Что синхронный серводвигатель это такое
Перейти к содержимому

Что синхронный серводвигатель это такое

  • автор:

Серводвигатели – что это такое и какие есть виды?

Практически во всех современных станках ЧПУ используются серводвигатели. Именно они обеспечивают перемещение деталей и элементов в разных плоскостях с высокой точностью и динамикой управления.

Серводвигатель работает в большом диапазоне скоростей, при этом практически не имея акустического шума, биения и вибрации.

Часто в состав двигателя входят датчики скорости и позиционирования, а управляются они инвертором (преобразователем частоты).

Серводвигатель

Серводвигатель отличается от обычного электродвигателя тем, что управляется линейно, а, значит, очень точно.

Управление может осуществляться по положению, моменту и скорости, поэтому такие типы двигателей используются для слежения, позиционирования и контурной обработки деталей.

Наиболее распространенными считаются четыре вида серводвигателей:

  • • Синхронный;
  • • Асинхронный;
  • • Синхронный реактивный;
  • • Серводвигатель постоянного тока.

В промышленности широко используются два первых вида двигателей – остальные применяются для решения специфических и сложных задач.

Синхронные серводвигатели

Эти классические трехфазные синхронные двигатели, получающие возбуждение от нескольких постоянных магнитов. Дополнительно в них встроен датчик положения ротора.

Как видим, вся конструкция очень компактна и надежна. Основное достоинство таких двигателей – отсутствие инерции. Они разгоняются и останавливаются за тысячные доли секунды, отлично совмещаются с различными импульсными станками и системами, а также за счет своей линейности прекрасно управляются при помощи компьютерных программ.

Синхронные серводвигатели

Синхронные серводвигатели применяют там, где необходимо с высокой точностью поддерживать крутящий момент и позиционировать различные плоскости с максимальной точностью.

Асинхронные серводвигатели

Отличный вариант для сверхдинамичных систем. Достоинства таких типов двигателя в:

  • • высокой скорости вращения;
  • • практически нулевом моменте инерции;
  • • малом весе и компактности;
  • • принудительной вентиляции.

Вентиляция продлевает срок службы двигателя на 30-40 процентов и позволяет использовать его практически в любых замкнутых пространствах. Также стоит отметить, что для крепления датчика обратной связи нет необходимости использовать отдельные узлы.

Благодаря таким свойствам асинхронный двигатель часто применяют в станках с ЧПУ – он позволяет добиться минимизации динамического и статистического рассогласования во время работы.

Также смотрите на видео, как сделать позиционирование серводвигателя от энкодера.

Что синхронный серводвигатель это такое

В настоящее время решение задачи по осуществлению управляемого перемещения требующей высоких точностей и динамики невозможно представить без серводвигателей различных типов.

Серводвигатель – это двигатель, предназначенный для работы в широком диапазоне скоростей, обеспечивающий улучшенную плавность хода, пониженные вибрацию и акустические шумы. Как правило, в его состав включен датчик позиции или скорости. Управление серводвигателем происходит с помощью преобразователя частоты (инвертора). Главное отличие серводвигателя от обычного двигателя в том, что он может управляться по скорости, моменту и положению, соответственно серводвигатель возможно использовать для задач позиционирования, слежения, контурной обратботки и т.д.

Известны следующие виды серводвигателей:

серводвигатель постоянного тока

синхронный реактивный серводвигатель

Рассмотрим только первые два вида ввиду их наибольшей распростроненности.

Асинхронный серводвигатель

Основные преимущества асинхронного серводвигателя от обычного общепромышленного асинхронного электродвигателя — это низкий момент инерции, высокие максимальные скорости и малый вес, что обеспечивает возможность его применения в сверхдинамичных системах. Принудительная вентиляция продлевает срок службы и позволяет использовать в тяжелых условиях на продолжительных высоких скоростях. Отсутствие необходимости использовать отдельный узел для крепления датчика обратной связи обеспечивает компактные размеры.

Высокие динамические характеристики за счет снижения статического и динамического рассогласования при использовании асинхронного серводвигателя в системе с ЧПУ позволяют получить малую контурную погрешность.

Далеко не на последнем месте при выборе типа двигателя стоит вопрос цены, в этом случае немаловажным аргументом является приемлемая стоимость. Благодаря вышеперечисленным качествам, асинхронный серводвигатель является самым массовым в промышленности.

Устройство асинхронного серводвигателя:
Области применения

Металлургия, намоточные устройства, экструдеры, машины для литья пластмасс под давлением, оборудование для ЦБК, печатное оборудование, упаковочное оборудование, станки с ЦПУ, пищевая промышленность и производство напитков, текстильная промышленность, прессовое штамповочное оборудование, автомобильная промышленность.

Синхронные серводвигатели

Синхронные серводвигатели представляют собой трехфазные синхронные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов и датчиком положения ротора. Высочайшая динамика в сочетании с прецизионной точностью заключенные в сверхкомпактном корпусе — вот отличительные особенности синхронного серводвигателя. Так же, основным достоинством является очень низкий момент инерции ротора относительно крутящего момента, что позволяет реализовать очень высокое быстродействие, время разгона на номинальную частоту вращения за десятки миллисекунд и реверс с полной скорости в пределах одного оборота вала двигателя.

Синхронные серводвигатели обладают высоким быстродействием, хорошо сочетаются с импульсными системами программного управления и идеальны для применения в различных отраслях промышленности, где необходимо:

Основными областями применения синхронного серводвигателя являются приводы подач и быстродействующие позиционные системы станков с программным управлением.

Серводвигатели – что это такое и какие есть виды?

Практически во всех современных станках ЧПУ используются серводвигатели. Именно они обеспечивают перемещение деталей и элементов в разных плоскостях с высокой точностью и динамикой управления.

Серводвигатель работает в большом диапазоне скоростей, при этом практически не имея акустического шума, биения и вибрации.

Часто в состав двигателя входят датчики скорости и позиционирования, а управляются они инвертором (преобразователем частоты).

Серводвигатель

Серводвигатель отличается от обычного электродвигателя тем, что управляется линейно, а, значит, очень точно.

Управление может осуществляться по положению, моменту и скорости, поэтому такие типы двигателей используются для слежения, позиционирования и контурной обработки деталей.

Наиболее распространенными считаются четыре вида серводвигателей:

  • • Синхронный;
  • • Асинхронный;
  • • Синхронный реактивный;
  • • Серводвигатель постоянного тока.

В промышленности широко используются два первых вида двигателей – остальные применяются для решения специфических и сложных задач.

Синхронные серводвигатели

Эти классические трехфазные синхронные двигатели, получающие возбуждение от нескольких постоянных магнитов. Дополнительно в них встроен датчик положения ротора.

Как видим, вся конструкция очень компактна и надежна. Основное достоинство таких двигателей – отсутствие инерции. Они разгоняются и останавливаются за тысячные доли секунды, отлично совмещаются с различными импульсными станками и системами, а также за счет своей линейности прекрасно управляются при помощи компьютерных программ.

Синхронные серводвигатели

Синхронные серводвигатели применяют там, где необходимо с высокой точностью поддерживать крутящий момент и позиционировать различные плоскости с максимальной точностью.

Асинхронные серводвигатели

Отличный вариант для сверхдинамичных систем. Достоинства таких типов двигателя в:

  • • высокой скорости вращения;
  • • практически нулевом моменте инерции;
  • • малом весе и компактности;
  • • принудительной вентиляции.

Вентиляция продлевает срок службы двигателя на 30-40 процентов и позволяет использовать его практически в любых замкнутых пространствах. Также стоит отметить, что для крепления датчика обратной связи нет необходимости использовать отдельные узлы.

Благодаря таким свойствам асинхронный двигатель часто применяют в станках с ЧПУ – он позволяет добиться минимизации динамического и статистического рассогласования во время работы.

Также смотрите на видео, как сделать позиционирование серводвигателя от энкодера.

Как устроен и работает сервопривод

Слаботочные сервоприводы под управлением ардуино (micro servo motor) широко применяются сегодня в любительской робототехнике, на их основе делают небольшие настольные станки и множество других интересных и полезных в хозяйстве вещей. Даже просто на уровне хобби такие сервоприводы находят массу разнообразных применений. Давайте посмотрим, что же такое сервопривод в простейшем виде, как он принципиально устроен и как работает.

Как устроен и работает сервопривод

Само слово «сервопривод» можно перевести как «следящий привод». То есть это такое приводящее устройство, которое содержит в себе двигатель, управляемый посредством отрицательной обратной связи, что позволяет осуществлять точные движения с выверенным позиционированием рабочего органа.

В принципе сервоприводом можно назвать электродвигатель, в системе управления которым имеется датчик положения рабочего устройства (или просто вала), текущие параметры с которого определяют то, как, куда и на сколько должен или не должен повернуться ротор мотора для получения нужного результата. Обычно в такой системе имеется блок управления приводом, который анализирует параметры с датчика, и в соответствии с ними управляет питанием двигателя.

Таким образом, сервопривод хотя и работает автоматически, процесс позиционирования рабочего органа оказывается при этом очень точным благодаря правильной обработке сигнала с датчика платой управления. Например целью управления может быть просто поддержание определенного значения конкретного параметра упомянутого датчика. Вот и становится понятно, почему привод называется следящим — он следит за состоянием датчика.

Схема подключения сервомашинки к ардуино

Двигатель с установленным редуктором может иметь всего три или четыре провода, идущих от него. По двум проводам подается питание на двигатель, с третьего — снимается сигнал от датчика, четвертый может быть предназначен для питания датчика.

Обычно провода питания имеют красный и черный или красный и коричневый цвета — это плюсовой и минусовой (земля) провода питания. Белый или желтый — сигнальный провод с датчика, через этот провод на плату управления приходит сигнал обратной связи о текущем состоянии системы.

Простой сервопривод с редуктором (сервомашинка) и потенциометром — замечательный пример для того чтобы понять принцип работы обратной связи в системе управления сервоприводом.

Работа серомашинки от ардуино

Потенциометр имеет три вывода. На те выводы что по бокам — подается питание, а средний по сути — выход с резистивного делителя напряжения. Если изменить положение ручки потенциометра, то величина напряжения между минусом питания и средним его выводом измениться пропорционально изменению сопротивления между минусом и средним выводом.

Допустим, в крайнем левом положении напряжение на среднем выводе потенциометра будет минимальным, а в крайнем правом — максимальным. Получается что напряжение на среднем выводе потенциометра определяется положением его ручки, то есть тем, на какой угол она повернута от исходного положения, в котором напряжение на среднем выводе минимально. Обычно используют потенциометры с номинальным сопротивлением 5-10 кОм.

И как же здесь работает сервопривод? Ручка потенциометра в данном сервоприводе через редуктор соединена с валом двигателя. Значит, когда двигатель работает и его ротор вращается, ручка потенциометра поворачивается и следовательно сопротивление на среднем его выводе изменяется.

В крайнем левом положении, например, на среднем выводе будет 0 вольт, в среднем положении — 2,5 вольт, а в крайнем правом — 5 вольт. Для упрощения примем, что ручка потенциометра способна вращаться вокруг своей оси на 180 градусов, значит 2,5 вольта на среднем выводе будет соответствовать повороту ручки на 90 градусов.

Если плата управления получает информацию, что на среднем выводе 5 вольт, а необходимо создать поворот до 90 градусов, то к двигателю начнет автоматически подаваться питание определенной полярности до тех пор, пока он, поворачивая выход редуктора (а в месте с ним и ручку потенциометра) справа — налево, не доведет потенциометр до требуемого положения. Как только на среднем выводе потенциометра станет 2,5 вольт, двигатель прекратит получать питание от платы управления.

Аналогичным образом будет реализован поворот в другую сторону: если на среднем выводе 0 вольт, то полярность питания двигателя будет такой, что ручка потенциометра станет поворачиваться через редуктор слева — направо, пока напряжение не достигнет 2,5 вольт, соответствующих повороту ручки на 90 градусов. Это достаточно грубый пример, зато он достаточно нагляден.

Сервопривод в разобранном виде

Редуктор здесь необходим для того, чтобы высокие обороты вала маломощного мотора преобразовать в малые обороты с большим усилием, что позволит, во-первых, провернуть потенциометр, во-вторых, сделать это медленно и точно. Редуктор состоит из шестеренок, на валу двигателя находится маленькая, которая вращает большую, в центре которой маленькая и т. д.

Устройство сервопривода

Сервоприводы характеризуются несколькими главными параметрами. Первый главный параметр — усилие на валу (вращающий момент, деленный на ускорение свободного падения), которое измеряется у маленьких моделей в кг/см и определяется при номинальном напряжении питания мотора. Например, вращающий момент в 10 кг/см означает, что при расстоянии до оси выходного вала в 1 см, на нем можно удержать груз массой 10 кг.

Второй немаловажный параметр — скорость поворота, которая указывается в сек/60 градусов. Этот параметр показывает, сколько времени требуется сервоприводу для поворота его выходного вала на 60 градусов. Например 0,2сек/60 градусов. Далее идут такие параметры как напряжение питания, угол вращения (180 или 360 градусов) и тип редуктора (материал шестерней).

Серводвигатель принцип работы

Сервопривод с мотором, предназначенный для приведения в движение устройств управления через поворот выходного вала, применяются в таких областях, как открытие и закрытие клапанов, переключатели и так далее. Важными характеристиками сервомотора являются динамика двигателя, равномерность движения, энергоэффективность.

Серводвигатели широко применяются в промышленности, например, в металлургии, в станках с ЧПУ, прессо-штамповочном оборудовании, автомобильной промышленности, тяговом подвижном составе. В основном в сервоприводах использовались 3-полюсные коллекторные двигатели, в которых тяжелый ротор с обмотками вращается внутри магнитов.

Области использования устройства

В современном мире, когда автоматизация заняла прочные позиции во всех областях машиностроения, конструкция всех механизмов заметно унифицировалась. При этом применяются современные индивидуальные приводы. Для того, чтобы понять, сервопривод, что это такое, следует знать сферу применения устройства. Устройства содержат прецизионные конструкции поддержания скорости в промышленных роботах и станках с высокой точностью. Они монтируются на сверлильных оборудованиях, в различных системах транспорта и механизмах вспомогательного характера.

Самое широкое применение приборы нашли в следующих сферах:

  • изготовление бумаги и упаковок;
  • изготовление листов из металла;
  • обрабатывание материалов;
  • производство транспортного оборудования;
  • изготовление стройматериалов.
Что такое серводвигатель (сервопривод)

Серводвигатель (сервопривод) – это электрический мотор с управлением через обратную отрицательную связь, которая позволяет точно управлять параметрами движения, чтобы достичь необходимой скорости или получить нужный угол поворота. В состав серводвигателя входят непосредственно сам электродвигатель, датчик обратной связи, блок питания и управления.

Положительные стороны серводвигателя (сервопривода)

·Высокая мощность при малых размерах;

·Высокий крутящий момент;

·Быстрый разгон и торможение;

·Постоянное и бесперебойное отслеживание положения;

·Низкий уровень шума, отсутствие вибраций и резонанса;

·Широкий диапазон скорости вращения;

·Высокая скорость разгона;

·Стабильная работа в широком диапазоне скоростей;

·Малая масса и компактная конструкция;

·Низкий расход электроэнергии при малых нагрузках.

Отрицательные стороны серводвигателя (сервопривода)

·Требовательность к периодическому обслуживанию (например, с заменой щеток);

·Сложность устройства (наличие датчика, блока питания и управления) и логики его работы.

Принцип работы

Программа управления серводвигателями Mach3

Основным аспектом функционирования серводвигателей является условия его работы в рамках системы G-кодов, то есть команд управления, содержащихся в специальной программе.

Если рассматривать данный вопрос на примере ЧПУ, то сервомоторы функционируют во взаимодействии с преобразователями, которые изменяют величину напряжения на якоре или на возбуждающей обмотке двигателя, исходя из уровня входного напряжения.

Обычно управление всей системой производится с помощью стойки ЧПУ. При получении команды из стойки пройти определенное расстояние вдоль координатной оси Х, в субблоке цифрового аналогового преобразователя стойки создается напряжение некоторой величины, которое передается для питания привода указанной координаты. В сервомоторе начинается вращение ходового винта, с которым связан энкодер и исполнительный орган станка. В первом происходит выработка импульсов, подсчитываемых стойкой.

Программа предусматривает, что некоторое количество сигналов с энкодера соответствует определенному расстоянию прохождения исполняющего механизма.

При получении нужного количества импульсов аналоговый преобразователь выдает нулевое значение выходного напряжения, и сервомотор останавливается. В случае смещения под внешним воздействием рабочих элементов станка на энкодере формируется импульс, обсчитываемый стойкой, на привод подается напряжение рассогласования, и якорь двигателя поворачивается до получения нулевого значения рассогласования. В результате обеспечивается точное удержание рабочего элемента станка в заданном положении.

Схема и типы сервоприводов

Принцип работы сервопривода основан на обратной связи с одним или несколькими системными сигналами.

Выходной показатель подается на вход, где сравнивается его значение с задающим действием и выполняются необходимые действия — например, выключается двигатель.

Самым простым вариантов реализации является переменный резистор, который управляется валом — при изменении параметров резистора меняются параметры питающего двигатель тока.

В реальных сервоприводов механизм управления гораздо сложнее и использует встроенные микросхемы-контроллеры. В зависимости от типа используемого механизма обратной связи выделяют аналоговые и цифровые сервоприводы. Первые используют что-то похожее на потенциометр, вторые — контроллеры.

Вся схема управления серво находится внутри корпуса, управляющие сигналы и питание подаются, как правило, идут по трем проводам: земля, напряжение питания и управляющий сигнал.

Сервопривод непрерывного вращения 360, 180 и 270 градусов

Выделяют два основных вида серводвигателей — с непрерывным вращением и с фиксированным углом (чаще всего, 180 или 270 градусов).

Отличие серво ограниченного вращения заключается в механических элементах конструкции, которые могут блокировать движение вала вне заданных параметрами углов. Достигнув угла 180, вал окажет воздействие на ограничитель, а тот отдаст команду на выключение мотора. У серводвигателей непрерывного вращения таких ограничителей нет.

Материалы шестерней сервопривода

У большинства сервоприводов связующим звеном между валом и внешними элементами является шестеренка, поэтому очень важно, из какого материала она сделана. Наиболее доступных вариантов два: металлические или пластмассовые шестерни

В более дорогих моделях можно найти элементы из карбона и даже титана.

Пластмассовые варианты, естественно, дешевле, проще в производстве.

Металлические шестеренки надежнее, но это сказывается на цене и на весе модели. Экономные производители могут сделать часть деталей пластмассовыми, а часть металлическими, это тожно нужно иметь в виду. Ну и, естественно, что в самых дешевых моделях даже наличие металлической шестеренки не является гарантией качества.

Титановые или карбоновые шестерни — самый предпочтительный вариант, если вы не ограничены бюджетом. Легкие и надежные, такие сервоприводы активно используются для создания моделей автомобилей, дронов и самолетов.

Преимущества серводвигателей

Широкое использование сервоприводов связано с тем, что они обладают стабильной работой, высокой устойчивостью к помехам, малыми габаритами и широким диапазоном контроля скорости. Важными особенностями сервоприводов являются способность увеличивать мощность и обеспечение обратной информационной связи. И этого следует, что при прямом направлении контур является передатчиком энергии, а при обратном – передатчиком информации, которая используется для улучшения точности управления.

Характеристики сервоприводов

Устройства выпускаются аналогового и цифрового типов. Приводы внешне ничем не отличаются, но различие между ними существенное. Последние обладают более точной отработкой команд, поскольку управление производится микропроцессорами. Для сервоприводов пишутся и вводятся программы. Аналоговые устройства работают от сигналов микросхем. Их преимуществами являются простое устройство и меньшая цена.

Основными параметрами для выбора являются следующие:

  1. Питание. Подача напряжения производится по трем проводам. По белому передают импульс, через красный — рабочее напряжение, черный или коричневый является нейтральным.
  2. Размеры: большие, стандартные и микроустройства.
  3. Скорость. От нее зависит, за какой промежуток времени вал повернется на угол 600. Недорогие устройства обладают скоростью 0,22 сек. Если требуется высокое быстродействие, она составит 0,06 сек.
  4. Величина момента. Параметр является приоритетным, поскольку при малом вращающем моменте управление затрудняется.

Как управлять цифровым сервоприводом?

Приводы подключаются к программируемым контроллерам, среди которых хорошо известен Arduino. Подключение к его плате производится тремя проводами. По двум подается питающее напряжение, а по третьему — управляющий сигнал.

Инструкция сервопривода с цифровым управлением предусматривает наличие в контроллере простой программы, позволяющей считывать с потенциометра показания и переводить их в число. Затем оно преобразуется в команду передачи на поворот вала сервопривода в заданное положение. Программа записывается на диске, а затем передается на контроллер.

Применение приборов высокого качества необходимо в оборудовании, отличающемся высоким уровнем производительности.

Области использования устройства

  • изготовление бумаги и упаковок;
  • изготовление листов из металла;
  • обрабатывание материалов;
  • производство транспортного оборудования;
  • деревообрабатывающая промышленность;
  • изготовление стройматериалов.

Основные характеристики изделия

Работа сервопривода характеризуется двумя основными показателями: скоростью поворота и усилия на валу. Первая величина служит показателем времени, которое измеряется в секундах. Усилие мерится в кг/см, то есть, какой уровень усилия развивает механизм от центра вращения.

Сейчас выпускают механизмы, функционирующие при показателе напряжения питания от 4,8 до 6 В. Чаще этот показатель равен 6 В. Однако не все модели рассчитаны на широкий диапазон напряжений. Иногда двигатель сервопривода работает лишь при 4,8 В или же только при 6 В (последние конфигурации производятся крайне редко).

Синхронные серводвигатели IndraDyn S

Синхронные серводвигатели IndraDyn S

Электрические двигатели этого типа называются так потому, что вращение ротора относительно статора в них происходит синхронно с вращением магнитного поля в обмотках. Следовательно, обороты синхронного серводвигателя непосредственно зависят от частоты питающего тока, что позволяет легко управлять ими с помощью частотно-регулируемого привода. Кроме того, это означает, что нагрузка не будет влиять на заданную частоту вращения двигателя, равно как и на заданное сложное перемещение с переменной скоростью. Таким образом, при правильном управлении эти двигатели легко обеспечивают позиционирование с высокой точностью.

Синхронный электрический двигатель состоит из ротора с валом и статора в корпусе. Постоянные магниты ротора чаще всего изготовлены из редкоземельного материала, например NdFeB (неодим-железо-бор), обладающего отличными магнитными свойствами и обеспечивающего электродвигателю, в котором они установлены, высокие показатели удельной мощности и крутящего момента. Кроме того, достигается выдающаяся динамичность (быстрый разгон и останов, переменные скорость и направление вращения) и возможность точного позиционирования ротора и, следовательно, подвижных элементов линейного привода.

Благодаря этим качествам синхронные серводвигатели широко применяются в системах линейного и поворотного перемещения, станках для обработки материалов резанием (фрезерные, шлифовальные) и давлением (дыропробивные, гибочные, штамповочные прессы).

  • Максимальный крутящий момент до 495 Н•м
  • Максимальная скорость вращения до 9000 об/мин
  • Энкодеры для самых разных задач
  • Степень защиты IP65
  • Выбор систем охлаждения

В зависимости от требуемого уровня точности, могут поставляться двигатели со стандартным или прецизионным энкодером. Обе версии доступны в однооборотном или многооборотном исполнении. Доступны дополнительные опции – например, шпонка вала, стопорное устройство, уменьшенное биение и повышенный класс защиты IP65 – для использования с вентилятором, жидкостным охлаждением и взрывозащищенных исполнений.

Для случаев, когда требуется высокая длительная мощность, доступны осевые и радиальные вентиляторные блоки. Их искробезопасные двигатели (термозащита UL F) обеспечивают надежность однофазных вентиляторов, устраняя необходимость во внешнем автоматическом выключателе. Для особо высоких мощностей доступно жидкостное охлаждение.

  • Исключительная безопасность
  • Максимальный крутящий момент до 190 Н•м
  • Максимальная скорость вращения до 9000 об/мин
  • Энкодеры для любых задач
  • Герметичная оболочка согласно ATEX и UL/CSA

Доступен широкий выбор не только крутящих моментов, но и типоразмеров двигателей в герметичных исполнениях, соответствующих общепринятым стандартам, а также стопоров, шпонок, энкодеров и т.д.

Европейские версии двигателей MKE сертифицированы немецким метрологическим институтом PTB Брауншвейг в соответствии с директивой 94/9/EC – ATEX95 (II 2 Gd IIB T4 или II 2D Ex tD A21 IP6x T135°C). Американские версии двигателей MKE сертифицированы национальной испытательной лабораторией Underwriters Laboratories Inc (UL) в соответствии со стандартами UL/CSA Класс I, Группы C и D по UL508C, UL674 и UL1446.

  • Высокая динамичность в компактной конструкции
  • Максимальный крутящий момент до 7,1 Н•м
  • Максимальная скорость вращения до 5000 об/мин
  • Многооборотный абсолютный энкодер

Двигатели с защитой оболочки класса IP54 имеют абсолютный энкодер и опциональный стопорный тормоз, и предназначены для работы с сервоприводами IndraDrive Cs.

Синхронные серводвигатели MS2N Синхронные серводвигатели MS2N

Больше крутящий момент, более высокие скорости, практические одножильное соединение и множество опций. Серводвигатель MS2N соединяет в себе высокую динамику, компактные размеры и исключительную энергоэффективность. Выбор роторов с низкой или средней инерцией.

Сервопривод: что это такое, принцип работы, устройство и виды

Сервопривод ХАРЗА Санкт-Петербург

Жизнь современного человека заполнена огромным количеством электроприборов. Это всеми воспринимается нормально, как само собой разумеющееся. Умная автоматика взяла на себя большую часть рутинных и опасных производственных процессов, а также широко применяется в качестве умных помощников в быту.

Многие функции управления умными устройствами берут на себя сервоприводы. Они присутствуют не только в конкретных устройствах (роботах), но и во всех автоматизированных системах:

  • отопления и водоснабжения;
  • кондиционирования и управления климатом;
  • безопасности зданий;
  • роботизированных линий на производстве и т.д.

Они нужны для управления движением, ускорением, замедлением в подвижных частях разных типов оборудования и устройств.

Сервопривод – что это такое

Устройство представляет из себя электродвигатель со своим блоком управления. Он может сохранять определенное положение вала или фиксированную скорость вращения благодаря обратной связи.

Их применяют для аккуратного привода в действие разного рода механизмы. Например, они могут управлять заслонками вентилей в трубопроводах, перекрывать/открывать поток воздуха в вентиляционных системах, открывать/закрывать автоматические двери и т.д. Сервомоторы делают подвижными все сочленения роботов.

Как устроен сервопривод

Конструкции сервоприводов в зависимости от области применения могут сильно отличаться друг от друга. Но в большинстве случаев они имеют сходную функциональную структуру.

Схема устройства сервопривода

В их состав может входить:

  • Привод, который приводит в движение рабочий механизм. Это может быть синхронный, асинхронный двигатели, коллекторный и бесколлекторный привод и т.п.
  • Редуктор представляет из себя устройство, увеличивающее или уменьшающее скорость вращения рабочего элемента, или создающее дополнительное усилие.
  • Рабочий элемент – это орган, который непосредственно соединен с исполнительным механизмом, например, заслонка, клапан, манипулятор робота и т.д.
  • Датчик контролирует необходимое положение рабочего элемента и через канал обратной связи передает данные в блок управления.
  • Блок управления или контроллер (он же «Сервоусилитель») передаёт сигналы управления, сгенерированных на основании данных с датчика, на серводвигатель для перемещения (вращения) рабочего элемента или, чтобы скорректировать его местоположение.
  • Тормозной резистор. Применяется в преобразователях частоты и служит для рассеивания энергии торможения во время остановки или понижения скорости серводвигателя. Благодаря ему обеспечивается максимальный переходный тормозной момент.
  • Тормозная муфта (удерживающий тормоз). Служит для удержания рабочего вала сервопривода в неподвижном состоянии. Бывают:
  • дисковые;
  • динамометрические;
  • трения.
  • Блок питания применяется, когда не требуется прямое подключение сервомотора к электрической сети.

Такая простая конфигурация вполне достаточна для обеспечения бесперебойной работы устройства. В нём нет слабых звеньев, по этой причине сервоприводы выходят из строя довольно редко.

Принцип работы

Работает сервопривод так.

Контроллеру задают определенную программу работы. На ее основании он передаёт управляющие сигналы на частотный преобразователь, который, в свою очередь, передаёт на электрический двигатель напряжение нужного значения и частоты.

Рабочий элемент перемещает исполнительное устройство с нужной скоростью, соответствующий угол с определенной нагрузкой. Когда рабочий орган достигает заданной точки перемещения, датчик положения передаёт сигнал в блок управления, останавливающий двигатель.

Что происходит внутри «мозгов» сервопривода? Сигнал с датчика положения сравнивается с опорным (нулевым) сигналом. Если их величины равны, то сервомотор останавливается.

Если есть отклонения в значениях, в любую сторону: плюс или минус, то на двигатель будет подаваться соответствующее напряжение, пока исполнительный механизм не займет нужное место.

Виды сервоприводов

К основной характеристике сервопривода относят тип электродвигателя. Они бывают коллекторные и бесколлекторные, работающие от постоянного или переменного тока.

В коллекторных двигателях обмотки находятся на роторе, которые вращается относительно статора с постоянными магнитами. Поэтому для передачи тока на ротор используются графитовые щетки. Трущиеся детали уменьшают надёжность таких двигателей.

В бесколлекторных двигателях всё наоборот – ротор и статор меняются местами. Статор становится подвижной частью, ротор неподвижной. Щетки в таком случае не нужны.

  • Коллекторные двигатели постоянного тока. Скорость вращения ротора напрямую зависит от подаваемого на него напряжения.
  • Бесколлекторные двигатели постоянного тока могут быть:
  • • с внутренним якорем. Высокоскоростные. Используются в системах охлаждения;
  • • с внешним якорем. Используются в устройствах, нуждающихся в точном позиционировании и устойчивости к перегрузкам по моменту. Это могут быть станки с ЧПУ, роботы, различное медоборудование.
  • Синхронные двигатели переменного тока. Такие приводы могут быстро набирать скорость, задают ей, ускорению, углам поворота высокую точность.
  • Асинхронные двигатели переменного тока. Ими управляют инверторы, меняя частоту питающего их тока. Отличительная особенность асинхронных сервомоторов – это высокая точность поддержания заданной скорости при очень низких оборотах.

Характеристики сервоприводов

Помимо этого, сервоприводы имеют ещё несколько важных характеристик:

  • Крутящий момент (усилие) вала сервопривода.
  • Скорость поворота показывает, насколько быстро вращается двигатель.
  • По управлению сервоприводы делятся на аналоговые и цифровые.
  • Электропитание сервоприводов зависит от типа и назначения сервоприводов.
  • Шестерни редуктора могут быть металлическими, карбоновыми, пластиковыми, титановыми и выполненными из различных комбинированных материалов. Металл хорошо переносит высокие динамические нагрузки. Пластик же не выдерживает большие нагрузки, но зато имеет низкий акустический шум.
  • Тип редуктора:
  • планетарный. Особенностью является высокий передаточный момент и способность выдерживать большие нагрузки.
  • волновой. Его особенность – высокое передаточное отношение, прецизионная точность позиционирования вала, плавность хода.

Для каждой линейки типовых сервоприводов существует свой определенный набор характеристик.

Особенности устройства сервопривода переменного тока

В данном сервоприводе вращение ротора имеет ту же частоту, что магнитное поле, возникающее на обмотках статора. На него подаётся трёхфазный ток, который запускает двигатель.

На контроллер по первому входу подаётся сигнал от датчика (энкодера) с высокой разрешающей способностью. Сигнал сравнивается с задающим сигналом. По результату сравнения, в случае рассогласования, контроллер выдаёт сигнал, который приводит электродвигатель в движение. Так продолжается, пока значения сигналов не совпадут.

Способы управления canOpen, Ethercat

Для управления высокоскоростными сервоприводами используется открытый сетевой протокол CANopen, который устанавливается поверх протокола промышленной сети EtherCAT.

CANopen применяется в быстродействующих систем управления перемещением и регулировочных контуров с обратной связью. Сеть обеспечивает высокую надёжность, оптимальную пропускную способность, электропитание сервопривода по сетевому кабелю. Её популярность связана с небольшой стоимостью оборудования, с совместимостью с большим количеством устройств и приложений, а также простотой реализации.

EtherCAT — современный протокол для промышленного интернета. Это самый быстрый способ передачи данных в автоматизированных системах. В этой сети обмен данным может быть организован на любом Ethernet-контроллере с соответствующим ПО. Это сетевой протокол реального времени со свойством детерминирования, то есть событие произойдёт в четко указанный промежуток времени.

EtherCAT обеспечивает скорость обмена данными до 100 Мбит/с на расстояние до 100 метров. Сеть снабжена распределенными синхронизированными часами, поэтому для неё характерно очень низкое дрожание

Процесс рекуперации

Рекуперация имеет место в случаях, когда меняется знак момента нагрузки в отношении вращающего момента сервомотора. При небольшой энергии рекуперации происходит её накопление на конденсаторах блок постоянного тока. Напряжение на них повышается.

При большой разнице максимальных значений нагрузки и сервомотора напряжение на конденсаторах станет превышать предельный уровень. Тогда энергия рекуперации сбросится в тормозной резистор.

Сравнение с шаговым двигателем. Преимущества и недостатки

Приводы с серводвигателями имеют большой список положительных особенностей. При сравнении с шаговыми они выделяются по целому ряду преимуществ.

  • Прецизионная точность позиционирования.
  • Использование редуктора позволяет повышать крутящий момент и понижать число оборотов.
  • Быстрая коррекция положения вала после регулировки перемещения исполнительного механизма путем простого внесения изменений в программу.
  • Хорошо совмещаются с быстродействующими устройствами благодаря развитию больших ускорений.
  • Могут поддерживать равномерный крутящий момент на всей протяженности рабочего диапазона.
  • Отлично переносят температурные, физические и иные нагрузки на протяжении довольно продолжительного времени эксплуатации.

Всё-таки сервоприводы не являются идеальными устройствами, их невозможно применять абсолютно везде, потому что у них есть и недостатки.

  • Быстрый износ резистивных дорожек (модели с потенциометрами).
  • Более высокая стоимость по сравнению с шаговым приводом.
  • Сложная в настройке программа, которая служит для того, чтобы обеспечить высокую точность.

Преимуществ больше, и они важнее недостатков, поэтому сервоприводы имеют такую высокую популярность в разных областях жизнедеятельности.

Где применяются сервоприводы

Устройства нашли своё применение в разнообразном автоматическом оборудовании, роботизированных устройствах, установках и технологических линиях.

  • Промышленные роботы и манипуляторы.
  • Автоматизированные станки.
  • Оборудование для подъёма, перемещения грузов и упаковки.
  • Исполнительные механизмы особой точности.
  • Автоматические трансмиссии автомобилях.
  • Бытовые роботы.

Использование сервоприводов повышает производительность и точность промышленных установок. Они автоматизируют технологические процессы, исключая вмешательство человека.

Как выбрать сервопривод

Для выбора сервопривода необходимо тщательно проанализировать технологические требования, провести расчеты скорости и момента. После этого выбрать нужное устройство исходя из технических характеристик и экономической эффективности.

Следующий по важности параметр прибора – точность позиционирования. Её значение не должно быть выше предельной погрешности положения исполнительного инструмента или его перемещения. Точность определяют по количеству импульсов с датчиков за один оборот вала. Чем их больше, тем обеспечивается более точное положение вала.

Кроме точности позиционирования, диапазона изменения момента и скорости, также учитывают:

  • Тип интерфейсов, которые поддерживаются при обмене данными. Протоколы должны быть идентичны интерфейсам системы.
  • Скорость отклика – промежуток времени между генерацией управляющего сигнала и полной его отработкой.
  • Конструктивное исполнение. Выбирают по классу влаго- и пылезащищенности на основании условий использования.
  • По электрическим характеристикам выбирают, основываясь на свойствах электрической сети.
  • Дополнительные функции, нужные при намерении применять сервоприводы в специфических областях.

Сервоприводы помогают создать возможность управления по алгоритмам любого уровня сложности с высокой точностью перемещения. В промышленности применение этих устройств в технологическом оборудовании даёт высокий экономических эффект. Они расширяют возможности станков, манипуляторов, увеличивая их точность. Сервоприводы позволяют существенно увеличить уровень автоматизации производства.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *