Hallo Peter,
wir sind nahe dran.
Ein Servo liefert in den aller meisten Situationen eine mechanische Kraft (Drehmoment), z.B. wenn die Klappen ausgefahren sind und der Wind dagegen drückt. Eine Kraft ist aber weder Arbeit noch Leistung. Ohne Bewegung beträgt die mechanische Arbeit 0,0. Die Leistung ebenso. Eine Arbeit entsteht nur in der Phase der Bewegung (Kraft mal Weg). Je nachdem wie schnell das erfolgt wird eine Leistung benötigt (Kraft mal Weg pro Zeit).
Der Wirkungsgrad des Servos beträgt bei Halten eines Ruders gegen den Wind 0%. Die gesamte elektrische Energie wird in Wärme umgesetzt. Deshalb kann man da auch nicht Strom und Spannung wechselseitig ersetzen.
Das Drehmoment oder die Kraft erfordert einen ganz bestimmten Strom, der nur vom Motor und vom Getriebe abhängt. Dieser Strom ist immer gleich und Unabhängig von der Versorgungsspannung (in dem Betriebszustand: Halten).
Die Servoelektronik muss das irgendwie regeln. Alle mir bekannten Elektroniken machen das via PWM.
Folgende Beispielrechnung:
Versorgungsspannung: 5V
Motorkonstante: 1Nm/A
Motorwiderstand: 1 Ohm
Wenn der Betriebszustand 2,5Nm Drehmoment (Rudergröße, Windlast, Hebel) fordert muss der Motor mit 2,5A betrieben werden. Da die Spannung immer nur ein und ausgeschaltet wird und der Motor generell steht beträgt der Strom in der Aktivphase 5A (5V/1Ohm). Das Drehmoment wäre somit 5Nm. Da aber nur 2,5Nm benötigt werden ist der Motor immer 10ms an und 10ms aus (wäre das nicht so, würde sich das Ruder gegen den Wind bewegen). In der Aktivphase beträgt die Leistungsaufnahme 5A*5V=25W. Da nur 50% der Zeit Strom aufgenommen wird, beträgt die mittlere Leistungsaufnahme 12,5W und der mittlere Strom 2,5A.
Wenn jetzt die Spannung auf 10V (nur als Beispiel damit man es leichter rechnen kann) erhöht wird, wird folgendes passieren. In der Aktivphase fließen 10A. Das Drehmoment beträgt 10Nm. Da nur 2,5Nm benötigt werden wird der Motor 5ms aktiviert und ist 15ms aus. Die Leistung in der Aktivphase beträgt 100W. Der Motor ist aber nur zu 25% der Zeit aktiv. Also 25W mittlere Leistung und 2,5A mittlerer Strom.
Wir sehen, dass die Leistungsaufnahme in diesem Betriebszustand linear mit der Spannung steigt. Der mittlere Strom bleibt gleich. Der Spitzenstrom ist linear höher.
Im Blockadefall ist es anders, da dann das Drehmoment jeweils auf den Maximalwert steigt.
Ist das verständlich ausgeführt? Gibt es irgendjemand, der das anders sieht?
Der Betriebszustand "Bewegung" ist etwas schwieriger so genau darzustellen.
Stefan
