Nem minden szervomotor-típus egyforma, mivel sokféle alakú és méretű motor létezik, és mindegyik típus különböző alkalmazásokhoz alkalmas.
Nos, talán a formák skálája nem is olyan széles, mivel mindegyik megközelítőleg hengeres vagy téglalap alakú, attól függően, hogy forgó vagy lineáris.
A szervomotorok azonban kétségtelenül rengetegféle méretben és típusban léteznek, és ami még fontosabb, elektromechanikai szempontból a működésükben is különböznek.
Tehát, milyen típusú szervomotor a legalkalmasabb az Ön konkrét felhasználási esetéhez? Olvasson tovább további információkért.
Mi az a szervomotor?
A hagyományos villanymotorok (például az asztali ventilátorokban található váltóáramú motorok) úgy működnek, hogy egy állórészben található tekercseket táplálnak, amelyek mágneses mezőt hoznak létre, amely kölcsönhatásba lép a forgórésszel, és forgó mozgást hoz létre a tengelyen.
A vezérlés szempontjából nem különösebben intelligens eszközök, és általában nyílt hurkúak, a legalapvetőbb vezérlőkkel (például potenciométerrel) a fordulatszám beállítására.
Általánosságban elmondható, hogy az ilyen típusú átlagos villanymotorok nem képesek a pozíciószabályozásra, amelyre a fejlett mozgásvezérlő rendszerekben van szükség.
Ha magas szintű szabályozhatóságot szeretne egy elektromos motorban, akkor valamilyen szervomotorba kell befektetnie.
Míg az elvek, hogy a mozgás egy szervomotor generálása nagyjából ugyanaz marad, mint egy hagyományos elektromos motoré, a visszajelző rendszerek hozzáadása lehetővé teszi, hogy a rendszer figyelemmel kísérje kimeneteit a sebesség, a nyomaték és a pozíció tekintetében.
A visszacsatolás a motorban lévő érzékelő (például egy kódoló vagy rezolváló) segítségével történik, amely érzékeli a hardver állapotát, és jelet küld vissza a szervohajtásnak vagy a vezérlőnek, amely ellenőrzi, hogy a mért kimenet megfelel-e a parancsolt értéknek. A vezérlő ezután feldolgozza a jelet, korrigálja az esetleges eltérést (hibát), majd ennek megfelelően beállítja a motor működését.
A korrekciót olyan szabályozási algoritmusok segítségével végzik, mint a PID (Proporcionális-Integrális-Derivált) szabályozás, amely lehetővé teszi a motor (és a motor által meghajtott bármi más) stabil és pontos működését.
Ezt nevezik zárt hurkú vezérlőrendszernek, és ez a lényege annak, hogy miben különbözik a szervomotor a hagyományos, nyílt hurkú vezérlésű motoroktól.
Melyek a különböző szervomotor típusok?
A szervomotorok mozgásuk alapján nagyjából két kategóriába sorolhatók. Ezek a lineáris szervomotorok és a forgó szervomotorok. A lineáris és a forgó szervomotorok számos ízben léteznek.
Ezek az ízek tovább oszthatók az áram típusa (egyenáramú vagy váltakozó áramú), a kommutáció típusa (kefés vagy kefe nélküli), illetve a vezérlés típusa (léptető vagy indukciós) szerint.
Nézzük meg részletesebben, hogy mi határozza meg ezeket a motortípusokat.
Lineáris szervomotorok
A lineáris szervomotorok, ahogy a név is sugallja, transzlációs mozgást biztosítanak (előre-hátra vagy oldalirányban) anélkül, hogy további hardverelemekre, például vezérlőcsavarokra, fogaskerekekre vagy szíjakra lenne szükség.
Ezt a mozgást egy "primer"-nek (más néven "forcer"-nek vagy "sztátor"-nak) nevezett alkatrésznek köszönhetően érik el, amely egyenes pályára igazított tekercstekercseket tartalmaz, amelyek áram alá helyezéskor mágneseződnek.
A mágnesezett tekercsek ezután kölcsönhatásba lépnek a "szekunderben" (a "pályán" vagy "lemezen" található állandó mágnesek sorával), Lorentz-erőt fejtenek ki, és így a hajtókar a pálya mentén halad. Ez a lineáris mozgás.
Jellemzők:
- A lineáris szervomotorok rendkívül pontosak, akár szubmikronos pontosságú pozícionálásra is képesek.
- Közvetlen meghajtásuknak köszönhetően rendkívül hatékonyak, minimális energiaveszteséggel.
- Gyors reakcióra képesek a gyorsulás és lassulás tekintetében, így ideálisak dinamikus alkalmazásokhoz.
Előnyök:
- A lineáris szervomotorok közvetlen lineáris mozgásra képesek, nem igényelnek további hardvert. Ezáltal könnyűek, és minimális karbantartást igényelnek.
- A mozgó alkatrészek közötti érintkezés hiányának köszönhetően simák és csendesek. Ez azt is jelenti, hogy nincs holtjáték, mint az ólomcsavar-alapú beállításoknál.
- A lineáris szervomotorok nagyfokú skálázhatósággal rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy hosszú és rövid távolságok közötti mozgásra is tervezhetőek.
Alkalmazások:
- Pick and place rendszerek, koordináta mérőgépek, optikai rendszerek, laboratóriumi automatizálás.
Rotációs szervomotorok
A kereskedelmi és ipari alkalmazásokban alkalmazott szervomotorok többsége forgó motor.
Váltakozó és egyenáramú változatokban is kaphatók, és általában egy kódolót használnak a vezérlő/hajtómű számára történő visszajelzéshez. A mozgás egy állórész- és forgórészrendszer használatával jön létre.
A forgó szervomotorok lineáris rendszerek részeként is használhatók, vezérsík- vagy golyóscsavarok segítségével, a forgó mozgást lineáris mozgássá alakítva.
E cikk céljaira azonban a lineáris szervomotorokat olyan önálló egységeknek tekintjük, amelyek kiegészítő hardver nélkül hoznak létre lineáris mozgást.
Jellemzők:
- A forgó szervomotorok nagy nyomaték-tehererő arányukról nevezetesek, ami gyors gyorsítást és lassítást tesz lehetővé.
- Magas hatásfokkal rendelkeznek, ami segít a hő- és energiaveszteségek csökkentésében.
- A forgó szervomotorok kiváló dinamikus reakcióval rendelkeznek, így képesek a sebesség gyors változásainak kezelésére változó terhelési körülmények között.
Előnyök:
- A forgó szervomotorok rendkívül sokoldalúak, és számos alkalmazásban használhatók. Kiegészítő hardverrel (ólom/golyóscsavarok) lineáris mozgásra is átalakíthatók.
- Rendkívül alkalmazkodóképesek, és jól alkalmazhatók mind a nehéz, mind a könnyű alkalmazásokhoz.
- Ez a motortípus hihetetlenül precíz műveletekre képes, lehetővé téve a pozíciószabályozást egészen a fok alatti, sőt ívmásodperces pontossági szintekig.
Alkalmazások:
- A forgó szervomotorok gyakran megtalálhatók a repülőgépiparban, az ipari automatizálásban, a félvezetőgyártásban, az orvosi eszközökben, a CNC-gépekben, a 3D nyomtatókban és még sok más területen.
AC szervomotorok
A szervomotorok további kategóriákba sorolhatók az általuk használt áram típusa (váltakozó vagy egyenáramú) szerint.
Ipari alkalmazásokhoz, AC szervomotorok a leggyakoribbak, mivel a feszültségek és teljesítményszintek széles skáláját képesek kezelni.
A váltakozó áramú szervomotorok lineáris és forgó típusúak egyaránt kaphatók.
Alacsony és közepes feszültségű AC szervomotorok
Ahogyan léteznek nagyfeszültségű szervomotorok, úgy léteznek "alacsony" feszültségű változatok is, amelyeket e cikk alkalmazásában a 480 V-nál kisebb feszültségű váltakozóáramú szervomotoroknak fogunk tekinteni. Igen, az alacsony feszültség alatt azt értjük, hogy "viszonylag" alacsony. Természetesen egy 480 voltos áramütés elég káros lenne az emberi testre, de az ipari gépek szempontjából ez elég alacsony.
Ezek a szervomotorok kis méretűek, és ideálisak a kisebb helyigényű alkalmazásokhoz. Apró méretük ellenére még mindig képesek ésszerű teljesítményt nyújtani a kW-tartományban.
Általában 3-fázisú változatokban kaphatók, méretükhöz képest nagy nyomatéksűrűséget kínálnak, valamint masszívak, megbízhatóak, és nagyfokú pontosságot és hatékonyságot biztosítanak.
Jellemzők:
- Alacsonyabb feszültségek is rendelkezésre állnak, 12v-tól 480v-ig.
- Kisebb térfogatban is kaphatók, a helyszűke miatt korlátozott alkalmazásokhoz.
- A kisfeszültségű szervomotorok 20 kW-ot meghaladó teljesítményt képesek biztosítani.
Előnyök:
- A nagyobb feszültségű rendszerekhez képest jó egyensúlyt kínálnak a teljesítmény és a megfizethetőség tekintetében.
- Az alacsonyabb feszültségnek köszönhetően alacsonyabbak a magasabb feszültségű szervomotorokhoz kapcsolódó üzemeltetési költségek, köszönhetően a kisebb elektromos infrastruktúra-szükségletnek (transzformátorok stb.).
- Alacsonyabb feszültségű szervomotorok esetén kisebb a nagyfeszültségű veszélyek (például ívek és berendezések meghibásodása) kockázata.
Alkalmazások:
- Ipari robotok, cobotok, anyagmozgató rendszerek, csomagológépek, nyomdagépek
Nagyfeszültségű AC szervomotorok
A magasabb feszültségű váltakozó áramú szervomotorok jellemzően 300V és 480V között működnek, és jól alkalmazhatók olyan ipari alkalmazásokban, mint például a CNC megmunkálás, ahol nagy erőkre van szükség.
Ezek a motorok, valamint a speciális nagyfeszültségű szervohajtások nagy teljesítményt (kW-tartományban) képesek leadni anélkül, hogy a motor méretének jelentős növekedését igényelnék, így ideálisak a kompakt, nagy teljesítményű gépekhez.
Jellemzők:
- A nagyfeszültségű AC szervomotorok általában nagyon robusztusak és tartósak, amire nagy igénybevételű ipari környezetben van szükség.
- A magasabb feszültségű rendszerek gyakran aktív hűtőrendszerrel, például folyadékhűtő rendszerrel vagy ventilátorokkal vannak felszerelve.
- A fejlett elektromos infrastruktúra és a teljesítményelektronikai követelmények miatt magasabb kezdeti és működési költségeket igényelhetnek.
Előnyök:
- A magasabb feszültségen való működés azt jelenti, hogy kisebb áramra van szükség a ugyanaz a teljesítmény. Ez különösen előnyös a veszteségek csökkentése érdekében
- Az alacsonyabb áramigény kisebb hőtermelést eredményez. Alacsonyabb minőségű vezetékek használhatók, ami csökkenti a költségeket.
- A nagyfeszültségű AC szervók rendkívül nagy nyomaték előállítására képesek.
Alkalmazások:
- Nagy teherbírású robotika, űrtechnikai aktuátorok, ipari CNC, textilipari gépek, szélturbinák állásszabályozása, napelemes követőrendszerek`.
Szinkron AC szervomotor
A váltakozó áramú szervomotorok többsége ilyen típusú, ami azt jelenti, hogy a rotor pontosan ugyanolyan sebességgel forog, mint az állórész forgó mágneses mezeje (RMF), vagyis nincs késleltetés (úgynevezett "csúszás") az RMF és a rotor között. Ezek szinkronizáltak (innen az okos elnevezés).
- Jellemzők: A szinkron AC szervomotorok nagy nyomatéksűrűségükről és egyenletes sebességükről ismertek.
- A csúszás hiánya miatt kiváló pozícionálási pontossággal rendelkeznek a szokásos vezérlőeszközökkel.
- Előnyök: Hatékonyság, megbízhatóság változó terhelés mellett és pontos fordulatszám-szabályozás.
- Alkalmazások: Széles körben használják a robotikában, a csomagológépekben és a következetes teljesítményt igénylő ipari automatizálásban.
Aszinkron AC szervomotorok
A legtöbb hagyományos váltakozó áramú szervomotor szinkronmotor, amint azt az előző szakaszban tárgyaltuk. Ezek általában állandó mágneses vagy kefe nélküli egyenáramú (BLDC) típusok.
Elérhetők azonban aszinkron AC szervomotorok is, amelyek lényegében indukciós motorok, amelyekhez vezérlési képességeket adtak hozzá. Mivel aszinkronok, az állórész szinkronfordulatszáma és a forgórész fordulatszáma között sebességkülönbség van. Ezt a különbséget általában százalékos formában ábrázolják, és "szlip"-nek nevezik.
Az indukciós motorok a váltakozó áramú motorok egy alcsoportja, amelyek a forgórészben indukált áramból származó indukciót használnak. Ez ellentétben áll az állandó mágneses motorokkal, amelyek a mágnesek és az állórész elektromágneses mezejéből generálnak nyomatékot.
Ahhoz, hogy a hagyományos váltakozó áramú szervomotorokkal azonos pontossági szintet érjenek el, az aszinkron váltakozó áramú szervomotoroknak képesnek kell lenniük komplex vektorvezérlésre, például mezőorientált vezérlésre (FOC), a visszacsatoláshoz pedig kódolókkal vagy rezolverekkel kombinálva. Ez az extra vezérlés lehetővé teszi az aszinkron váltakozó áramú motorok csúszásának dinamikus vezérlését.
Jellemzők:
- Az aszinkron váltakozó áramú szervomotorok lehetnek rövidzáras ketreces, vagy csúszógyűrűs, tekercselt forgórészűek.
- Ezek általában FOC-ellenőrzést igényelnek bármilyen pontosság eléréséhez.
Előnyök:
- Az állandó mágneses motorokkal ellentétben nem hajlamosak a demagnetizálódásra.
- Az aszinkron AC szervomotorok előállítása olcsóbb lehet az állandó mágneses motorokhoz képest.
Alkalmazások:
- Szállítórendszerek, szivattyúk, anyagmozgatás, felvonók.
DC szervomotorok
DC szervomotorok általában ugyanazon az elven működnek, mint a váltakozó áramú szervomotorok, bár váltakozó áram helyett egyenáramot használnak a meghajtásukhoz. Általában könnyebbek és kisebbek, mint izmosabb váltakozó áramú testvéreik, és általánosságban elmondható, hogy olcsóbbak is.
Az alacsony költség ellenére a hatékonyság és a pontosság szempontjából még mindig nagyon alkalmasak, és alacsony tehetetlenséggel rendelkeznek, ami lehetővé teszi a gyors irányváltoztatást és sebességváltoztatást. Ezek eredendően kétirányúak, lehetővé téve a tengely forgását az óramutató járásával megegyező hatékonysággal az óramutató járásával megegyező és ellentétes irányban is.
Jellemzők:
- Az egyenáramú szervomotorok rendkívül hatékonyak, alacsony hőveszteséggel.
- Ezek akkumulátorról, például Li-poli vagy ólom-sav akkumulátorokról működtethetők.
- Képesek hatékony kétirányú forgásra.
Előnyök:
- Az egyenáramú szervomotorok a sebességek széles tartományában képesek hatékonyan működni, így jól alkalmazhatók változó sebességű alkalmazásokhoz.
- A váltóáramú szervomotorokhoz képest kevésbé bonyolultak, és ez az alacsonyabb költségekben is megmutatkozik.
- Az egyenáramú szervomotorok ideálisak kis teljesítményű műveletekhez.
Alkalmazások:
- Kamerarendszerek, kardántengelyek, elektromos járművek, protézisek, optikai médialejátszók (DVD / Blu-ray stb.)
Kefés szervomotorok
Az egyenáramú szervomotorok kefés és kefe nélküli változatokban léteznek, amelyek a kommutálás kezelésében különböznek egymástól. A kommutálás a motor tekercseiben az áram irányának váltása a folyamatos forgás és a nyomatéktermelés fenntartása érdekében.
A kefés egyenáramú szervomotorok mechanikus kommutációt alkalmaznak, ahol a kefék fizikailag érintkeznek a kommutátorral (a forgórészhez rögzített szegmentált gyűrű). Ahogy a rotor forog, a kommutátor szegmensek egymás után kapcsolják az áramáramot az armatúra tekercsekben, biztosítva, hogy a mágneses mező kölcsönhatása továbbra is a megfelelő irányú nyomatékot termeljen.
A szervorendszerben a visszacsatolási mechanizmusok, például a kódolók vagy potenciométerek lehetővé teszik a sebesség, a nyomaték és a pozíció pontos szabályozását, ami megkülönbözteti az egyenáramú szervomotorokat a hagyományos egyenáramú motoroktól.
Jellemzők:
- A kefés egyenáramú szervomotorok egyszerű felépítésűek és viszonylag olcsóbbak, mint a váltóáramú szervomotorok.
- A kefés egyenáramú motorok nagy indítási nyomatékot biztosítanak, mivel az armatúraáram ellenáram nélkül maximalizálódik, hatékonyan leküzdve a tehetetlenséget.
- A keféket fogyóeszköznek tekintik, és időnként cserére szorulnak.
Előnyök:
- A kefés egyenáramú motorok költséghatékony megoldást jelentenek kis sebességű, nagy nyomatékú alkalmazásokhoz.
- A sebesség és a nyomaték könnyen szabályozható az alkalmazott feszültség vagy áram beállításával.
Alkalmazások:
- Robotika, szállítószalagok, precizitást igénylő kis ipari berendezések.
Kefe nélküli szervomotorok
A kefe nélküli egyenáramú szervomotorok kiküszöbölik a mechanikus keféket és kommutátorokat, és elektronikus kommutációval szabályozzák az állórész tekercsekben folyó áramot. Egy visszacsatolási mechanizmus (általában Hall-érzékelő vagy kódoló) figyeli a rotor helyzetét, hogy az állórész mágneses mezejét szinkronizálja a rotor mozgásával.
A nyomatékot az állórész elektromágneses mezeje és a forgórész állandó mágnesei közötti kölcsönhatás hozza létre, ami lehetővé teszi a sebesség és a pozíció pontos és hatékony szabályozását.
Mellékesen megjegyezzük, hogy a legtöbb AC szervomotor definíció szerint "kefe nélküli".
Jellemzők:
- Nagy hatékonyság, alacsony karbantartási igény, csökkentett zajszint és kompakt méret.
Előnyök:
- Hosszú élettartam, nagyobb sebességtartomány és nagyobb megbízhatóság.
Alkalmazások:
- Ideális CNC gépekhez, drónokhoz és nagy teljesítményű mozgásvezérlést igénylő orvosi eszközökhöz.
Lépéses szervomotorA hagyományos léptetőmotorok kefe nélküli, szinkron egyenáramú motorok, amelyek diszkrét lépésekben mozognak, így pontos pozíciószabályozást tesznek lehetővé, visszacsatolási rendszer nélkül. Mivel azonban nyílt hurkú rendszerben működnek, nem tudják érzékelni a hibákat, ha túllendülnek vagy kihagyják a lépéseket.
A léptető szervomotorok viszont a lépésenkénti mozgást egy visszacsatolási mechanizmussal (általában egy kódolóval) integrálják, lehetővé téve a zárt hurkú vezérlést a nagyobb pontosság, a jobb nyomatékhatékonyság és a kihagyott lépések korrekciója érdekében.
A léptető szervomotorok tehát alapvetően léptetőmotorok, de jobbak!
Jellemzők:
- A léptető szervomotorok definíció szerint zárt hurkú vezérléssel rendelkeznek.
- Ezek mélyen belül kefe nélküli egyenáramú motorok, bár rendelkeznek bizonyos váltakozó áramú jellemzőkkel (például szinkronizáltak).
- Egyes modellek simább szinuszos vezérlést használnak a csendesebb, egyenletesebb mozgás érdekében (szintén a váltóáramú motorokhoz hasonlóan).
Előnyök:
- A léptető szervomotorok nagyobb fordulatszámon is képesek fenntartani a nyomatékot, és csökkentik a rezonanciát, ami a hagyományos léptetőmotorokhoz képest jobb sebesség- és nyomatékteljesítményt tesz lehetővé.
- A hagyományos léptetőmotorokkal ellentétben nagyobb sebességnél is képesek fenntartani a nyomatékot.
- A visszajelzés lehetővé teszi a valós idejű korrekciókat, javítva ezzel a pontosságot.
Alkalmazások:
- Ipari automatizálás, CNC gépek, 3D nyomtatók, robotika, űrkutatás, műholdas rendszerek.
Következtetés
Ebben a cikkben áttekintettük, hogy a szervomotorokat hogyan lehet széles kategóriákba sorolni, például a bemeneti áram (AC vagy DC), a mozgás típusa (forgó vagy lineáris), a feszültség (magas vagy alacsony) és a kommutálás típusa (DC szervomotorok esetében) szerint.
Természetesen a speciális szervomotoroknak további alkategóriái vannak, mint amire ezeket még tovább oszthatnánk, de ez egy másik cikk témája.
A különböző típusok közötti különbségek megértése, még ezen a magas szinten is, biztosíthatja az optimális választást az adott felhasználási esetekhez.
Természetesen az egyenletnek csak az egyik része, hogy tudjuk, milyen típusú szervomotor felel meg a legjobban az Ön igényeinek. Ugyanilyen fontos annak ismerete, hogy honnan szerezze be a megbízható mozgatási hardvert. Egy megbízható márka kiválasztása segíthet csökkenteni az állásidőt és a hosszú távú költségeket, különösen a kritikus műveleteknél. Nos, ne aggódjon, mert mi ebben is fedezzük Önt.
Az olyan vezető márkák, mint az ABB, az Ametek, az Allied Motion és mások következetesen kiváló minőségű rotációs szervomotorokat szállítanak, amelyek megbízható teljesítményt biztosítanak a különböző iparágakban.
Ha pedig a lineáris mozgás az ön dolga, akkor további információkért olyan cégeket kereshet, mint a Geeplus, a H2W Technologies, a Tolomatic vagy a HyperCyl.
Mindegyik vállalat olyan hardvert gyárt, amely bizonyítottan kompatibilis az AMC szervohajtásokkal. A kompatibilis szervomotorokat gyártó 3. felek kimerítőbb listájáért tekintse meg a következő oldalt erre a linkre.
