Spindel oder Achse verzögert, kann der Motor Energie in den DC-Link des Antriebs zurückspeisen. Einige Systeme leiten diese Energie über einen Bremschopper und Widerstand ab. Andere verwenden eine regenerative Versorgung, die Strom zurück in Richtung Netz leiten kann. Die Dokumentation von SEW-EURODRIVE macht die praktische Grenze deutlich: die Rückspeisung von Energie erfordert eine geeignete Netzversorgung. Für eines seiner regenerativen Versorgungskonzepte gibt SEW einen Bremswiderstand als Option für kontrollierten Stopp an, wenn keine Rückspeisung möglich ist. Das Antriebsmodell und die Verkabelung, nicht das Wort “Servo”, identifizieren, welche Anordnung installiert ist.

Wenn das Netzmodul Strom zum USV-Ausgang exportieren kann, während die USV im Batteriebetrieb ist, müssen der Maschinenbauer und der USV-Lieferant vereinbaren, wie diese Energie gehandhabt wird. Gehen Sie nicht davon aus, dass der USV-Wechselrichter sie aufnehmen kann. Ein Widerstandsbremsdesign wirft eine andere Frage auf: ob der Widerstand und die Antriebseinstellungen den vereinbarten Stopp- oder Betriebszyklus bewältigen können. Keine der Optionen kann allein aus der Motor-kW-Zahl ausgewählt werden. Das gleiche Schnittstellenproblem tritt in unserem USV-Leitfaden für Frequenzumrichter-Aufzüge auf, obwohl eine CNC-Maschine ihre eigene Bewegungs- und Sicherheitssequenz hat.

Verfolgen Sie die Stromversorgungen für die CNC-Steuerung, SPS, HMI, Servo-Steuerungen, Schütze, Bremsen, Encoder und jede externe 24-V-Stromversorgung. Entscheiden Sie, welche für den vereinbarten Stopp oder den fortgesetzten Betrieb eingeschaltet bleiben. Ein Antrieb mit einer erregten Leistungsstufe kann immer noch stoppen, wenn seine Steuerschaltung oder sein Freigabesignal ausfällt. Umgekehrt bedeutet die Aufrechterhaltung der Steuerungsversorgung nicht, dass der Haupt-DC-Link die Motoren antreiben kann.

Überprüfen Sie die Netzverlust-, Unterspannungs- und Neustarteinstellungen des OEM. SEW-EURODRIVE dokumentiert unterschiedliche Reaktionen auf Netzverlust: ein Antrieb kann versuchen, aus der zurückgewonnenen Motorenergie weiter zu arbeiten, seinen Ausgang zu deaktivieren oder einen schnellen Stopp auszuführen, abhängig von seiner Einstellung. Das ist ein antriebsspezifisches Verhalten, kein allgemeiner Ersatz für eine USV. Die Not-Aus- und Safe-Torque-Off-Funktionen der Maschine müssen wie von ihrem Sicherheitsdesign gefordert funktionieren; ein USV-Vorschlag darf sie nicht umgehen.

Geben Sie dem USV-Lieferanten die Maschinen- und Antriebsmodelle, den einpoligen Schaltplan, den vorgeschlagenen USV-Versorgungspunkt, die gemessene Eingangsspur, die erforderliche Ausfallsequenz und die Zielminuten an. Fügen Sie die Bremsanordnung und eventuelle Netzfilter, Reaktoren oder Transformatoren hinzu. Der Lieferant sollte die kontinuierliche Ausgangsleistung, den Kurzzeitstrom und das Überlastverhalten im Batteriebetrieb anhand dieser Daten prüfen. Wenn die USV bei einer Überlastung in den Bypass umschaltet, bestätigen Sie, ob während des Ausfalls eine nutzbare Bypass-Quelle vorhanden ist.

Dimensionieren Sie dann die Batterie für den vereinbarten Lastplan, nicht für das Spindel-Typenschild. Unser USV-Batterielaufzeit-Leitfaden zeigt die Methode der Last-zu-Entladungsdaten. Der Site Acceptance Test sollte die normale Versorgung unter einer kontrollierten, vom OEM überwachten Prozedur unterbrechen und den vereinbarten Stopp- oder Maschinenzyklus mit der beabsichtigten Last ausführen. Erfassen Sie die USV-Ausgangsspannung und -strom, Alarme, Batterieentladung, Antriebsfehler und den Endzustand der Maschine.

Das nützliche Angebot lautet nicht “20 kVA für eine 15 kW Spindel.” Es gibt an, welche Teile der Maschine mit Strom versorgt bleiben, welche Bewegungen zulässig sind, wie die Bremsenergie gehandhabt wird und was die getestete USV tragen muss, während die Netzstromversorgung fehlt.

SEW-EURODRIVE Bremsleistungs-Leitfaden — regenerative Rückspeisung erfordert eine geeignete Netzversorgung.

SEW-EURODRIVE Bremswiderstands-Leitfaden — eine modellspezifische Option für kontrollierten Stopp, wenn keine Rückspeisung verfügbar ist.

SEW-EURODRIVE Netzverlust-Stoppsteuerung — Antriebsreaktionsoptionen nach Stromverlust.

Verwenden Sie dies als Checkliste, nicht als Genehmigung. Das Versorgungs- und Sicherheitsdesign des Maschinenbauers, die Handbücher des Antriebs und die Daten des USV-Modells regeln weiterhin das installierte System und dessen Prüfung.