Brug af servodrev i udstyrsautomatisering
Teknologiske fremskridt og konkurrence fører til kontinuerlig vækst i produktiviteten og en stigning i graden af automatisering af teknologisk udstyr. Samtidig er kravene til justerbare elektriske drev stigende med hensyn til parametre som hastighedskontrolområde, positioneringsnøjagtighed og overbelastningskapacitet.
For at opfylde kravene er der udviklet højteknologiske enheder til moderne elektrisk drev - servodrev. Det er drivsystemer, der i en bred vifte af hastighedsstyring garanterer meget præcise bevægelsesprocesser og realiserer deres gode repeterbarhed. Servodrev er det mest avancerede trin inden for elektriske drev.
DC til AC
I lang tid blev DC-motorer hovedsageligt brugt i kontrollerede drev. Dette skyldes enkelheden ved at anvende ankerspændingsstyringsloven.Magnetiske forstærkere, tyristor- og transistorregulatorer blev brugt som kontrolenheder, og analoge tachogeneratorer blev brugt som et hastighedsfeedbacksystem.
Det elektriske tyristordrev er en styret tyristorkonverter, der leverer strøm permanent motor… Det elektriske drevs strømkredsløb består af: et matchende transformer-tv; styret ensretter samlet af 12 tyristorer (V01 … V12) forbundet i et seksfaset halvbølge parallelkredsløb; strømbegrænsere L1 og L2 og DC-motor M med uafhængig magnetisering. Trefaset transformer TV'et har to forsyningsspoler og en spole afskærmet fra dem for at forsyne styrekredsløb. Den primære vikling er forbundet i et delta, den sekundære vikling i en seksfaset stjerne med en neutral terminal.
Ulemperne ved et sådant drev er kompleksiteten af kontrolsystemet, tilstedeværelsen af børstestrømkollektorer, som reducerer motorernes pålidelighed samt de høje omkostninger.
Fremskridt inden for elektronik og fremkomsten af nye elektriske materialer har ændret situationen inden for servoteknologi. Nylige fremskridt gør det muligt at udligne kompleksiteten af AC-drevstyring med moderne mikrocontrollere og højhastigheds, højspændingseffekttransistorer. Permanente magneter, lavet af neodym-jern-bor og samarium-kobolt-legeringer, på grund af deres høje energiintensitet, forbedrede karakteristikaene af synkronmotorer med magneter på rotoren betydeligt, mens de reducerede deres vægt og dimensioner. Som et resultat er drevets dynamiske egenskaber forbedret, og dets dimensioner er blevet reduceret.Tendensen mod asynkrone og synkrone vekselstrømsmotorer er især mærkbar i servosystemer, som traditionelt har været baseret på DC elektriske drev.
Asynkron servo
Den asynkrone elektriske motor er den mest populære i branchen på grund af dens enkle og pålidelige design til en lav pris. Denne type motor er imidlertid et komplekst kontrolobjekt med hensyn til drejningsmoment og hastighedskontrol. Brugen af højtydende mikrocontrollere, der implementerer vektorstyringsalgoritmen og højopløsnings digitale hastighedssensorer gør det muligt at opnå hastighedskontrolområdet og nøjagtighedskarakteristika af et asynkront elektrisk drev, ikke værre end et synkront servodrev.
Frekvensstyrede AC-induktionsdrev ændrer hastigheden af egern-buret induktionsmotorakslen ved hjælp af transistor- eller tyristorfrekvensomformere, der konverterer en enfaset eller trefaset spænding med en frekvens på 50 Hz til en trefaset spænding med en variabel frekvens i området fra 0,2 til 400 Hz.
I dag frekvensomformere er en enhed af lille størrelse (meget mindre end en asynkron elektrisk motor med lignende effekt) på en moderne halvlederbasis, styret af en indbygget mikroprocessor. Variabel asynkron elektrisk drev giver dig mulighed for at løse forskellige problemer med produktionsautomatisering og energibesparelse, især den trinløse regulering af rotationshastigheden eller fodringshastigheden af teknologiske maskiner.
Med hensyn til omkostninger har det asynkrone servodrev en ubestridt overlegenhed ved høje kræfter.
Synkron servo
Synkrone servomotorer er trefasede synkronmotorer med permanent magnet magnetisering og en fotoelektrisk rotorpositionssensor. De bruger egernbur eller permanentmagnetrotorer. Deres største fordel er rotorens lave inertimoment sammenlignet med det udviklede drejningsmoment. Disse motorer fungerer i kombination med en servoforstærker bestående af en diodeensretter, en kondensatorbank og en inverter baseret på effekttransistorkontakter. For at udjævne krusningen af den ensrettede spænding er servoforstærkeren udstyret med en blok af kondensatorer og til at konvertere den energi, der er akkumuleret i kondensatorerne i bremsemomenterne — med en udladningstransistor og ballastmodstand, som giver en effektiv dynamisk bremsning.
Synkrone servodrev med variabel frekvens reagerer hurtigt, fungerer godt sammen med pulsprogrammerede styresystemer og kan bruges i en række forskellige industrier, hvor følgende drevkvaliteter er påkrævet:
-
positionering af arbejdslegemer med høj nøjagtighed;
-
opretholdelse af drejningsmoment med høj nøjagtighed;
-
opretholdelse af bevægelseshastighed eller fodring med høj nøjagtighed.
De vigtigste producenter af synkrone servomotorer og variable drev baseret på dem er Mitsubishi Electric (Japan) og Sew-Evrodrive (Tyskland).
Mitsubishi Electric fremstiller en række laveffekt servodrev -Melservo-C i fem størrelser med nominel effekt fra 30 til 750 W, nominel hastighed 3000 rpm og nominelt drejningsmoment fra 0,095 til 2,4 Nm.
Virksomheden fremstiller også mellem-effekt gamma-frekvens servodrev med nominel effekt fra 0,5 til 7,0 kW, nominel hastighed fra 2000 rpm og nominelt drejningsmoment fra 2,4 til 33,4 Nm.
Mitsubishis MR-C serie servodrev erstatter med succes stepmotorer, fordi deres styresystemer er fuldt kompatible (pulsindgang), men samtidig er de fri for de ulemper, der er forbundet med stepmotorer.
MR-J2 (S) servomotorer adskiller sig fra andre med den indbyggede mikrocontroller med udvidet hukommelse, som indeholder op til 12 styreprogrammer. Et sådant servodrev fungerer uden tab af nøjagtighed over hele området af driftshastigheder. En af de væsentlige fordele ved enheden er dens evne til at kompensere for "akkumulerede fejl". Servoforstærkeren nulstiller blot servomotoren "til nul" efter et vist antal driftscyklusser eller på et signal fra en sensor.
Sew-Evrodrive leverer både individuelle komponenter og komplette servodrev med et komplet udvalg af tilbehør. De vigtigste anvendelsesområder for disse enheder er aktuatorer og højhastighedspositioneringssystemer til programmerede værktøjsmaskiner.
Her er hovedfunktionerne i Sew-Evrodrive synkrone servomotorer:
-
startmoment - fra 1 til 68 Nm og i nærværelse af en blæser til tvungen køling - op til 95 Nm;
-
overbelastningskapacitet — forholdet mellem maksimalt drejningsmoment og startmoment — op til 3,6 gange;
-
høj grad af beskyttelse (IP65);
-
termistorer indbygget i statorviklingen styrer opvarmningen af motoren og udelukker dens skade i tilfælde af enhver form for overbelastning;
-
pulserende fotoelektrisk sensor 1024 pulser/omdr. giver et hastighedskontrolområde på op til 1:5000
Lad os drage konklusioner:
-
inden for justerbare servodrev er der en tendens til at erstatte DC elektriske drev med analoge styresystemer med AC elektriske drev med digitale styresystemer;
-
justerbare asynkrone elektriske drev baseret på moderne små frekvensomformere gør det muligt at løse forskellige problemer med produktionsautomatisering og energibesparelse med en høj grad af pålidelighed og effektivitet. Det anbefales, at disse drev bruges til jævn justering af tilspændingshastigheden i træbearbejdningsmaskiner og maskiner;
-
asynkrone servodrev har uomtvistelige fordele i forhold til synkrone ved høje kræfter og drejningsmomenter over 29-30 N/m (for eksempel spindelrotationsdrev i skrælningsmaskiner);
-
hvis der kræves en høj hastighed (varigheden af den automatiske cyklus overstiger ikke et par sekunder) og værdien af de udviklede drejningsmomenter er op til 15-20 N/m, bør justerbare servodrev baseret på synkronmotorer med forskellige typer sensorer , som gør det muligt at justere omdrejningshastigheden op til 6000 rpm uden at reducere momentet;
-
Variabel frekvens servodrev baseret på AC synkronmotorer tillader skabelsen af hurtige positioneringssystemer uden brug af CNC.
Sådan installeres og justeres motoren korrekt
Metoder til diagnosticering af funktionsfejl i asynkrone elektriske motorer
Sådan tænder du for en trefaset elektrisk motor i et enkeltfaset netværk uden at spole tilbage
Typer af elektrisk beskyttelse af asynkrone elektriske motorer
Termistor (posistor) beskyttelse af elektriske motorer
Sådan bestemmes temperaturen på viklingerne af AC-motorer ved deres modstand
Hvordan man forbedrer effektfaktoren uden at kompensere kondensatorer
Sådan forhindres beskadigelse af isoleringen af statorviklingen på en induktionsmotor
Hvordan parametrene for en trefaset induktionsmotor ændres under andre forhold end nominelle