Použitie servopohonov v automatizácii zariadení
Technologický pokrok a konkurencia vedú k neustálemu rastu produktivity a zvyšovaniu stupňa automatizácie technologických zariadení. Zároveň sa zvyšujú požiadavky na regulovateľné elektrické pohony z hľadiska takých parametrov, ako je rozsah regulácie rýchlosti, presnosť polohovania a preťaženie.
Pre splnenie požiadaviek boli vyvinuté high-tech zariadenia moderného elektrického pohonu - servopohony. Ide o pohonné systémy, ktoré v širokom rozsahu regulácie otáčok zaručujú vysoko presné pohybové procesy a realizujú ich dobrú opakovateľnosť. Servopohony sú najpokročilejším stupňom elektrických pohonov.
DC na AC
Jednosmerné motory sa dlho používali najmä v riadených pohonoch. Je to spôsobené jednoduchosťou aplikácie zákona o riadení napätia kotvy.Magnetické zosilňovače, tyristorové a tranzistorové regulátory boli použité ako riadiace zariadenia a analógové tachogenerátory boli použité ako systém spätnej väzby rýchlosti.
Tyristorový elektrický pohon je riadený tyristorový menič, ktorý dodáva energiu stály motor… Silový obvod elektrického pohonu pozostáva z: prispôsobeného transformátora TV; riadený usmerňovač zostavený z 12 tyristorov (V01 … V12) zapojených do šesťfázového polvlnového paralelného obvodu; obmedzovače prúdu L1 a L2 a jednosmerný motor M s nezávislým budením. Trojfázový transformátor Televízor má dve napájacie cievky a od nich tienenú cievku na napájanie riadiacich obvodov. Primárne vinutie je zapojené do trojuholníka, sekundárne vinutie do šesťfázovej hviezdy s neutrálnou svorkou.
Nevýhody takéhoto pohonu sú zložitosť riadiaceho systému, prítomnosť zberačov kefového prúdu, ktoré znižujú spoľahlivosť motorov, ako aj vysoké náklady.
Pokroky v elektronike a objavenie sa nových elektrických materiálov zmenili situáciu v oblasti servotechniky. Nedávne pokroky umožňujú kompenzovať zložitosť riadenia striedavého pohonu modernými mikrokontrolérmi a vysokorýchlostnými vysokonapäťovými výkonovými tranzistormi. Permanentné magnety, vyrobené zo zliatin neodým-železo-bór a samárium-kobalt, pre svoju vysokú energetickú náročnosť výrazne zlepšili charakteristiky synchrónnych motorov s magnetmi na rotore a zároveň znížili ich hmotnosť a rozmery. Vďaka tomu sa zlepšili dynamické charakteristiky pohonu, zmenšili sa jeho rozmery.Trend smerom k asynchrónnym a synchrónnym striedavým motorom je badateľný najmä v servosystémoch, ktoré boli tradične založené na jednosmerných elektrických pohonoch.
Asynchrónne servo
Asynchrónny elektromotor je v priemysle najpopulárnejší vďaka svojej jednoduchej a spoľahlivej konštrukcii za nízku cenu. Tento typ motora je však zložitým objektom riadenia, pokiaľ ide o riadenie krútiaceho momentu a rýchlosti. Použitie vysokovýkonných mikrokontrolérov, ktoré implementujú algoritmus vektorového riadenia a digitálnych snímačov rýchlosti s vysokým rozlíšením umožňuje získať rozsah riadenia rýchlosti a charakteristiky presnosti asynchrónneho elektrického pohonu, nie horšie ako synchrónneho servopohonu.
Frekvenčne riadené striedavé indukčné pohony menia otáčky hriadeľa indukčného motora s kotvou nakrátko pomocou tranzistorových alebo tyristorových frekvenčných meničov, ktoré premieňajú jednofázové alebo trojfázové napätie s frekvenciou 50 Hz na trojfázové napätie s premenlivou frekvenciou v rozsahu 0,2 až 400 Hz .
Dnes frekvenčné meniče je zariadenie malých rozmerov (oveľa menšie ako asynchrónny elektromotor podobného výkonu) na modernej polovodičovej báze, riadené vstavaným mikroprocesorom. Variabilný asynchrónny elektrický pohon umožňuje riešiť rôzne problémy automatizácie výroby a šetrenia energiou, najmä plynulú reguláciu otáčok alebo rýchlosti posuvu technologických strojov.
Z hľadiska nákladov má asynchrónny servopohon nespornú prevahu pri vysokých výkonoch.
Synchrónne servo
Synchrónne servomotory sú trojfázové synchrónne motory s budením permanentným magnetom a fotoelektrickým snímačom polohy rotora. Používajú klietku vo veveričke alebo rotory s permanentnými magnetmi. Ich hlavnou výhodou je nízky moment zotrvačnosti rotora v porovnaní s vyvinutým krútiacim momentom. Tieto motory pracujú v kombinácii so servozosilňovačom obsahujúcim diódový usmerňovač, kondenzátorovú banku a menič založený na výkonových tranzistorových spínačoch. Na vyhladenie zvlnenia usmerneného napätia je servozosilňovač vybavený blokom kondenzátorov a na premenu energie nahromadenej v kondenzátoroch v momentoch brzdenia — s vybíjacím tranzistorom a predradníkom, ktorý zabezpečuje efektívne dynamické brzdenie.
Synchrónne servopohony s premenlivou frekvenciou reagujú rýchlo, dobre fungujú s pulzne naprogramovanými riadiacimi systémami a možno ich použiť v rôznych odvetviach, kde sa vyžadujú nasledujúce vlastnosti pohonu:
-
polohovanie pracovných telies s vysokou presnosťou;
-
udržiavanie krútiaceho momentu s vysokou presnosťou;
-
udržiavanie rýchlosti pohybu alebo podávania s vysokou presnosťou.
Hlavnými výrobcami synchrónnych servomotorov a na nich založených variabilných pohonov sú Mitsubishi Electric (Japonsko) a Sew-Evrodrive (Nemecko).
Mitsubishi Electric vyrába rad nízkovýkonných servopohonov -Melservo-C v piatich veľkostiach s menovitým výkonom od 30 do 750 W, menovitými otáčkami 3000 ot./min. a menovitým krútiacim momentom od 0,095 do 2,4 Nm.
Spoločnosť vyrába aj stredne výkonné gama-frekvenčné servopohony s menovitým výkonom od 0,5 do 7,0 kW, menovitými otáčkami od 2000 ot./min. a menovitým krútiacim momentom od 2,4 do 33,4 Nm.
Servopohony Mitsubishi série MR-C úspešne nahrádzajú krokové motory, pretože ich riadiace systémy sú plne kompatibilné (impulzný vstup), ale zároveň netrpia nevýhodami spojenými s krokovými motormi.
Servomotory MR-J2 (S) sa od ostatných líšia zabudovaným mikrokontrolérom s rozšírenou pamäťou, ktorý obsahuje až 12 riadiacich programov. Takýto servopohon pracuje bez straty presnosti v celom rozsahu prevádzkových rýchlostí. Jednou z významných výhod zariadenia je jeho schopnosť kompenzovať „nahromadené chyby“. Servozosilňovač jednoducho resetuje servomotor "na nulu" po určitom počte pracovných cyklov alebo na signál zo snímača.
Sew-Evrodrive dodáva jednotlivé komponenty aj kompletné servopohony s celým radom príslušenstva. Hlavnými oblasťami použitia týchto zariadení sú aktuátory a vysokorýchlostné polohovacie systémy pre programované obrábacie stroje.
Tu sú hlavné vlastnosti synchrónnych servomotorov Sew-Evrodrive:
-
štartovací krútiaci moment - od 1 do 68 Nm av prítomnosti ventilátora na nútené chladenie - až 95 Nm;
-
kapacita preťaženia — pomer maximálneho krútiaceho momentu k počiatočnému krútiacemu momentu — až 3,6-násobok;
-
vysoký stupeň krytia (IP65);
-
termistory zabudované do vinutia statora riadia zahrievanie motora a vylučujú jeho poškodenie v prípade akéhokoľvek preťaženia;
-
pulzný fotoelektrický snímač 1024 impulzov/ot. poskytuje rozsah regulácie otáčok až do 1:5000
Urobme závery:
-
v oblasti nastaviteľných servopohonov je tendencia nahradiť jednosmerné elektrické pohony analógovými riadiacimi systémami striedavými elektrickými pohonmi s digitálnymi riadiacimi systémami;
-
nastaviteľné asynchrónne elektrické pohony založené na moderných malorozmerových frekvenčných meničoch umožňujú riešiť rôzne problémy automatizácie výroby a úspory energie s vysokou mierou spoľahlivosti a účinnosti. Odporúča sa, aby sa tieto pohony používali na plynulé nastavenie rýchlosti posuvu v drevoobrábacích strojoch a strojoch;
-
asynchrónne servopohony majú nesporné výhody oproti synchrónnym pri vysokých výkonoch a krútiacich momentoch nad 29-30 N / m (napríklad pohon otáčania vretena v lúpacích strojoch);
-
ak je potrebná vysoká rýchlosť (trvanie automatického cyklu nepresahuje niekoľko sekúnd) a hodnota vyvinutých krútiacich momentov je do 15–20 N / m, mali by byť nastaviteľné servopohony založené na synchrónnych motoroch s rôznymi typmi snímačov , ktoré umožňujú nastaviť rýchlosť otáčania až do 6000 ot / min bez zníženia momentu;
-
Servopohony s premenlivou frekvenciou založené na striedavých synchrónnych motoroch umožňujú vytváranie rýchlych polohovacích systémov bez použitia CNC.
Ako správne nainštalovať a zarovnať motor
Metódy diagnostiky porúch asynchrónnych elektromotorov
Ako zapnúť trojfázový elektromotor v jednofázovej sieti bez prevíjania
Druhy elektrickej ochrany asynchrónnych elektromotorov
Termistorová (pozistorová) ochrana elektromotorov
Ako určiť teplotu vinutí striedavých motorov podľa ich odporu
Ako zlepšiť účinník bez kompenzačných kondenzátorov
Ako zabrániť poškodeniu izolácie vinutia statora indukčného motora
Ako sa menia parametre trojfázového indukčného motora za iných ako nominálnych podmienok