A megfelelő szervomotor kiválasztása az ipari alkalmazáshoz elengedhetetlen a funkcionalitás, a megbízhatóság és természetesen a költségek megfelelő egyensúlyának eléréséhez.
A rossz motor kiválasztása csökkent teljesítményt (ha egyáltalán működik), a kiegészítő hardverek károsodását, rendszerhibát, és a későbbiekben az Ön által nyújtott áruk vagy szolgáltatások minőségi problémáit eredményezheti.
Ebben a cikkben a szervomotorok típusait fogjuk megvizsgálni, és azt, hogyan válassza ki a megfelelőt, hogy a funkcionalitás és a megbízhatóság szempontjából a legjobbat kapja a pénzéért.
Mi az a szervomotor?
A szervomotorok nagy pontosságú elektromechanikus eszközök, amelyeket az ipari gépek mozgásszabályozásában használnak.
Ugyanazon az alapelven működnek, mint a hagyományos villanymotorok, abban az értelemben, hogy az állórész-tekercsek feszültség alá helyezésével mágneses mezőt hoznak létre, amely meghajtja a forgórészt. A fő különbség az, hogy a szervomotorok visszacsatolási rendszereket tartalmaznak, jellemzően kódolók vagy rezolverek formájában, amelyek a sebességet, a nyomatékot és a pozíciót figyelik.
Ezeket az adatokat elküldi egy vezérlőnek, amely a motor működését olyan algoritmusok segítségével állítja be, mint a PID-szabályozás. Az eredmény egy zárt hurkú rendszer, amely valós időben korrigálja a hibákat, és így pontos mozgást biztosít. Ez a szintű vezérlés az oka annak, hogy a szervomotorok nélkülözhetetlenek a robotikában, a CNC-gépekben és a nagy pontosságú automatizálásban.
Hogyan válasszuk ki a megfelelő szervomotort?
Műszaki szempontból a szervomotor kiválasztását nagyrészt a mozgatandó hardver követelményei határozzák meg. Ezek a követelmények közé tartoznak a különböző nyomatékok, sebességek, feszültségek, pozicionálási pontosság és egyéb teljesítménymutatók, amelyekkel a következő részben foglalkozunk.
Nyomaték meghatározása
A megfelelő szervomotor kiválasztásának első lépése az Ön igényeihez szükséges nyomaték(ok) meghatározása, amely(ek) szükséges(ek) a meghajtáshoz, bármi is legyen az, amit meg kell hajtania.
A nyomaték az erő forgási megfelelője, és laikus nyelven kifejezve azt jelenti, hogy mekkora csavaró erőt fejt ki a motor, amikor egy tengely körül forog (vagy ebben az esetben a tengelyt forgatja).
Amikor egy ivóvizes palackot csavarsz fel, a nyomaték az, ami eltávolítja a fedelet. Ha túl kevés nyomatékot alkalmaz, a fedél nem mozdul el. Túl nagy nyomatékkal, és a fedél eltörhet, vagy biztosíthatja magát.
Létfontosságú ismerni a nyomatékigényt, mert a vizes palack analógiájához hasonlóan, ha nem alkalmazunk elég nyomatékot, a dolog, amit megpróbálunk forgatni, nem fog elmenni sehova (le fog akadni). Ezzel szemben, ha túl nagy nyomatékot alkalmaz, akkor az a gép károsodásához vezethet.
Az alapvető nyomatékképlet a következő:
T = F x r
Hol:
T= nyomaték (Nm-ben mérve, SI-egységekben)
F = erő (általában N-ben mérve)
R = a sugár vagy a kar (általában méterben mérve)
A szervomotorok kiválasztása során számos különböző nyomatékot kell figyelembe venni, de a három legfontosabb a folyamatos nyomaték, a csúcsnyomaték és a gyorsulási nyomaték. Ezek leírják, hogy a szervomotor hogyan működik állandó terhelés mellett, hogyan kezeli a rövid, nagy terhelésű kitöréseket, illetve hogyan reagál a sebességváltozásokra.
Folyamatos nyomaték
A folyamatos nyomaték az a nyomaték, amelyet a szervomotornak folyamatosan kell leadnia túlmelegedés vagy teljesítménycsökkenés nélkül. Ez jelenti azt az állandósult nyomatékot, amely a rendszer normál körülmények közötti működéséhez szükséges.
A folyamatos nyomaték (Tcont), összegezzük az összes külső erőből származó nyomatékot, beleértve a gravitációt és a súrlódást is:
Tcont = Tkülső + Tgravitáció + Tsúrlódás
ahol:
Tkülső figyelembe veszi az alkalmazott terhelést (pl. szállítószalagok, robotkarok).
Tgravitáció = Fg × r, ahol Fg a gravitációs erő és r a kar karja.
Tsúrlódás a rendszer ellenállása miatt.
Csúcsnyomaték
A csúcsnyomaték az a maximális nyomaték, amelyet egy szervomotor rövid ideig képes leadni anélkül, hogy károsodást szenvedne. Erre a hirtelen terhelésváltozások leküzdéséhez van szükség, mint például a mozgás elindítása, ütőerők kezelése vagy átmeneti ellenállás-csúcsok kezelése. A folyamatos nyomatékkal ellentétben, amelyet a végtelenségig fenn kell tartani, a csúcsnyomatékra csak rövid pillanatokra van szükség.
A csúcsnyomaték (Tpeak):
Tpeak = Tcont + Tgyorsulás
ahol:
Tcont az egyenletes működéshez szükséges folyamatos nyomaték.
Tgyorsulás a gyorsító nyomaték, amelyet az alábbiakban ismertetünk.
Gyorsító nyomaték
A gyorsító nyomaték az a nyomaték, amely egy rendszer sebességének megváltoztatásához szükséges, akár nyugalomból indul, akár működés közben növeli a sebességét. Létfontosságú olyan alkalmazásokban, ahol a motornak gyors sebességváltozásokra kell reagálnia, vagy gyorsan le kell győznie a tehetetlenséget.
Ez a nyomatéktípus nagymértékben függ a rendszer tehetetlenségi nyomatékától (J), amely a tárgy ellenállását jelenti a forgási sebesség változásával szemben, valamint a szöggyorsulástól (a), a motor fordulatszámának változásának sebességétől.
A gyorsító nyomaték (Tgyorsulás):
Tgyorsulás = J × a
A megfelelő gyorsítónyomatékkal rendelkező motor kiválasztása biztosítja a sima és pontos sebességbeállítást anélkül, hogy megerőltetést vagy instabilitást okozna.
Súrlódási nyomaték
A súrlódási nyomaték az az ellenállás, amely két felület egymás elleni mozgása során lép fel, és amelynek leküzdéséhez további nyomatékra van szükség. Ez a mechanikai rendszerben mozgó alkatrészek, például csapágyak, fogaskerekek vagy tengelyek közötti érintkezésből adódik. A súrlódási ellenállás olyan tényezőktől függ, mint a felület anyaga, a kenés és a felületek közötti normál erő. A súrlódási nyomaték jelentősen befolyásolhatja a motor hatásfokát, energiaveszteséget és hőtermelést okozva.
A súrlódási nyomaték (Tsúrlódás):
Tsúrlódás = μ × Fnormál × r
ahol μ a súrlódási együttható, Fnormál a normálerő, és r a sugár vagy a forgásközépponttól mért távolság.
A súrlódás megfelelő kenéssel és anyagválasztással történő minimalizálása segíthet a súrlódási nyomaték csökkentésében, növelve a motor teljesítményét és élettartamát.
Külső erők
A külső erők azokat a külső terheket vagy ellenállásokat jelentik, amelyeket a szervomotornak le kell győznie a feladatának elvégzéséhez. Ezek az erők lehetnek mechanikai terhelések (például a mozgó alkatrészek súlya vagy súrlódása), külső zavarok (például rezgések vagy ütések) és környezeti tényezők (például szél- vagy hőellenállás kültéri alkalmazásokban). Az e külső erők leküzdéséhez szükséges nyomaték a terhelés nagyságától és irányától, valamint a motor forgástengelyétől (karjától) mért távolságtól függ.
A külső erőkből származó nyomaték (Tkülső):
Tkülső = F × r
Ahol F az alkalmazott külső erő, r pedig a forgáspont vagy tengely távolsága.
RMS nyomaték
A nyomaték négyzetes középértéke (RMS) a motor által az idő múlásával termelt effektív vagy egyenértékű állandó nyomaték mérőszáma, figyelembe véve a nyomatéknak a működés során fellépő változásait.
Az effektív nyomaték különösen hasznos a változó terheléssel vagy fordulatszámmal működő motorok esetében, mivel az átlagos vagy csúcsnyomatékhoz képest pontosabb képet ad a motor folyamatos terheléséről. Az RMS-érték segít a motor teljesítményének és hőkezelésének értékelésében, biztosítva, hogy a motor túlmelegedés nélkül, biztonságos határértékeken belül működjön.
Az effektív nyomaték (TRMS):
TRMS= √( (T₁² + T₂² + ... + T₂² + ... + Tn²) / n )
Ahol T₁, T₂, ..., Tn a pillanatnyi nyomatékértékek egy időszak alatt, és n az értékek teljes száma.
A folyamatos nyomatékigény meghatározásához a négyzetes középérték kiszámítását kell használni, ez azonban szoftveres eszköz nélkül fáradságos, különösen n nagyobb értékei és hosszabb időszakok esetén.
Sebesség meghatározása
A szervomotor megfelelő fordulatszámának kiválasztása alapvető fontosságú az alkalmazás igényeinek megfelelő alkalmazáshoz. A percenkénti fordulatszámban (RPM) mért sebesség befolyásolja, hogy a motor milyen gyorsan működik. A sebességet és a nyomatékot egyensúlyban kell tartani, mivel a nagyobb sebesség általában csökkenti a nyomatékot.
A megfelelő sebesség meghatározásához vegye figyelembe a mozgásprofilt és a feladat időtartamát. Ha például egy robotkarnak meghatározott időn belül kell elvégeznie egy adott műveletet, a motornak ezen a határon belül kell elérnie a szükséges sebességet. Ne feledje, hogy a kevesebb pólussal rendelkező motorok gyorsabban pörögnek, de kevesebb nyomatékot adnak le az olyan tényezők miatt, mint a Back EMF.
Vegye figyelembe az olyan mechanikus alkatrészeket is, mint a fogaskerekek vagy szíjak, amelyek a sebességet áttételeken keresztül szabályozzák. A teher tehetetlensége és a szükséges gyorsulás is létfontosságú, mivel ezek mind a sebességet, mind a hatékonyságot befolyásolják. Emellett a motor hőmérséklete is fontos, mivel a túl közel a határértékekhez való működés túlmelegedést okozhat, ami kihat a teljesítményre.
A szervomotor típusának meghatározása
A szervomotorok többféle típusban kaphatók, és mindegyik típus alkalmas bizonyos alkalmazásokhoz. Az alábbi lista azt mutatja, hogy a különböző szervomotorok hogyan oszthatók fel különböző tulajdonságok szerint. A legtöbb szervomotor lineáris vagy forgó mozgást biztosít, és tovább osztható a sajátos tulajdonságaik szerint.
- Lineáris szervomotorok
A lineáris szervomotorok közvetlen lineáris mozgást biztosítanak kiegészítő hardver nélkül, nagy pontosságot, hatékonyságot és minimális karbantartást kínálnak dinamikus alkalmazásokhoz. - Rotációs szervomotorok
A forgó szervomotorok sokoldalúak és hatékonyak, precíz vezérlést biztosítanak könnyű és nehéz alkalmazásokban egyaránt, gyakran kiegészítő hardverrel. Ezek a leggyakrabban használt szervomotorok az iparban. - AC szervomotorok
A váltakozó áramú szervomotorokat széles körben használják az iparban, mivel képesek nagy hatékonysággal kezelni a különböző teljesítményszinteket és feszültségeket. Ezek a szervomotorok leggyakoribb típusa, és a következő típusok szerint kategorizálhatók:
- Alacsony és közepes feszültségű AC szervomotorok
Ezek a kompakt motorok nagy nyomatéki sűrűséget és pontosságot kínálnak, ideálisak a korlátozott helyigényű, de megbízható, hatékony teljesítményt igénylő alkalmazásokhoz. - Nagyfeszültségű AC szervomotorok
A nagyfeszültségű váltakozó áramú szervomotorok robusztus teljesítményt nyújtanak, és a méret minimalizálása és a nyomaték hatékonyságának maximalizálása mellett nagy igénybevételű ipari feladatokkal is megbirkóznak. - Szinkron AC szervomotorok
A szinkron AC szervomotorok kiváló pontossággal rendelkeznek, mivel a forgórész és az állórész azonos sebességgel forog, így kiváló vezérlést és megbízhatóságot biztosítanak. - Aszinkron AC szervomotorok
Az aszinkron AC szervomotorok a nyomaték előállításához indukciót használnak, és összetett vektorvezérlést igényelnek, így költséghatékony, precizitást igénylő feladatokra alkalmasak.
- DC szervomotorok
Az egyenáramú szervomotorok hatékonyak, kétirányúak és kompaktak, így ideálisak kis teljesítményű, változó sebességű, nagy pontosságú és kis tehetetlenségű alkalmazásokhoz. Eloszthatók kefés és kefe nélküli típusokra.
- Kefés egyenáramú szervomotorok
Ezek a motorok keféket használnak a forgó rész (az armatúra) áramellátására. Általában alacsony költségű, nagy nyomatékú alkalmazásokhoz használják őket, de rendszeres karbantartást igényelnek, mivel a kefék a súrlódás miatt idővel elhasználódnak. A legfontosabb jellemző itt a kefék használata, amelyek elektromos áramot továbbítanak a motor forgórészére. - Kefe nélküli egyenáramú szervomotorok
A kefe nélküli egyenáramú szervomotorok hatékonyak, alacsony karbantartási igényűek és kompaktak, kiváló teljesítményt és hosszú élettartamot biztosítanak a nagy pontosságú ipari feladatokhoz.
- Lépéses szervomotorok
A léptető szervomotorok kombinálják a lépésenkénti mozgást a visszacsatolással, kiváló pontosságot és nyomatékhatékonyságot kínálnak, ideálisak a precíz műveletek zárt hurkú vezérléséhez. Többnyire egyenáramú típusban találhatók, bár váltakozó áramú változatok is rendelkezésre állnak.
Feszültség meghatározása
A szervó kiválasztása a feszültség alapján meglehetősen egyszerű, mivel a tápfeszültségtől, az áramtípustól és a fázistól (váltakozó áramú szervomotorok esetében) függ.
Ha például egy kis egyenáramú szervomotorral dolgozik, amelyet 12 V egyenáramú tápegység táplál, akkor olyan motorra van szüksége, amely 12 V egyenáramra van méretezve. Ez egyszerű egyezés. Ha azonban az Ön alkalmazása ipari környezetben, háromfázisú tápegységgel, például 100VAC, 200VAC vagy akár 400VAC feszültséggel működik, akkor olyan váltakozó áramú szervomotort kell választania, amely megfelel a rendszer feszültség- és fáziskövetelményeinek.
Azt is fontos figyelembe venni, hogy a motor hogyan fog beépülni a berendezésbe. Győződjön meg arról, hogy a motor képes kezelni a bemeneti feszültséget, és ne feledje, hogy a váltakozó áramú motorok nagyobb figyelmet igényelnek mind a feszültségre, mind a fázisra, mivel a háromfázisú áramkörre támaszkodnak.
Röviden, a megfelelő feszültség kiválasztása biztosítja a kompatibilitást az áramforrással, és segít elkerülni az olyan lehetséges problémákat, mint az alulteljesítés, a túlmelegedés vagy akár a motor károsodása. A motor feszültségét mindig igazítsa a rendszer specifikációihoz.
A működési ciklus megértése
A szervomotorokat az IEC 60034-1 és hasonló szabványok által meghatározott üzemi típusok alapján osztályozzák.
Az üzemi típusok leírják a motor üzemi körülményeit, beleértve a terhelést, az időt és a termikus jellemzőket.
Az IEC 60034-1 szerint a forgógépek számára 10 szabványos üzemi típus létezik, amelyek mindegyike meghatározza a motor működési ciklusát. Általában az S1, S2 és S3 típusokat alkalmazzák a legtöbb szervomotorra, bár bizonyos típusú szervomotorok bizonyos körülmények között használhatják a többi üzemi ciklusleírást is.
- S1 - Folyamatos üzem
A motor állandó terhelés mellett folyamatosan működik, amíg el nem éri a stabil termikus állapotot. Szállítószalagokban és szivattyúkban gyakori. - S2 - Rövid idejű szolgálat
A motor korlátozott ideig állandó terheléssel működik anélkül, hogy elérné a hőegyensúlyt, majd ezt követően pihenőidő következik. Gyakori a működtetőknél és a rövid ciklusú alkalmazásoknál. - S3 - időszakos időszakos szolgálat
A motor ciklikusan működik, futási és pihenési időszakokkal. A hőegyensúly nem jön létre. Jellemző a daruknál és a présgépeknél.
A szükséges mozgásprofil meghatározása
A mozgásprofil meghatározása magában foglalja a kulcsfontosságú paraméterek, például a maximális sebesség, a gyorsulás és a lassulás meghatározását. Ezek a tényezők biztosítják a zökkenőmentes és hatékony működést, miközben megakadályozzák a mechanikai igénybevételt.
Például egy pick-and-place robotnak 5000 mm/s² sebességgel kell gyorsulnia, és 1000 mm/s sebességet kell elérnie, hogy megfeleljen a ciklusidőre vonatkozó követelményeknek. Ezzel szemben egy CNC-gépnek precíz gyorsításvezérlésre lehet szüksége a túllövés elkerülése érdekében, és a fokozatos sebességváltásokhoz olyan értékeket kell használnia, mint például 200 mm/s².
Emellett olyan tényezők is befolyásolják a mozgás hatékonyságát, mint a tartózkodási idő, a rántás (a gyorsulásváltozás mértéke) és a rendszer tehetetlensége. A jól optimalizált mozgásprofil egyensúlyt teremt a sebesség és a vezérlés között, csökkenti a kopást és az energiafogyasztást, miközben biztosítja a pontosságot olyan alkalmazásokban, mint a robotika, a szállítószalagok vagy a precíziós megmunkálás.
A tehetetlenségi arány meghatározása
A tehetetlenségi arány létfontosságú paraméter a szervomotoros rendszerek tervezésénél. Ez a terhelés tehetetlenségi tényezőjének és a motor rotor tehetetlenségi tényezőjének hányadosa, osztva a sebességváltó áttételének négyzetével. Matematikailag a következőképpen fejezhető ki:
Tehetetlenségi arány = Jterhelés / Jmotor × (áttétel)2
Hol:
Joad = Tehetetlenségi tehetetlenség
Jmotor = Motor rotor tehetetlensége
Ez az arány számszerűsíti, hogy a terhelés mennyire ellenáll a mozgásváltozásnak a motor mozgást vezérlő képességéhez képest.
A tehetetlenségi arány megértése és kiszámítása kritikus lépés a szervorendszer teljesítményének megértésében. A megfelelően illesztett arány lehetővé teszi, hogy a motor gyorsan reagáljon anélkül, hogy a terhelés tehetetlensége túlterhelné. Ha a terhelés tehetetlensége túl nagy, a motor lassúvá válhat, rossz pontossággal és hosszabb leszállási idővel. Az alacsony tehetetlenségi arány viszont instabilitáshoz vagy túlzott reakciókészséghez vezethet, ami rezgéseket vagy feszültséget okozhat.
Sok kezdő figyelmen kívül hagyja ezt a tényezőt a szervomotor méretezésekor, ami potenciálisan nem hatékony rendszerekhez vagy meghibásodáshoz vezethet. Ideális esetben 3:1 és 10:1 közötti tehetetlenségi arány ajánlott, bár ez az adott alkalmazástól függően változhat.
A tehetetlenségi arány hatása a szervó teljesítményére
Teljesítményfejlesztés
A szervó teljesítménye javul a tehetetlenségi arány csökkenésével. Az alacsonyabb arányok hatására a rendszer érzékenyebbé válik, csökken a túllendülés, és javul a pontosság és a stabilitás.
Szabályozási hurok hangolása
Az alacsonyabb tehetetlenségi arány megkönnyíti a szabályozási hurok hangolását is. A szervó kiszámíthatóbban, kevesebb oszcillációval vagy késleltetéssel reagál, ami segít a pontos, stabil mozgás elérésében.
A tehetetlenségi arányra vonatkozó iránymutatások
Az ideális tehetetlenségi arány a legtöbb rendszer esetében 5:1 körül van, ami jó egyensúlyt biztosít a vezérlés és a hatékonyság között. A 10:1 gyakran a maximálisan elfogadható határérték. Az 1:1 alatti arányok általában nem eredményeznek jobb teljesítményt, és túlméretezett, költségesebb motorokhoz vezethetnek, valódi előnyök nélkül.
Költség vs. teljesítmény
A tehetetlenségi arány túlságos csökkentése jelentős nyereség nélkül növelheti a költségeket. Egy bizonyos pont után az alacsonyabb arány nem eredményez észrevehetően jobb teljesítményt.
Valós világbeli mechanizmusok
A valódi rendszerekben vannak tökéletlenségek: a szíjak nyúlnak, a tengelykapcsolók hajlékonyak, a fogaskerekek pedig holtjátékkal rendelkeznek. Ezek a hatások a nagy tehetetlenségi arányoknál rosszabbodnak, ami késleltetést vagy "rugalmasságot" okoz abban, ahogy a motor mozgatja a terhelést.
Visszajelzés és ellenőrzési kérdések
A szervomotorok a pontosság fenntartása érdekében encodereket és PID-szabályozást használnak. Nagy tehetetlenségi arányok esetén azonban ez a rugóhatás instabilitást vagy rezgést okozhat. Az erősítés csökkentése segít, de a reakciókészség rovására.
Nagy teljesítményű szervohajtások
Az olyan funkciókkal rendelkező modern szervohajtások, mint az automatikus hangolás, rezonanciaelnyomás és zavarelutasítás, akár 30:1 tehetetlenségi arányt is képesek kezelni. Az egyszerűbb meghajtóknak azonban gyakran 3:1 vagy annál alacsonyabb arányra van szükségük a megbízható működéshez.
Hogyan befolyásolják a környezeti tényezők a szervomotor kiválasztását?
A szervomotor kiválasztásakor fontos figyelembe venni a környezeti tényezőket, amelyek hatással lehetnek a teljesítményére és élettartamára. Íme néhány kulcsfontosságú környezeti szempont:
Környezeti hőmérséklet
A magasabb környezeti hőmérséklet csökkentheti a motor folyamatos nyomatékkapacitását. Magas hőmérsékletű vagy igényes folyamatos nyomatékigényű környezetben a folyadékhűtő rendszerek segíthetnek a teljesítmény fenntartásában. Lényeges azonban, hogy elkerüljük a motor mechanikájával és csatlakozóival való közvetlen érintkezést.
Szennyezés
A por, a szennyeződések és más szennyeződések befolyásolhatják a motor teljesítményét, különösen ipari környezetben. A motor lezárása vagy védőburkolatok használata segíthet a szennyeződések távoltartásában, ami zökkenőmentesebb működést és hosszabb motorélettartamot biztosít.
Rezgés
A túlzott vibráció befolyásolhatja a motor pontosságát és csökkentheti élettartamát. A nagy vibrációra hajlamos környezetekben a rezgésálló kialakítású motorok kiválasztása vagy további rezgéscsillapító berendezések használata segíthet a rendszer védelmében.
Sebesség-nyomaték görbék: Megértés és felhasználás
A sebesség-nyomaték görbék megmutatják, hogy egy szervomotor mekkora nyomatékot képes leadni különböző sebességek mellett. Segítenek biztosítani, hogy a motor megfeleljen az alkalmazás követelményeinek anélkül, hogy túlmelegedne vagy alulteljesítene.
A görbe olvasása
A görbének két fő zónája van:
- Folyamatos régió - a motor itt a végtelenségig működhet túlmelegedés nélkül.
- Időszakos régió - nagyobb nyomaték, de csak rövid ideig, az effektív nyomatékhatárértékek alapján.
A feszültség számít
A motor teljesítménye a bemeneti feszültségtől függ. 480 V váltakozó feszültségen a motor 3000 fordulat/percig teljes nyomatékot adhat, de magasabb fordulatszámon a nyomaték csökken. 380 VAC feszültségen ugyanez a motor nehezen éri el a 2500 fordulat/perc értéket, illetve nehezen adja le a szükséges nyomatékot.
A mező gyengülése
Nagyon nagy fordulatszámon a motorok belépnek a mezőgyengülési tartományba, ahol a nyomaték a feszültségtől függetlenül csökken. A megfelelő feszültség megválasztása kulcsfontosságú a biztonságos üzemi zónán belül maradáshoz.
Gyakorlati eszközök
Az olyan szoftverek, mint a KEB meghajtóeszközei megjelenítik ezeket a görbéket, megkönnyítve a motorok (mint például a TA3S) valós teljesítményadatok alapján történő illesztését az alkalmazáshoz.
A megfelelő hajtóművek és reduktorok kiválasztása
A fogaskerekek segítenek optimalizálni a szervomotor teljesítményét a valós terhelésekhez. Míg egyes alkalmazásoknál a közvetlen meghajtású motorok előnyösek, a legtöbb gépnél a szervomotorok nyomatékának széles sebességtartományban történő teljes kihasználásához fogaskerék-áttételre van szükség.
Miért használjunk fogaskerék-áttételezést?
A sebességváltók három fő módon igazítják a motort a terheléshez:
- Sebesség csökkentése - lelassítja a motor teljesítményét az alkalmazás igényeinek megfelelően.
- Növeli a nyomatékot - a kimeneti nyomaték a sebességfokozat arányában nő.
- Alacsonyabb tehetetlenségi arány - a motorra visszahatott tehetetlenség a sebességfokozat négyzetével csökken, ami javítja a vezérlést és a reakciókészséget.
Főbb megfontolások a sebességváltó kiválasztásakor:
- Fogaskerék áttétel - A fogaskerekek közötti fogak arányából számítva. Válasszon olyan áttételt, amely egyensúlyban tartja a nyomatékigényt és a tehetetlenséget.
- Motorsebesség - A nagy sebességű motoroknak gyakran van szükségük redukcióra, hogy elkerüljék a terhelés túlhajtását.
- Nyomatékigény - A fogaskerék-áttételezés nagyobb motor nélkül is növelheti a nyomatékot.
- Inerciaillesztés - A megfelelő áttétel jelentősen javítja a szervó stabilitását és a szabályozási hurok hangolását.
- Sebességváltó tehetetlensége - Használja a sebességváltó gyártóitól származó adatokat a teljes rendszer tehetetlenségi tényezőjéhez.
Bár a közvetlen meghajtás bizonyos esetekben ideális, a hajtóműves szervorendszerek továbbra is nélkülözhetetlenek számos nagy nyomatékú, precíziós alkalmazáshoz.
Hogyan befolyásolja a vezérlőrendszer kompatibilitása a szervomotor kiválasztását?
A vezérlőrendszer-kompatibilitás biztosítása kritikus lépés a szervomotor kiválasztásakor. A motornak zökkenőmentesen integrálódnia kell a meglévő meghajtó- és vezérlési architektúrába, hogy garantálja a megbízható kommunikációt, a pontos mozgásvezérlést és a hatékony rendszerteljesítményt.
Kulcsvezérlő rendszerrel kapcsolatos megfontolások:
Vezérlő interfész kompatibilitás
A szervohajtások különböző vezérlési módszereket alkalmaznak. A megfelelő kiválasztása az Ön meglévő rendszerétől függ:
- Analóg vezérlés - Feszültség- vagy áramjeleket használ a sebesség vagy a nyomaték szabályozására. Egyszerű, de kevésbé pontos.
- Impulzus- és irányvezérlés - Gyakori a CNC és a léptetőgépek cseréjére szolgáló alkalmazásokban.
- Szervohálózatok (pl. EtherCAT, CANopen, PROFINET) - Nagy sebességű, szinkronizált kommunikációt, jobb diagnosztikát és minimális kábelezést biztosítanak. Ideális összetett vagy többtengelyes rendszerekhez.
Hajtás-motor kommunikáció
Ellenőrizze, hogy a szervohajtás hatékonyan tud-e kommunikálni a motorral és a PLC-vel vagy a vezérlővel a támogatott protokollok használatával. Az inkompatibilis rendszerek átalakítókat vagy egyedi integrációt tehetnek szükségessé, ami bonyolultabbá és költségesebbé teszi a rendszert.
A szervomotoroknak meg kell felelniük a meglévő vezérlési infrastruktúra által használt kommunikációs szabványoknak, vezérlési módszereknek és visszacsatolási rendszereknek. A kompatibilis komponensek kiválasztása leegyszerűsíti az integrációt, csökkenti a beállítási időt, és biztosítja a zökkenőmentes, pontos vezérlést.
A megfelelő szervohajtás és erőátviteli komponensek kiválasztása
A szervomotor kiválasztása után a következő lépés a rendszerhez illeszkedő szervohajtómű, valamint a motor nyomatékának a terhelésre történő átviteléhez szükséges különböző hardverelemek kiválasztása. Íme, hogyan győződjön meg arról, hogy megfelel az igényeinek:
Válassza ki a megfelelő szervohajtást
- Jelenlegi kapacitás: Győződjön meg róla, hogy a szervohajtómű legalább 25% nagyobb áramerősséggel rendelkezik, mint amennyit a rendszer várhatóan használni fog. Ez az extra áramerősség segít kezelni a váratlan körülményeket, például a megnövekedett súrlódást vagy a gép kopását.
- Feszültség-fejlődési tartomány: Válasszon olyan tápegységet és szervohajtóművet, amelynek 25% pufferje mind az alul-, mind a túlfeszültségi határértékek felett van. Ez különösen fontos a feszültségingadozással vagy regeneratív fékezéssel járó alkalmazásokban, például függőleges terheléseknél.
- Elszigeteltség: Használjon leválasztó transzformátort vagy optikai leválasztást, hogy megvédje a rendszert az elektromos veszélyektől és az alkatrészek károsodásától. Ezáltal a jel- és a teljesítményföldelés elkülönül, elkerülve a lebegő földelésekből adódó problémákat.
- Hatalomfelvétel: Ne becsülje túl az energiaigényét. A túl nagy teljesítmény pazarolt helyhez és költségekhez vezethet. A hatékonyság érdekében igazítsa a kimenő teljesítményt az alkalmazás speciális igényeihez.
Erőátviteli jellemzők:
Az erőátviteli alkatrészek kiválasztásakor vegye figyelembe az olyan alapvető jellemzőket, mint a kulcsos motortengelyek, tengelytömítések, rögzítőfékek (különösen függőleges terhelések esetén) és külső fékellenállások.
Ezek a jellemzők szükségesek annak biztosításához, hogy a motor nyomatéka megbízhatóan átkerüljön a terhelésre, miközben a rendszer biztonságát és teljesítményét is fokozzák. A kulcsos motortengelyek megakadályozzák a csúszást, a tengelytömítések védelmet nyújtanak a szennyeződések ellen, a rögzítőfékek pedig stabilitást biztosítanak a függőleges terhelésű alkalmazásoknál. A külső fékellenállások kezelik a visszatápláló fékezésből származó felesleges energiát, megakadályozva a túlmelegedést és biztosítva a hatékony energiafelhasználást.
Hatékonyság
A szervomotor hatásfoka azt jelenti, hogy mennyi áram szükséges az állandó nyomaték (az úgynevezett nyomatékállandó, Kt) fenntartásához. A motorok tekercselései különböző konfigurációkban léteznek:
- A jobb árameredményességű tekercsek alacsonyabb fordulatszám-képességgel rendelkeznek.
- A nagyobb fordulatszám-képességű tekercsek alacsonyabb árameredményességgel rendelkeznek.
Válassza ki a tekercselést a kívánt sebesség és az igényeinek leghatékonyabb választás alapján.
Élettartam és karbantartás
A szervomotorok élettartamát számos tényező befolyásolja, beleértve a működési környezetet és az alkalmazásspecifikus követelményeket. Míg a legtöbb gyártó 20 000-30 000 órára becsüli az élettartamot, a tényleges élettartam nagyban függ a beállításoktól, a karbantartástól és a használati körülményektől.
Ideális körülmények között egy szervomotor akár évtizedekig is működhet, de extrém igénybevétel vagy rossz karbantartás esetén akár egy év alatt meghibásodhat. A megfelelő szervomotor kiválasztása a kívánt alkalmazáshoz jelentősen meghosszabbíthatja a szervomotor élettartamát. Vagy másképp fogalmazva, a nem megfelelő kiválasztása valóban nagyon gyorsan korai meghibásodáshoz vezethet.
Költségek
Végül pedig elérkeztünk a költségelemhez, amely sokak számára az első dolog, amit figyelembe kell venni.
Egy szervomotoros rendszer költségei olyan tényezőktől függően változnak, mint a motor típusa, a meghajtó specifikációi és az alkalmazás összetettsége. Bár a magasabb kategóriájú modellek, mint a kefe nélküli egyenáramú vagy váltakozó áramú szervomotorok nagyobb hatékonyságot, pontosságot és hosszú élettartamot kínálnak, ezekért magasabb árat kell fizetni.
Az olyan további alkatrészek, mint a szervohajtások, a teljesítményátviteli elemek és az opcionális funkciók (például a rögzítőfékek vagy a külső ellenállások) szintén növelhetik a költségeket. A minőségi szervorendszerbe való befektetés azonban hosszú távon gyakran költséghatékonyabb, mivel csökkenti a karbantartást, javítja a teljesítményt és meghosszabbítja a berendezés élettartamát.
Ahogy a régi mondás tartja, vegyél szépet... vagy vegyél kétszer!
Következtetés
A cikk elolvasása után remélhetőleg jobban felkészült arra, hogy eldöntse, melyik szervomotort válassza a tervezett alkalmazáshoz.
Mint láttuk, a megfelelő szervomotor kiválasztása számos műszaki követelménytől függ, a nyomatékoktól és sebességektől kezdve a környezeti szempontokig. Ha nem megfelelő szervomotort vásárol, az vagy azt eredményezheti, hogy a rendszer egyáltalán nem mozog (a legjobb esetben), vagy a berendezés tönkremegy, és akár sérülést is okozhat (az abszolút legrosszabb esetben).
És persze ott van a költségek szempontja is. A megfelelő szervomotor megvásárlása (esetleg egy kis extra árréssel a teljesítmény tekintetében) biztosítja, hogy gépei optimálisan működjenek, a legjobb áron, míg ha túlzásba viszi bizonyos nem kívánt elemek beszerzését, az felhúzhatja az árat.
Ha követi útmutatónkat, és megalapozott döntést hoz, motorja hosszú életű lesz, megbízhatóan fog működni, és azt fogja csinálni, amihez a legjobban ért - nyomatékosítani, forgatni dolgokat, és rendkívül precízen mozgatni a terheléseket.
