Servo Motorları

Servo motoru nedir

 

Servo motoru, bir servo sistemindeki mekanik bileşenlerin çalışmasını kontrol eden bir motordur. Dolaylı hız değişimine sahip bir tür yardımcı motordur.

 

Bir servo motor, hızı son derece hassas konumlandırma doğruluğu ile kontrol edebilir, voltaj sinyallerini kontrollü nesneyi yönlendirmek için tork ve hıza dönüştürebilir. Bir servo motorun rotor hızı bir giriş sinyali tarafından kontrol edilir ve hızlı bir şekilde yanıt verir. Otomatik kontrol sistemlerinde bir aktüatör olarak kullanılır ve küçük bir elektromekanik zaman sabiti ve yüksek doğrusallığa sahiptir. Alınan elektrik sinyalini, motor şaftındaki açısal bir yer değiştirmeye veya açısal hız çıkışına dönüştürür. Servo motorları iki kategoriye ayrılır: DC ve AC. Ana özellikleri, sinyal voltajı sıfır olduğunda kendi kendine - rotasyon sergilememeleri ve tork arttıkça hızları eşit olarak azalmasıdır.

 

Servo motorunun çalışma prensibi

 

Servo sistemi, bir çıkış değişkeninin (örneğin konum, yönlendirme veya durum) bir giriş hedefindeki (veya ayar noktasında) keyfi değişiklikleri izlemesini sağlayan otomatik bir kontrol sistemidir. Bir servo öncelikle konumlandırma için darbelere dayanır. Temel olarak, bir servo motor bir darbe aldığında, o darbe karşılık gelen açı ile döner, böylece yer değiştirme sağlar. Servo motorunun kendisi darbeler yaydığı için, döndüğü her açı için karşılık gelen sayıda darbe gönderir ve aldığı darbelerle kapalı bir döngü oluşturur. Bu, sistemin servo motora kaç darbe gönderdiğini ve kaç darbeyi geri aldığını bilmesini sağlar. Bu, 0.001 mm'ye kadar düşük konumlandırma doğruluğuna ulaşarak motorun dönüşünün hassas kontrolünü sağlar. DC Servo motorları fırçalanmış ve fırçasız olarak sınıflandırılır. Fırçalanmış motorlar düşük maliyet, basit bir yapı, yüksek başlangıç ​​torku, geniş bir hız aralığı ve kontrol kolaylığı sunar. Bakım gerektirirken, uygunsuzdurlar (karbon fırçası değişimi nedeniyle), elektromanyetik parazit üretir ve çevresel gereksinimlere sahiptirler. Bu nedenle, - hassas genel endüstriyel ve tüketici uygulamaları maliyeti için uygundur.

Fırçasız motorlar kompakt ve hafiftir, yüksek çıkış, hızlı tepki, yüksek hız, düşük atalet, pürüzsüz rotasyon ve kararlı tork sunar. Karmaşık kontrolün akıllı teknoloji ile uygulanması kolay olsa da, elektronik komisyonları esnektir, hem kare - dalgası hem de sinüs - dalga komisyonunu destekler. Onlar bakım - ücretsiz, yüksek verimli, serin çalışır, minimal elektromanyetik radyasyon yayar ve uzun bir ömrü vardır, bu da onları çeşitli ortamlarda kullanıma uygun hale getirir.

 

AC servo motorlar da fırçasız motorlardır ve senkron ve asenkron motorlar olarak kategorize edilir. Senkron motorlar genellikle hareket kontrolünde kullanılır. Geniş bir güç aralığına sahiptirler ve çok yüksek güç elde edebilirler. Yüksek ataletleri, güç arttıkça hızla azalan düşük bir maksimum hıza neden olur, bu da onları düşük - hız, kararlı çalışma gerektiren uygulamalar için uygun hale getirir.

 

Bir servo motorun içindeki rotor kalıcı bir mıknatıstır. Sürücü tarafından kontrol edilen üç - faz u/n/n akımı, bir elektromanyetik alan oluşturur ve rotorun dönmesine neden olur. Eşzamanlı olarak, motorun kodlayıcıdaki ürettiği -, sürücüye geri bildirim sağlar, bu da geri bildirimi hedef değerle karşılaştırır ve rotorun dönme açısını ayarlar. Servo motorunun doğruluğu, kodlayıcının doğruluğu (hat sayısı) ile belirlenir.

 

AC servo motorlar ve fırçasız DC servo motorları arasındaki fonksiyonel fark, AC servolarının daha üstün olmasıdır, çünkü sinüzoidal dalga kontrolü kullanırlar, bu da düşük tork dalgalanmasına neden olurlar. DC servoları trapezoidal dalga kontrolü kullanır.

 

Servo Motor Seçimi Karşılaştırması

 

AC Servo Motoru

Bir AC servo motorunun stator yapısı esasen - bölünmüş tek - faz asenkron motor kapasitörüne benzer. Stator, 90 derece ayrı konumlandırılmış iki sargı ile donatılmıştır: her zaman AC voltajı UF'ye bağlı olan uyarma sarma RF; Kontrol sinyali voltajı UC'ye bağlı olan kontrol sargısı L. Bu nedenle, AC servo motorlarına iki - faz servo motorları da denir.

 

Bir AC servo motorunun rotoru tipik olarak bir sincap - kafes tipidir. Bununla birlikte, geniş bir hız düzenleme aralığı, doğrusal mekanik özellikler, "kendi kendine - rotasyon" fenomeni ve hızlı tepki sağlamak için, servo motorun sıradan motorlara kıyasla yüksek rotor direncine ve düşük bir atalet momentine sahip olması gerekir. Yaygın olarak kullanılan iki rotor yapısı şunlardır: yüksek - direnç çubuklarına sahip bir sincap - kafes rotoru, - direnç iletken malzemeden oluşan direnç çubukları. Rotorun atalet momentini azaltmak için rotor ince. Diğeri, çok ince bir duvara sahip alüminyum alaşımdan yapılmış içi boş bir bardak rotor, sadece 0.2-0.3 mm. Manyetik devrenin manyetik direncini azaltmak için, içi boş fincan rotorunun içine sabit bir iç stator yerleştirilir. İçi boş fincan rotorları düşük moment atalet, hızlı tepki ve sorunsuz çalışma sunar, bu da onları geniş bir şekilde benimser.

 

Kontrol voltajı uygulanmadığında, bir AC servo motorunun statörü sadece uyarma sargısı tarafından üretilen titreşimli manyetik alana tabidir ve rotor sabit kalır. Bir kontrol voltajı uygulandığında, stator içinde dönen bir manyetik alan üretilir, bu da rotorun dönen manyetik alan yönünde dönmesine neden olur. Sabit yük koşulları altında, motorun hızı kontrol voltajının büyüklüğüne göre değişir. Kontrol voltajı faz dışı olduğunda, servo motoru tersine çevirir.

 

Kalıcı Mıknatıs AC Servo Motoru

 

1980'lerden bu yana, entegre devrelerin, güç elektronik teknolojisinin ve AC değişken hızlı sürüş teknolojisinin geliştirilmesiyle, kalıcı mıknatıs AC Servo Drive teknolojisi olağanüstü ilerleme kaydetmiştir. Çeşitli ülkelerdeki ünlü elektrik üreticileri art arda kendi AC Servo Motor ve Servo Drive Serisi ürünlerini başlattı ve sürekli olarak geliştirdi ve güncelledi. AC servo sistemi, çağdaş yüksek - performans servo sisteminin ana geliştirme yönü haline gelerek, orijinal DC servo yüzünü ortadan kaldırma kriziyle karşı karşıya bırakmıştır. 1990'lardan sonra, dünyanın çeşitli ülkelerinde ticarileştirilen AC Servo sistemi, tamamen dijital olarak kontrol edilen bir sinüs dalga motoru servo sürücüsü kullanmaktadır. Şanzıman alanında AC servo tahrik cihazlarının geliştirilmesi her geçen gün değişiyor.

 

DC Servo Motors ile karşılaştırıldığında, kalıcı mıknatıs AC servo motorlarının ana avantajları:

(1) Fırça ve komütatör yok, bu nedenle güvenilir bir şekilde çalışır ve düşük bakım ve servis gereksinimlerine sahiptir.

(2) Stator Sargı Isı dağılımı nispeten uygundur

(3) Küçük atalet, sistemin hızını iyileştirmesi kolay

(4) Yüksek - hızına ve yüksek - tork çalışma koşullarına uyum sağlayın

(5) Aynı güçte daha küçük hacim ve ağırlık

 

Servomotorlar ve tek - faz asenkron motorlar arasında karşılaştırma

 

AC servomotorlarının çalışma prensibi, - faz tek - faz asenkron motorların bölünmesine benzer olsa da, servomotorların rotor direnci çok daha fazladır. Bu nedenle, Servomotorların tek - faz asenkron motorlara göre üç farklı avantajı vardır:

 

1. Yüksek başlangıç ​​torku

Bu yüksek rotor direnci, sıradan asenkron motorların tork karakteristik eğrisinden önemli ölçüde farklıdır. Bu, kritik kaymanın S0'ın 1'den büyük olmasını sağlar, bu da tork özelliğini (mekanik özellikler) daha doğrusal hale getirir ve daha yüksek bir başlangıç ​​torku sağlar. Bu nedenle, stator kontrol voltajı uygulanır uygulanır, rotor hemen döner, hızlı başlangıç ​​ve yüksek hassasiyete neden olur.

2. Geniş çalışma aralığı

3.. Kendinden yok - rotasyon

 

Normal bir çalışma servisi, kontrol voltajı kaybı üzerine hemen duracaktır. Bir servo motor kontrol voltajını kaybettiğinde, tek bir - faz durumunda çalışır. Yüksek rotor direnci nedeniyle, stator ve rotordaki iki karşıt dönen manyetik alan arasındaki etkileşim iki tork özelliği (T1 - S1 ve T2-S2 eğrileri) ve birleşik bir tork karakteristiği (TS eğrisi) üretir.

 

Bir AC servo motorunun çıkış gücü genellikle 0.1 ila 100W arasında değişir. Güç kaynağı frekansı 50Hz olduğunda, voltajlar 36V, 110V, 220V ve 380V; Güç kaynağı frekansı 400Hz olduğunda, voltajlar 20V, 26V, 36V ve 115V'dir.

 

AC servo motorlar sorunsuz ve sessizce çalışır. Bununla birlikte, kontrol özellikleri doğrusal değildir ve yüksek rotor direnci nedeniyle kayıplar yüksektir ve verimlilik düşüktür. Bu nedenle, aynı kapasiteye sahip DC servo motorları ile karşılaştırıldığında, daha büyük ve daha ağırdır, bu da onları sadece 0.5-100W aralığındaki düşük - güç kontrol sistemleri için uygun hale getirir.

 

Servo motor hata ayıklama yöntemi

 

1. Parametreleri başlatma

Kablolamadan önce parametreleri başlatın.
Kontrol kartında: Kontrol modunu seçin; PID parametrelerini sıfıra temizleyin ve kontrol kartı açıldığında varsayılan olarak etkinleştiri devre dışı bırakın; Tekrar açıldığında kontrol kartının bu durumda olduğundan emin olmak için bu durumu kaydedin.
Servo motorunda: Kontrol modunu ayarlayın: harici olarak etkinleştirin; Enkoder sinyal çıkışı için dişli oranını ayarlayın; ve kontrol sinyali ile motor hızı arasındaki oranı ayarlayın. Genel olarak konuşursak, servo maksimum tasarım hızının 9V kontrol voltajına ayarlanması önerilir. Örneğin, dizilerimizden birinin 1V voltaj için 500 hız ayarı vardır. Motoru yalnızca 1000 rpm'nin altındaki hızlarda çalıştırmayı planlıyorsanız, bu parametreyi 111 olarak ayarlayın.

 

2. Kablolama
Kontrol kartını ayırın ve sinyal kablolarını kontrol kartı ile servo arasında bağlayın. Aşağıdaki kablolar gereklidir: Kontrol kartından analog çıkış kablosu, etkinleştirme sinyal kablosu ve servo çıkışından kodlayıcı sinyal kablosu. Kabloları doğruladıktan sonra motor ve kontrol kartı (ve PC) üzerindeki güç. Motor hareket etmemeli ve kuvvetle kolayca dönmelidir. Değilse, Sinyal Ayarlarını ve Kablolarını Etkinleştir'i kontrol edin. Kontrol kartının motor konumundaki değişiklikleri doğru bir şekilde tespit edebileceğini doğrulamak için motoru döndürün. Değilse, kodlayıcı sinyal kablolarını ve ayarlarını kontrol edin.

 

3. Test yönü
Kapalı bir - döngü kontrol sistemi için yanlış geri bildirim sinyali yönü felaket olabilir. Kontrol kartı üzerinden Servo Etkinleştir Sinyalini etkinleştirin. Servo şimdi "sıfır sürüklenme" olarak bilinen daha yavaş bir hızda dönmelidir. Kontrol kartı genellikle sıfır sürüklenmeyi bastırmak için bir komut veya parametre içerir. Motorun hızının ve yönünün kontrol edilip edilemeyeceğini test etmek için bu komutu veya parametreyi kullanın. Değilse, analog kablolama ve kontrol yöntemi parametre ayarlarını kontrol edin. Pozitif değerlerin ileri motor dönüşünü ve kodlayıcı sayılarını arttırdığından emin olurken, negatif değerler ters motor dönüşünü ve kodlayıcı sayımlarını azaltır. Motor yüklüyse ve sınırlı seyahat varsa bu yöntemi kullanmayın. Test sırasında aşırı voltajdan kaçının; 1V'nin altında tutmanız önerilir. Yön tutarsızsa, hizalamak için kontrol kartındaki veya motordaki parametreleri ayarlayın.

 

4. Sıfır sürüklenme baskısı
Kapalı - döngü kontrolü sırasında, sıfır sürüklenme kontrol etkinliğini etkileyebilir, bu nedenle onu bastırmak en iyisidir. Motor hızını dikkatlice sıfıra ayarlamak için kontrol kartındaki veya sunucudaki sıfır sürüklenme baskılama parametrelerini kullanın. Sıfır Drift'in kendisinin rastgele olduğu için, motor hızının kesinlikle sıfır olmasını gerektirmez.

 

5. Kapalı - döngü kontrolü kurun
RE - Servo Etkinleştir Sinyalini Kontrol Kartı aracılığıyla etkinleştirin. Kontrol kartına küçük bir orantılı kazanç girin. Ne kadar büyük olarak küçük kabul edildiğine gelince, sadece bağırsak hissinizi kullanabilirsiniz. Gerçekten emin değilseniz, kontrol kartının izin verdiği minimum değeri girin. Hem kontrol kartı hem de servo için etkinleştirme sinyallerini açın. Bu noktada, motor hareket komutlarını kabaca takip edebilmelidir.

 

6. Kapalı - döngü parametrelerini ayarlayın
Kontrol parametrelerinin kontrol kartının talimatlarına göre hareket etmesini sağlamak için kontrol parametrelerinin ince ayarlanması esastır ve işlemin bu kısmı büyük ölçüde deneyime dayanır.

 

Servo motorlarının ve step motorların performans karşılaştırması

 

Açık bir - döngü kontrol sistemi olarak, step motorlar özünde modern dijital kontrol teknolojisine bağlıdır. Step Motorlar, yurtiçi dijital kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Tamamen dijital AC servo sistemlerinin ortaya çıkmasıyla, AC servo motorlar da dijital kontrol sistemlerinde giderek daha fazla kullanılmaktadır. Dijital kontrolün geliştirme eğilimine uyum sağlamak için, hareket kontrol sistemleri çoğunlukla aktüatör motorları olarak step motorlar veya tamamen dijital AC servo motorları kullanır. Kontrol yöntemleri benzer olsa da (nabız treni ve yön sinyalleri), performans ve uygulama senaryolarında önemli ölçüde farklılık gösterirler. Bu makale performanslarını karşılaştırıyor.

 

1. Farklı kontrol doğruluğu
İki - faz hibrid step motorlarının adım açıları genellikle 1.8 derece ve 0.9 derece, beş - faz hibrid step motorlarının genellikle 0.72 derece ve 0.36 derecesidir. Bazı yüksek - performans step motorları, alt bölüm yoluyla daha küçük adım açıları elde edebilir.

AC servo motorların kontrol doğruluğu, motor milinin arka ucundaki bir döner kodlayıcı tarafından sağlanır. Dijital AC servo motorlarımızı örnek olarak alarak, standart 2000 satır kodlayıcısına sahip bir motor için, sürücünün dahili dörtlü frekans teknolojisi 360 derece /8000=0.045 dereceden bir nabız eşdeğeri verir. 17 bit kodlayıcıya sahip bir motor için sürücü, motor devrimi başına 131.072 darbe alır, bu da bir adım açısından 1/655 olan 360 derece /131, 072=0.0027466 dereceli bir nabız eşdeğeri ile sonuçlanır.

 

2. Farklı Düşük - Frekans Özellikleri
Step motorlar düşük hızlarda düşük - frekans titreşimine eğilimlidir. Titreşim frekansı yüke ve sürücü performansına bağlıdır ve genellikle motorun yarısı - yük başlangıç ​​frekansının yarısı olarak kabul edilir. Step motorların çalışma prensibi ile belirlenen bu düşük- frekans titreşimi, makinenin normal çalışması için zararlıdır. Step motorlar düşük hızlarda çalıştığında, sönümleme teknikleri genellikle motora bir damper eklemek veya sürücüye alt bölüm teknolojisini uygulamak gibi düşük - frekans titreşiminin üstesinden gelmek için kullanılır.

AC servo motorlar, düşük hızlarda bile titreşim olmadan çok sorunsuz çalışır. AC servo sistemleri, mekanik sertlik eksikliklerini ele almak için rezonans baskılama yeteneklerine sahiptir. Ayrıca, sistemin - çözünürlük fonksiyonu (FFT) frekansında sistemin oluşturduğu -, sistem ayarlamalarını kolaylaştırarak mekanik rezonans noktalarını tespit edebilir.

 

3. Farklı tork - frekans özellikleri
Bir step motorunun çıkış torku, hız arttıkça azalır ve daha yüksek hızlarda keskin bir şekilde düşer. Bu nedenle, maksimum çalışma hızı genellikle 300 ila 600 rpm arasındadır. AC servo motorlar sabit tork çıkışı sunar, yani nominal torku nominal hızlarına kadar (tipik olarak 2000 veya 3000 rpm) verebilirler. Nominal hızın üstünde, sabit güç sağlarlar.

 

4. Farklı aşırı yük kapasiteleri.

Step motorlar genellikle aşırı yük kapasitesinden yoksundur. Ancak AC servo motorlar güçlü bir aşırı yük kapasitesine sahiptir. Örneğin, Sanyo AC servo sistemleri hem hız hem de tork aşırı yükleme özellikleri sunar. Maksimum torkları, başlangıçta atalet yüklerinin ataletinin üstesinden gelmek için kullanılabilen nominal torkun iki ila üç katıdır. Step motorlar bu aşırı yük kapasitesinden yoksun olduğundan, model seçimi sırasında bu atalet anının üstesinden gelmek için genellikle daha yüksek tork gereklidir. Bununla birlikte, normal makine çalışması sırasında bu yüksek tork gerekli değildir, bu da boşa giden torkla sonuçlanır.

 

5. Farklı işletim performansı
Step motorlar açık - döngü kontrollüdür. Yüksek başlangıç ​​frekansları veya aşırı yükler kolayca kayıp adımlara veya durmaya yol açabilir. Durma sırasında yüksek hızlar da aşmaya neden olabilir. Bu nedenle, kontrol doğruluğunu sağlamak için uygun ivme ve yavaşlama ele alınmalıdır. AC servo sürücü sistemleri kapalı - döngü kontrolünü kullanır. Sürücü, motor kodlayıcı geri besleme sinyalini doğrudan örnekler, dahili olarak bir konum döngüsü ve bir hız döngüsü oluşturur. Bu genellikle step motorlarla ilişkili kayıp adımları veya aşmayı önler ve bu da daha güvenilir kontrol performansına neden olur.

 

6. Farklı Hız Yanıtı Performansı
Bir step motor, durma noktasından çalışma hızına (genellikle dakikada birkaç yüz devir) hızlanmak için 200 ila 400 milisaniye sürer. AC servo sistemleri üstün hızlanma performansı sunar. Örneğin, AC servo motorlarımız, durma noktasından 3000 rpm'lik nominal hızlarına sadece birkaç milisaniyede hızlanır ve bu da onları hızlı başlangıç ​​ve durdurma süreleri gerektiren kontrol uygulamaları için uygun hale getirir.

Özetle, AC Servo sistemleri step motorlarından birçok performans açısından daha iyi performans gösterir. Bununla birlikte, step motorlar genellikle daha az talepkar uygulamalarda aktüatör motorları olarak kullanılır. Bu nedenle, bir kontrol sistemi tasarlarken, uygun kontrol motorunu seçmek için kontrol gereksinimleri ve maliyet dahil olmak üzere birçok faktörü kapsamlı bir şekilde ele almak önemlidir.

 

Servo Motor Seçimi Hesaplaması

 

1. Hız ve kodlayıcı çözünürlüğünü onaylayın.
2. Motor şaftındaki yük torkunu dönüştürün ve hızlanma ve yavaşlama torkunu hesaplayın.
3. Yük ataleti hesaplayın ve ataleti eşleştirin. Örneğin, serimizde, bazı ürünler ataleti 50 kata kadar eşleştirebilir, ancak ne kadar düşük olursa, doğruluk ve yanıt hızı için o kadar iyi olur.
4. Rejeneratif direnci hesaplayın ve seçin. 2 kW'ın üzerindeki servolar için genellikle harici bir direnç gerekir.
5. Kablo Seçimi: Kodlayıcı kablosu bükülmeli ve korumalı olmalıdır. Ürünlerimiz için, mutlak kodlayıcının 6 çekirdeği vardır ve artımlı kodlayıcının 4 çekirdeği vardır.

 

Fren modu

 

Kullanıcılar genellikle elektromanyetik frenleme, rejeneratif fren ve dinamik frenleme işlevlerini karıştırır ve yanlış aksesuarları seçer.

Dinamik fren, bir arıza, acil durdurma veya elektrik kesintisi durumunda, servo motorunun enerji tüketimi frenleme yoluyla mekanik besleme mesafesini kısaltan dinamik bir fren dirençinden oluşur.

Rejeneratif frenleme, inverter devresi boyunca DC veri yoluna geri beslenen ve - kapasitör devresi tarafından emilen Servo motoru tarafından üretilen veya durduğunda üretilen enerjiyi ifade eder.

 

Elektromanyetik fren, motor milini mekanik bir cihazdan kilitler.

 

Üçü arasındaki farklar:

(1) Servo normal çalışırken rejeneratif frenleme etkili olmalıdır. Bir arıza, acil durdurma veya elektrik kesintisi durumunda motoru frenleyemez. Dinamik frenler ve elektromanyetik frenler çalışırken güç gerektirmez.

(2) Rejeneratif fren sistem tarafından otomatik olarak gerçekleştirilirken, dinamik frenler ve elektromanyetik frenler harici röle kontrolü gerektirir.

(3) Elektromanyetik fren genellikle SVOFF'tan sonra aktive edilir, aksi takdirde amplifikatör aşırı yüklenmesine neden olabilir. Dinamik frenler genellikle SV, kapalı veya ana devre güçlendirildikten sonra etkinleştirilir, aksi takdirde dinamik fren dirençinin aşırı ısınmasına neden olabilir.