Χρήση σερβομηχανισμών στον αυτοματισμό εξοπλισμού
Η τεχνολογική πρόοδος και ο ανταγωνισμός οδηγούν σε συνεχή αύξηση της παραγωγικότητας και αύξηση του βαθμού αυτοματοποίησης του τεχνολογικού εξοπλισμού. Ταυτόχρονα, οι απαιτήσεις για ρυθμιζόμενες ηλεκτροκινητήρες αυξάνονται όσον αφορά παραμέτρους όπως το εύρος ελέγχου ταχύτητας, η ακρίβεια τοποθέτησης και η ικανότητα υπερφόρτωσης.
Προκειμένου να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις, έχουν αναπτυχθεί συσκευές υψηλής τεχνολογίας σύγχρονης ηλεκτρικής κίνησης - σερβοκινητήρες. Πρόκειται για συστήματα κίνησης που, σε ένα ευρύ φάσμα ελέγχου ταχύτητας, εγγυώνται διαδικασίες κίνησης υψηλής ακρίβειας και πραγματοποιούν την καλή επαναληψιμότητά τους. Οι σερβομηχανισμοί είναι το πιο προηγμένο στάδιο των ηλεκτροκινητήρων.
DC σε AC
Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιούνταν κυρίως σε ελεγχόμενους δίσκους. Αυτό οφείλεται στην απλότητα εφαρμογής του νόμου ελέγχου τάσης οπλισμού.Μαγνητικοί ενισχυτές, ρυθμιστές θυρίστορ και τρανζίστορ χρησιμοποιήθηκαν ως συσκευές ελέγχου και αναλογικές γεννήτριες tacho χρησιμοποιήθηκαν ως σύστημα ανάδρασης ταχύτητας.
Ο ηλεκτροκινητήρας θυρίστορ είναι ένας ελεγχόμενος μετατροπέας θυρίστορ που παρέχει ισχύ μόνιμο κινητήρα… Το κύκλωμα ισχύος της ηλεκτρικής κίνησης αποτελείται από: έναν αντίστοιχο μετασχηματιστή τηλεόραση. ελεγχόμενος ανορθωτής συναρμολογημένος από 12 θυρίστορ (V01 … V12) συνδεδεμένα σε εξαφασικό παράλληλο κύκλωμα ημικυμάτων. περιοριστές ρεύματος L1 και L2 και κινητήρας DC M με ανεξάρτητη διέγερση. Τριφασικός μετασχηματιστής Η τηλεόραση διαθέτει δύο πηνία τροφοδοσίας και ένα πηνίο θωρακισμένο από αυτά για τα κυκλώματα ελέγχου τροφοδοσίας. Το πρωτεύον τύλιγμα συνδέεται σε δέλτα, το δευτερεύον τύλιγμα σε αστέρα έξι φάσεων με ουδέτερο ακροδέκτη.
Τα μειονεκτήματα μιας τέτοιας κίνησης είναι η πολυπλοκότητα του συστήματος ελέγχου, η παρουσία συλλεκτών ρεύματος βούρτσας, που μειώνουν την αξιοπιστία των κινητήρων, καθώς και το υψηλό κόστος.
Η πρόοδος στα ηλεκτρονικά και η εμφάνιση νέων ηλεκτρικών υλικών έχουν αλλάξει την κατάσταση στον τομέα της σερβοτεχνολογίας. Οι πρόσφατες εξελίξεις καθιστούν δυνατή την αντιστάθμιση της πολυπλοκότητας του ελέγχου μετάδοσης εναλλασσόμενου ρεύματος με σύγχρονους μικροελεγκτές και τρανζίστορ ισχύος υψηλής ταχύτητας υψηλής τάσης. Μόνιμοι μαγνήτες, κατασκευασμένο από κράματα νεοδύμιου-σιδήρου-βόριου και σαμαρίου-κοβαλτίου, λόγω της υψηλής ενεργειακής τους έντασης, βελτίωσε σημαντικά τα χαρακτηριστικά των σύγχρονων κινητήρων με μαγνήτες στο ρότορα, ενώ μείωσε το βάρος και τις διαστάσεις τους. Ως αποτέλεσμα, τα δυναμικά χαρακτηριστικά του κινητήρα έχουν βελτιωθεί και οι διαστάσεις του έχουν μειωθεί.Η τάση προς ασύγχρονους και σύγχρονους κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ιδιαίτερα αισθητή στα σερβο συστήματα, τα οποία παραδοσιακά βασίζονται σε ηλεκτρικούς κινητήρες συνεχούς ρεύματος.
Ασύγχρονο σερβομηχανισμό
Ο ασύγχρονος ηλεκτροκινητήρας είναι ο πιο δημοφιλής στον κλάδο λόγω του απλού και αξιόπιστου σχεδιασμού του με χαμηλό κόστος. Ωστόσο, αυτός ο τύπος κινητήρα είναι ένα πολύπλοκο αντικείμενο ελέγχου όσον αφορά τον έλεγχο ροπής και ταχύτητας.Η χρήση μικροελεγκτών υψηλής απόδοσης που εφαρμόζουν τον αλγόριθμο ελέγχου διανυσμάτων και ψηφιακούς αισθητήρες ταχύτητας υψηλής ανάλυσης επιτρέπουν την απόκτηση του εύρους ελέγχου ταχύτητας και των χαρακτηριστικών ακρίβειας μιας ασύγχρονης ηλεκτροκίνησης, όχι χειρότερη από αυτή μιας σύγχρονης σερβομηχανής.
Οι ηλεκτροκινητήρες επαγωγής AC με ελεγχόμενη συχνότητα αλλάζουν την ταχύτητα του άξονα επαγωγής του μοτέρ squirrel-cage χρησιμοποιώντας μετατροπείς συχνότητας τρανζίστορ ή θυρίστορ που μετατρέπουν μια μονοφασική ή τριφασική τάση με συχνότητα 50 Hz σε τριφασική τάση με μεταβλητή συχνότητα στην περιοχή από 0,2 έως 400 Hz.
Σήμερα μετατροπείς συχνότητας είναι μια συσκευή μικρού μεγέθους (πολύ μικρότερη από έναν ασύγχρονο ηλεκτροκινητήρα παρόμοιας ισχύος) σε σύγχρονη βάση ημιαγωγών, που ελέγχεται από ενσωματωμένο μικροεπεξεργαστή. Μεταβλητή ασύγχρονη ηλεκτρική κίνηση σας επιτρέπει να επιλύσετε διάφορα προβλήματα αυτοματισμού παραγωγής και εξοικονόμησης ενέργειας, ιδιαίτερα την απρόσκοπτη ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής ή της ταχύτητας τροφοδοσίας των τεχνολογικών μηχανών.
Όσον αφορά το κόστος, ο ασύγχρονος σερβομηχανισμός έχει αδιαμφισβήτητη υπεροχή στις υψηλές ισχύς.
Σύγχρονος σερβομηχανισμός
Οι σύγχρονοι σερβοκινητήρες είναι τριφασικοί σύγχρονοι κινητήρες με διέγερση μόνιμου μαγνήτη και φωτοηλεκτρικό αισθητήρα θέσης ρότορα. Χρησιμοποιούν κλουβί σκίουρου ή ρότορες μόνιμου μαγνήτη. Το κύριο πλεονέκτημά τους είναι η χαμηλή ροπή αδράνειας του ρότορα σε σχέση με την ανεπτυγμένη ροπή. Αυτοί οι κινητήρες λειτουργούν σε συνδυασμό με έναν σερβοενισχυτή που περιλαμβάνει έναν ανορθωτή διόδου, μια συστοιχία πυκνωτών και έναν μετατροπέα που βασίζεται σε διακόπτες τρανζίστορ ισχύος. Για την εξομάλυνση του κυματισμού της ανορθωμένης τάσης, ο σερβοενισχυτής είναι εξοπλισμένος με ένα μπλοκ πυκνωτών και για τη μετατροπή της ενέργειας που συσσωρεύεται στους πυκνωτές τις στιγμές του φρεναρίσματος — με τρανζίστορ εκφόρτισης και αντίσταση έρματος, που παρέχει αποτελεσματικό δυναμικό φρενάρισμα.
Οι σύγχρονοι σερβομηχανισμοί μεταβλητής συχνότητας ανταποκρίνονται γρήγορα, λειτουργούν καλά με συστήματα ελέγχου προγραμματισμένα με παλμούς και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορους κλάδους όπου απαιτούνται οι ακόλουθες ιδιότητες μετάδοσης κίνησης:
-
τοποθέτηση σωμάτων εργασίας με υψηλή ακρίβεια.
-
διατήρηση της ροπής με υψηλή ακρίβεια.
-
διατήρηση της ταχύτητας κίνησης ή τροφοδοσία με υψηλή ακρίβεια.
Οι κύριοι κατασκευαστές σύγχρονων σερβοκινητήρων και μεταβλητών ηλεκτροκινητήρων που βασίζονται σε αυτούς είναι η Mitsubishi Electric (Ιαπωνία) και η Sew-Evrodrive (Γερμανία).
Η Mitsubishi Electric κατασκευάζει μια σειρά από σερβοκινητήρες χαμηλής ισχύος -Melservo-C σε πέντε μεγέθη με ονομαστική ισχύ από 30 έως 750 W, ονομαστική ταχύτητα 3000 rpm και ονομαστική ροπή από 0,095 έως 2,4 Nm.
Η εταιρεία κατασκευάζει επίσης σερβοκινητήρες γάμμα-συχνότητας μέσης ισχύος με ονομαστική ισχύ από 0,5 έως 7,0 kW, ονομαστική ταχύτητα από 2000 rpm και ονομαστική ροπή από 2,4 έως 33,4 Nm.
Οι σερβοκινητήρες της σειράς MR-C της Mitsubishi αντικαθιστούν με επιτυχία τους βηματικούς κινητήρες, επειδή τα συστήματα ελέγχου τους είναι πλήρως συμβατά (εισόδου παλμών), αλλά ταυτόχρονα είναι απαλλαγμένα από τα μειονεκτήματα που ενυπάρχουν στους βηματικούς κινητήρες.
Οι σερβοκινητήρες MR-J2 (S) διαφέρουν από τους άλλους με τον ενσωματωμένο μικροελεγκτή με εκτεταμένη μνήμη, ο οποίος περιέχει έως και 12 προγράμματα ελέγχου. Ένας τέτοιος σερβοκινητήρας λειτουργεί χωρίς απώλεια ακρίβειας σε όλο το εύρος των ταχυτήτων λειτουργίας. Ένα από τα σημαντικά πλεονεκτήματα της συσκευής είναι η ικανότητά της να αντισταθμίζει τα «συσσωρευμένα σφάλματα». Ο σερβοενισχυτής απλώς επαναφέρει τον σερβοκινητήρα "στο μηδέν" μετά από έναν ορισμένο αριθμό κύκλων λειτουργίας ή σε ένα σήμα από έναν αισθητήρα.
Η Sew-Evrodrive προμηθεύει τόσο μεμονωμένα εξαρτήματα όσο και πλήρεις σερβοκινητήρες με μια πλήρη σειρά αξεσουάρ. Οι κύριοι τομείς εφαρμογής αυτών των συσκευών είναι ενεργοποιητές και συστήματα εντοπισμού θέσης υψηλής ταχύτητας για προγραμματισμένες εργαλειομηχανές.
Ακολουθούν τα κύρια χαρακτηριστικά των σύγχρονων σερβοκινητήρων Sew-Evrodrive:
-
ροπή εκκίνησης — από 1 έως 68 Nm και παρουσία ανεμιστήρα για εξαναγκασμένη ψύξη — έως 95 Nm.
-
ικανότητα υπερφόρτωσης — ο λόγος της μέγιστης ροπής προς τη ροπή εκκίνησης — έως και 3,6 φορές.
-
υψηλός βαθμός προστασίας (IP65).
-
Τα θερμίστορ που είναι ενσωματωμένα στην περιέλιξη του στάτη ελέγχουν τη θέρμανση του κινητήρα και αποκλείουν τη ζημιά του σε περίπτωση οποιουδήποτε είδους υπερφόρτωσης.
-
παλμικός φωτοηλεκτρικός αισθητήρας 1024 παλμοί/στροφ. παρέχει εύρος ελέγχου ταχύτητας έως και 1:5000
Ας βγάλουμε συμπεράσματα:
-
Στον τομέα των ρυθμιζόμενων σερβομηχανισμών, υπάρχει η τάση να αντικατασταθούν οι ηλεκτροκινητήρες DC με αναλογικά συστήματα ελέγχου με ηλεκτρικούς κινητήρες AC με ψηφιακά συστήματα ελέγχου.
-
Οι ρυθμιζόμενοι ασύγχρονοι ηλεκτροκινητήρες βασισμένοι σε σύγχρονους μετατροπείς συχνότητας μικρού μεγέθους επιτρέπουν την επίλυση διαφόρων προβλημάτων αυτοματισμού παραγωγής και εξοικονόμησης ενέργειας με υψηλό βαθμό αξιοπιστίας και απόδοσης. Συνιστάται να χρησιμοποιούνται αυτοί οι κινητήρες για την ομαλή ρύθμιση του ρυθμού τροφοδοσίας σε μηχανήματα και μηχανήματα επεξεργασίας ξύλου.
-
Οι ασύγχρονοι σερβομηχανισμοί έχουν αδιαμφισβήτητα πλεονεκτήματα έναντι των σύγχρονων σε υψηλές ισχύς και ροπές πάνω από 29-30 N / m (για παράδειγμα, κίνηση περιστροφής άξονα σε μηχανές αποφλοίωσης).
-
εάν απαιτείται υψηλή ταχύτητα (η διάρκεια του αυτόματου κύκλου δεν υπερβαίνει τα λίγα δευτερόλεπτα) και η τιμή των ανεπτυγμένων ροπών είναι μέχρι 15–20 N / m, ρυθμιζόμενοι σερβοκινητήρες βασισμένοι σε σύγχρονους κινητήρες με διαφορετικούς τύπους αισθητήρων θα πρέπει , που καθιστούν δυνατή τη ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής έως τις 6000 σ.α.λ. χωρίς μείωση της ροπής.
-
Οι σερβοκινητήρες μεταβλητής συχνότητας που βασίζονται σε σύγχρονους κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος επιτρέπουν τη δημιουργία συστημάτων γρήγορης τοποθέτησης χωρίς τη χρήση CNC.
Πώς να εγκαταστήσετε και να ευθυγραμμίσετε σωστά τον κινητήρα
Μέθοδοι διάγνωσης δυσλειτουργιών ασύγχρονων ηλεκτροκινητήρων
Πώς να ενεργοποιήσετε έναν τριφασικό ηλεκτροκινητήρα σε μονοφασικό δίκτυο χωρίς να τυλίγετε
Τύποι ηλεκτρικής προστασίας ασύγχρονων ηλεκτροκινητήρων
Προστασία θερμίστορ (ποζίστορ) ηλεκτροκινητήρων
Πώς να προσδιορίσετε τη θερμοκρασία των περιελίξεων των κινητήρων AC από την αντίστασή τους
Πώς να βελτιώσετε τον συντελεστή ισχύος χωρίς αντιστάθμιση πυκνωτών
Πώς να αποτρέψετε τη ζημιά στη μόνωση της περιέλιξης του στάτορα ενός επαγωγικού κινητήρα