Сервомотори

Що таке сервомотор

 

Сервомотор - це двигун, який керує роботою механічних компонентів у сервісі. Це тип допоміжного двигуна з непрямими змінами швидкості.

 

Сервомотор може керувати швидкістю з надзвичайно точною точністю позиціонування, перетворюючи сигнали напруги в крутний момент і швидкість, щоб керувати контрольованим об'єктом. Швидкість ротора сервомоторного двигуна контролюється вхідним сигналом і швидко реагує. Він використовується як привід в системах автоматичного управління та має невелику електромеханічну постійну час і високу лінійність. Він перетворює отриманий електричний сигнал у кутове зміщення або кутову швидкість на вал двигуна. Сервомотори класифікуються на дві категорії: DC та AC. Основними їх характеристиками є те, що вони не виявляють обертання -, коли напруга сигналу дорівнює нулю, а їх швидкість зменшується рівномірно зі збільшенням крутного моменту.

 

Принцип роботи сервоприводу

 

Серво системи - це автоматична система управління, яка дозволяє вихідній змінній (наприклад, положенні, орієнтації або стану) для довільних змін у вхідній цілі (або встановленій точці). Сервос в першу чергу покладається на імпульси для позиціонування. В основному, коли сервомотор отримує імпульс, він обертається кутом, що відповідає цьому імпульсу, тим самим досягаючи переміщення. Оскільки сам сервомотор випромінює імпульси, він надсилає відповідну кількість імпульсів для кожного кута, який він обертається, створюючи закриту петлю з імпульсами, які він отримує. Це гарантує, що система знає, скільки імпульсів вона надіслала сервомотор і скільки імпульсів вона отримала назад. Це дозволяє точно контролювати обертання двигуна, досягаючи точності позиціонування до 0,001 мм. Сервомотори DC класифікуються як матові та безчесні. Матчикові двигуни пропонують низьку вартість, просту структуру, високий пусковий крутний момент, широкий діапазон швидкості та легкість контролю. Хоча вони потребують обслуговування, вони незручні (через заміну вуглецевої щітки), генерують електромагнітні перешкоди та мають екологічні потреби. Тому вони підходять для вартості - чутливих загальних промислових та споживчих програм.

Безчесні двигуни - це компактні та легкі, пропонуючи високу вихід, швидку реакцію, високу швидкість, низьку інерцію, плавне обертання та стабільний крутний момент. Незважаючи на те, що складний контроль легко реалізувати за допомогою інтелектуальної технології, їх електронна комутація є гнучкою, підтримуючи як квадрат - хвилю, так і синус - комутацію хвилі. Вони є технічним обслуговуванням - вільним, високоефективним, працюють прохолодно, випромінюють мінімальне електромагнітне випромінювання та мають довгий термін експлуатації, що робить їх придатними для використання в різних середовищах.

 

Сервомотори AC також є безчесними двигунами і класифікуються як синхронні та асинхронні двигуни. Синхронні двигуни, як правило, використовуються в контролі руху. Вони мають широкий діапазон потужності і можуть досягти дуже великої потужності. Їх висока інерція призводить до низької максимальної швидкості, яка швидко зменшується зі збільшенням потужності, що робить їх придатними для додатків, що потребують низької - швидкості, стабільної роботи.

 

Ротор всередині сервомоторя - це постійний магніт. Три - фаза U/N/N струму, керованого драйвером, створює електромагнітне поле, внаслідок чого ротор обертається. Одночасно побудований двигун - в кодері забезпечує зворотній зв'язок драйверу, який порівнює зворотній зв'язок із цільовим значенням і регулює кут обертання ротора. Точність сервоприводу визначається точністю кодера (кількість рядків).

 

Функціональна різниця між сервомоторами змінного струму та безчесними сервомоторами постійного струму полягає в тому, що сервоприводу змінного струму є кращими, оскільки вони використовують синусоїдальне управління хвилями, що призводить до низького пульсації крутного моменту. Сервоси постійного струму використовують контроль трапецієподібної хвилі.

 

Порівняння вибору сервомоторів

 

Сервомотор AC

Структура статора сервоприводу змінного струму по суті схожа на структуру конденсатора - Split One - фазовий асинхронний двигун. Статор оснащений двома обмотками, розміщеними на 90 градусів один від одного: обмотка збудження, яка завжди з'єднана з напругою змінного струму UF; Керувальна обмотка L, яка підключена до напруги контрольного сигналу UC. Тому сервомоторів AC також називають двома - фазовими сервомоторами.

 

Ротор сервоприводу змінного струму, як правило, є білкою - типу клітки. Однак для забезпечення широкого діапазону регулювання швидкості, лінійні механічні характеристики, немає явища обертання "self -, і швидка реакція, сервомотор повинен мати високу стійкість до ротора та низький момент інерції порівняно зі звичайними двигунами. Дві часто використовувані структури ротора: Білка - ротор клітки з високим - смугами опору, виготовленим з високого - провідний матеріал опору. Щоб зменшити момент інерції ротора, ротор стрункий. Інший-це порожнистий ротор чашки, виготовлений з алюмінієвого сплаву з дуже тонкою стінкою, лише 0,2-0,3 мм. Для зменшення магнітного опору магнітного ланцюга фіксований внутрішній статор розміщується всередині порожнистого ротора чашки. Порожні ротори чашки пропонують низький момент інерції, швидкої реакції та плавної роботи, роблячи їх широко прийнятою.

 

Коли не застосовується контрольна напруга, статора сервомоторів змінного струму піддається лише пульсуючому магнітному полі, що генерується при обмоуванні збудження, а ротор залишається нерухомим. Коли застосовується контрольна напруга, всередині статора генерується обертове магнітне поле, що спричиняє обертання ротора в напрямку обертового магнітного поля. При постійних умовах навантаження швидкість двигуна змінюється залежно від величини контрольної напруги. Коли напруга управління не в фазі, сервомотор повертається.

 

Постійний магніт змінного моторів змінного струму

 

Починаючи з 1980 -х років, з розробкою інтегрованих схем, технології електроніки та технології змінного струму змінного струму, технологія персонального Magnet AC сервопривідного приводу досягла видатного прогресу. Відомі виробники електричних виробників у різних країнах послідовно запустили власні продукти серії сервісу Servo Motor та Servo Drive та постійно вдосконалювали та оновлювали їх. Серво системи змінного струму стала головним напрямком розвитку сучасної високої системи - Servo Performance, що робить оригінальний сервіс постійного струму стикатися з кризою усунення. Після 90 -х років сервоприносна система змінного струму, яка була комерціалізована в різних країнах світу, використовує повністю цифровий керований синусовий моторний привід. Розробка приводів Servo Drive в полі передачі змінюється з кожним днем.

 

Порівняно з сервомоторами постійного струму, основними перевагами постійних серводвигунів AC Magnet є:

(1) Немає пензлів та комутаторів, тому вони працюють надійно та мають низькі вимоги до обслуговування та обслуговування.

(2) Статорне обмотка теплотіння відносно зручне

(3) Невелика інерція, легко покращити швидкість системи

(4) Пристосуватися до високої - швидкості та високої - умови роботи крутного моменту

(5) менший об'єм і вага при одній потужності

 

Порівняння між сервомоторами та одиночними - фазовими асинхронними двигунами

 

Хоча принцип роботи сервомоторів змінного струму аналогічний принципом Split - фази одиночний - фазові асинхронні двигуни, стійкість ротора сервомоторів значно більша. Тому сервомотори мають три чіткі переваги перед одиночними - фазовими асинхронними двигунами:

 

1. Високий стартовий крутний момент

Цей високий опір ротора значно відрізняється від характерної кривої крутного моменту звичайних асинхронних двигунів. Це дозволяє критичному ковзанню S0 бути більшим за 1, що робить крутний момент (механічні характеристики) більш лінійними та забезпечуючи більш високий вихідний крутний момент. Тому, як тільки буде застосовано напругу управління статором, ротор негайно обертається, що призводить до швидкого запуску та високої чутливості.

2. Широкий робочий діапазон

3. Немає само - обертання

 

Зазвичай сервомотор, що працює, припиниться негайно після втрати контрольної напруги. Коли сервомотор втрачає контрольну напругу, він працює в одному - фазі. Завдяки високому опору ротора взаємодія між двома протилежно обертовими магнітними полями в статорі та ротором виробляє дві характеристики крутного моменту (T1 - S1 і T2-S2 криві) та комбіновану характеристику крутного моменту (крива ТС).

 

Вихідна потужність сервомоторя змінного струму, як правило, коливається від 0,1 до 100 Вт. Коли частота живлення становить 50 Гц, напруги становлять 36 В, 110 В, 220 В та 380 В; Коли частота живлення становить 400 Гц, напруги становлять 20 В, 26 В, 36 В та 115 В.

 

Сервомотори AC працюють безперебійно і тихо. Однак їхні контрольні характеристики нелінійні, і через високу стійкість до ротора втрати високі, а ефективність низька. Тому, порівняно з сервомоторами постійного струму однакової ємності, вони більші та важчі, що робить їх придатними лише для низьких систем управління потужністю в діапазоні 0,5-100 Вт.

 

Метод налагодження сервомоторя

 

1. Ініціалізація параметрів

Перед проводкою ініціалізуйте параметри.
На картці управління: виберіть режим управління; Очистіть параметри PID до нуля, відключаючи сигнал увімкнення за замовчуванням, коли керуюча карта працює; Збережіть цей стан, щоб переконатися, що контрольна карта знаходиться в такому стані, коли вона знову працює.
На сервомотор: Встановіть режим управління: Увімкніть зовні; Встановіть коефіцієнт передач для виходу сигналу кодера; і встановіть співвідношення між контрольним сигналом та швидкістю двигуна. Взагалі кажучи, рекомендується встановити максимальну швидкість проектування сервоприводу на напругу управління 9В. Наприклад, одна з наших серій має налаштування швидкості 500 для напруги 1В. Якщо ви плануєте лише керувати двигуном зі швидкістю нижче 1000 об / хв, встановіть цей параметр на 111.

 

2. Проводка
Відключіть керуючу карту та підключіть сигнальні кабелі між керуючою карткою та сервоприводом. Потрібні такі кабелі: аналоговий вихідний кабель з керуючої картки, кабель увімкненого сигналу та кабель сигналу кодера від виводу сервоприводу. Після перевірки електропроводки живлення на двигуні та карті управління (та ПК). Двигун не повинен рухатися і повинен легко обертатися з силою. Якщо ні, перевірте налаштування та проводку увімкнення. Поверніть двигун, щоб переконатися, що керована карта може правильно виявити зміни положення двигуна. Якщо ні, перевірте електропроводку та налаштування сигналу кодера.

 

3. Напрямок тестування
Для закритої системи управління циклом - напрямок неправильного сигналу зворотного зв'язку може бути катастрофічним. Увімкніть сигнал увімкнення сервоприводу через керуючу карту. Сервор тепер повинен обертатися з повільнішою швидкістю, відомою як "нульовий дрейф". Картка управління, як правило, включає команду або параметр для придушення нульового дрейфу. Використовуйте цю команду або параметр, щоб перевірити, чи можна керувати швидкість та напрямок двигуна. Якщо ні, перевірте параметри параметрів методу проводки та управління. Переконайтесь, що позитивні значення вказують на збільшення обертання та кількості кодера вперед, тоді як негативні значення вказують на зменшення обертання зворотного двигуна та кількість кодера. Не використовуйте цей метод, якщо двигун завантажений і має обмежене проїзд. Уникайте надмірної напруги під час тестування; Рекомендується тримати його нижче 1В. Якщо напрямок є непослідовним, відрегулюйте параметри на картці управління або двигуна для вирівнювання.

 

4. Нульовий придушення дрейфу
Під час закритого - управління циклом нульовий дрейф може впливати на ефективність контролю, тому найкраще придушити його. Використовуйте параметри придушення нульового дрейфу на картці управління або сервера, щоб ретельно відрегулювати швидкість двигуна до нуля. Оскільки сам нульовий дрейф має певну випадковість, не потрібно вимагати, щоб швидкість двигуна була абсолютно нульовою.

 

5. Встановіть закрите - управління циклом
Re - Увімкнути сигнал увімкнення сервоприводу через керуючу карту. Введіть невеликий пропорційний приріст на контрольній картці. Щодо того, наскільки великим вважається невеликим, ви можете використовувати лише своє відчуття кишки. Якщо ви дійсно не впевнені, введіть мінімальне значення, дозволене контрольною карткою. Увімкніть сигнали увімкнення як для контрольної картки, так і для сервоприводу. У цей момент двигун повинен мати можливість грубо дотримуватися команд руху.

 

6. Відрегулюйте закриті {{1} параметри циклу
Дрібно регулювання параметрів управління, щоб переконатися, що двигун рухається відповідно до інструкцій контрольної картки, є важливою, і ця частина процесу значною мірою покладається на досвід.

 

Порівняння продуктивності сервомоторів та крокових двигунів

 

Як відкрита система управління циклом -, крокові двигуни суттєво пов'язані з сучасною технологією цифрового управління. Сетірні двигуни широко використовуються у внутрішніх системах цифрового управління. З появою повністю цифрових сервосистем змінного струму, сервомоторів змінного струму також все частіше використовується в системах цифрового управління. Щоб адаптуватися до тенденції розвитку цифрового управління, системи управління рухом здебільшого використовують крокові двигуни або повністю цифрові сервомоторси змінного струму як двигуни приводу. Хоча їхні методи контролю схожі (пульсові поїзди та сигнали напрямку), вони суттєво відрізняються за сценаріями продуктивності та застосування. У цьому документі порівнюється їх ефективність.

 

1. Різна точність контролю
Крок кути двох - фазових гібридних крокових двигунів, як правило, 1,8 градусів і 0,9 градусів, тоді як п’ять - фазових гібридних крокових двигунів, як правило, 0,72 градусів і 0,36 градусів. Деякі високі - крокові двигуни продуктивності можуть досягти ще менших кутів кроків через підрозділ.

Точність управління сервомоторами змінного струму забезпечується поворотним кодером на задньому кінці валу двигуна. Входячи з наших цифрових сервомоторів змінного струму, як приклад, для двигуна зі стандартним кодером 2000 ліній, внутрішня чотириразова частота водія дає еквівалент імпульсу 360 градусів /8000=0.045 градус. Для двигуна з 17-бітним кодером драйвер отримує 131,072 імпульси на двигун, що призводить до еквіваленту імпульсу 360 градусів /131, 072=0.0027466 градусів, що становить 1/655 еквіваленту імпульсу кроку кроку 1,8 градусів.

 

2. Різні низькі - Характеристики частот
Крокові двигуни схильні до низької вібрації частоти - на низьких швидкостях. Частота вібрації залежить від навантаження та продуктивності драйвера, і, як правило, вважається половиною частоти навантаження на двигун -. Ця низька вібрація частоти -, визначається принципом роботи крокових двигунів, згубна до нормальної роботи машини. Коли крокові двигуни працюють на низьких швидкостях, методи демпфування, як правило, використовуються для подолання низької вібрації частоти-, наприклад, додавання демпфера до двигуна або впровадження технології підрозділу у водія.

Сервомотори AC працюють дуже плавно, без вібрації навіть при низьких швидкостях. Сервосистеми AC мають можливості придушення резонансу для вирішення дефіциту механічної жорсткості. Крім того, побудована система - на частоті - функція роздільної здатності (FFT) може виявити механічні точки резонансу, полегшуючи коригування системи.

 

3. Різний крутний момент - Характеристики частот
Вихідний крутний момент крокового двигуна зменшується зі збільшенням швидкості, а різко падає на більшій швидкості. Тому його максимальна швидкість роботи, як правило, становить від 300 до 600 об / хв. Сервомотори AC пропонують постійний вихід крутного моменту, тобто вони можуть доставити номінальний крутний момент до їх номінальної швидкості (як правило, 2000 або 3000 об / хв). Над номінальною швидкістю вони забезпечують постійну потужність.

 

4. Різна потужність перевантаження.

Сетірні двигуни, як правило, не мають потужності перевантаження. Сервомотори AC, однак, мають сильну потужність перевантаження. Наприклад, Sanyo AC Servo Systems пропонують як швидкість, так і можливості перевантаження крутного моменту. Їх максимальний крутний момент відбудеться в два -три рази більше, ніж рейтинг, який можна використовувати для подолання моменту інерції інерційних навантажень при запуску. Оскільки крокові двигуни не вистачає цієї потужності перевантаження, для подолання цього моменту інерції під час вибору моделі часто потрібен більш високий крутний момент. Однак цей високий крутний момент не потрібен під час звичайної роботи машини, в результаті чого витрачений крутний момент.

 

5. Різні експлуатаційні показники
Крокові двигуни відкриті - цикл контролюється. Високі стартові частоти або надмірні навантаження можуть легко призвести до втрачених кроків або затримки. Висока швидкість під час зупинки також може спричинити перемикання. Тому для забезпечення точності контролю необхідно вирішити належне прискорення та уповільнення. Системи Servo Drive AC використовують закриті - управління циклом. Драйвер безпосередньо відбирає сигнал зворотного зв'язку кодера двигуна, внутрішньо утворюючи петлю положення та петлю швидкості. Це, як правило, запобігає втраченим крокам або надмірним, пов’язаним із кроковими двигунами, що призводить до більш надійної ефективності контролю.

 

6. Різна продуктивність швидкості швидкості
Сетерний двигун потребує від 200 до 400 мілісекунд, щоб прискорити від зупинки до його робочої швидкості (як правило, кілька сотень революцій на хвилину). Сервосистеми AC пропонують найкращі показники прискорення. Наприклад, наші сервомотолини змінного струму прискорюються від зупинки до їх номінальної швидкості 3000 об / хв лише за кілька мілісекунд, що робить їх придатними для контрольних програм, що потребують швидкого початку та зупинки.

Підсумовуючи це, Servo Systems перевершує крокові двигуни в багатьох аспектах продуктивності. Однак крокові двигуни часто використовуються як мотори приводу в менш вимогливих додатках. Тому, розробляючи систему управління, важливо всебічно розглянути декілька факторів, включаючи вимоги контролю та вартість, для вибору відповідного двигуна управління.

 

Розрахунок вибору сервомоторів

 

1. Підтвердьте роздільну здатність швидкості та кодера.
2. Перетворіть крутний момент навантаження на вал двигуна і обчисліть крутний момент прискорення та уповільнення.
3. Обчисліть інерцію навантаження та відповідає інерції. Наприклад, у нашій серії деякі продукти можуть відповідати інерції до 50 разів, але чим нижче, тим краще, тим краще для точності та швидкості реагування.
4. Обчисліть та виберіть регенеративний резистор. Для сервоприводів вище 2 кВт, як правило, потрібен зовнішній резистор.
5. Вибір кабелю: Кабель кодера повинен бути скручений і екранований. Для нашої продукції абсолютний кодер має 6 ядер, а додатковий кодер - 4 ядра.

 

Режим гальмування

 

Користувачі часто плутають функції електромагнітного гальмування, регенеративного гальмування та динамічного гальмування та вибирають неправильні аксесуари.

Динамічне гальмо складається з динамічного гальмівного резистора, який скорочує механічну відстань подачі сервоморотору за допомогою гальмування енергоспоживання у разі несправності, аварійної зупинки або відключення електроенергії.

Регенеративне гальмування відноситься до енергії, що утворюється сервомотор, коли він сповільнює або зупиняється, яка подається назад до шини постійного струму через схему інвертора і поглинається резистором - ланцюгом конденсатора.

 

Електромагнітне гальмування замикає вал двигуна через механічний пристрій.

 

Відмінності між трьома:

(1) Регенеративне гальмування повинно бути ефективним, коли сервопривод працює нормально. Він не може гальмувати двигун у разі несправності, аварійної зупинки або відключення електроенергії. Динамічні гальма та електромагнітні гальма не потребують живлення, коли вони працюють.

(2) Регенеративне гальмування виконується автоматично системою, тоді як динамічні гальма та електромагнітні гальма потребують зовнішнього контролю реле.

(3) Електромагнітне гальмування, як правило, активується після Svoff, інакше це може спричинити перевантаження підсилювача. Динамічні гальма, як правило, активуються після SV, вимкнення або основна схема вимикається, інакше це може призвести до перегріву динамічного гальмівного резистора.