серводвигатель

Серводвигатель

Современное высокотехнологичное оборудование предполагает использование  элементов конструкции, позволяющих  совершать постоянные динамические движения с постоянным контролем угла поворота вала, а также предоставлять возможность управления скоростями в электромеханических приборах. Решить весь комплекс подобного рода задач можно с помощью  серводвигателей. Они представляют собой электротехническую систему привода, позволяющую эффективно осуществлять управление  скоростями в требуемом диапазоне. Применение такого рода устройств дает возможность реализовать периодическую повторяемость процессов с высокой частотой. Серводвигатели являются  инновационным вариантом электропривода, поэтому  они получили широкое распространение в машиностроении и других отраслях промышленности. Подобные устройства сочетают в себе высокую  эффективность в работе и низкий уровень шума.

Устройство серводвигателей

Конструкция серводвигателя предполагает наличие  следующих элементов:

  1. Ротора;
  2. Статора;
  3. Комплектующих, предназначенных для коммутации (штекера или клеммные коробки);
  4. Датчика обратных связей (энкодера);
  5. Узла управления, контроля и коррекции;
  6. Система включения и выключения;
  7. Корпуса (в двигателях корпусного типа)

Устройство шагового двигателя

Главное конструктивное различие рассматриваемых  устройств от обычных двигателей постоянного и переменного тока, комплектующихся щетками или без таковых, является возможность   управления им путем изменения скорости вращения ротора, момента и положения.

Основным  отличиемдвигателей «серво»  от изделий шагового типа является наличие обратной связи.

Включаться и выключаться двигатель может с помощью системы механического (резисторы, потенциометры и т.д.)  или электронного (микропроцессор) типа. В ее основе лежит принцип сравнения данных датчика обратной связи и  заданного значения с подаваемым через реле на устройство напряжением. В более высокотехнологичных схемах также учитывается инерция ротора, вследствие чего обеспечивается его плавность разгона и торможения.

Концептуально все серводвигатели можно отнести к исполнительным системам высокой мощности для систем, станков и устройств точного позиционирования. Основной задачей серводвигателя является выставления исполнительного механизма точно в нужную точку пространства.

Принцип работы

программа управления серводвигателями Mach3

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.

Разновидности серводвигателей

Как и другие устройства, серводвигатели представлены  в нескольких исполнениях. Такого рода изделия бывают:

  1. Коллекторными;
  2. Безколлекторными.

Устройства могут запитываться и постоянным, и переменным током. Сервомоторы переменного напряжения являются сравнительно  дешевыми. Изделия также представлены на рынке в асинхронном и  синхронном исполнении. В синхронном варианте  в процессе работы изделия перемещение  магнитного  поля совпадает  с вращением ротора, поэтому  их направление относительно  статора совпадает. Управление асинхронными устройствами  производится за счет  перемены параметров питающего тока (изменение  его  частоты с помощью инвертора). Для серводвигателей, которые  имеют привод с помощью  постоянного тока, предусмотрена  маркировка аббревиатурой DC. Такого типа изделия  в большинстве случаев применяются в оборудовании, предназначенном для беспрерывной работы, поскольку их отличает большая стабильность при эксплуатации.

Технические характеристики серводвигателей

Эксплуатационные характеристики синхронных и асинхронных двигателей несколько отличаются.

Синхронные сервомоторы Асинхронные сервомоторы
 Обладают высокой рабочей динамикой (скорость перехода из статического в динамическое состояние). Имеют среднюю и высокую динамику в работе.
В период больших моментов инерционных нагрузок умеренно хорошо регулируются. При пиковых  моментах  нагрузок инерционного типа   хорошо настраиваются.
Способны  выдерживать  высокие перегрузки (до 6 Мн в зависимости от  типа агрегата). Способность к перегрузкам   приближается к трехкратной величине.
Имеют  высокую границу допустимых тепловых нагрузок при работе на протяжении длительного времени во всем диапазоне частоты вращения вала. Двигатели способны выдерживать  высокие тепловые нагрузки, уровень которых зависит от скорости вращения вала.
Охлаждение  изделия происходит по конвекционной технологии, а также с использованием специально предусмотренных теплоотводов или же путем теплового излучения. Охлаждение частей механизма осуществляется с помощью крыльчатки, размещенной на валу, или принудительным способом.
Высококачественное регулирование частоты вращения вала. Частота вращения вала  регулируется с высоким уровнем  качества.
Возможна длительная эксплуатация  с  пусковым моментом на невысоких оборотах. Высокие тепловые нагрузки  делают невозможной  длительную эксплуатацию на низких оборотах без обеспечения принудительного охлаждения.
Преобразователь (в зависимости от характеристик) позволяет осуществлять регулирование частоты вращения в диапазоне о 1 до 5000 и даже более. Частота вращения регулируется  преобразователем с большой эффективностью в диапазоне от 1 до 5000 и больше.
На низких частотах вращения наблюдаются пульсации вращающего момента. В процессе работы пульсации вращающего момента практически отсутствуют.

Сферы использования серводвигателей

Благодаря высокой динамике, отличной точности позиционирования и устойчивости к перегрузкам серводвигателей  их используют  в различных сферах деятельности. В своем большинстве  такого рода изделия применяются в металлургической промышленности, при изготовлении намоточных устройств, экструдеров, механизмов, предназначенных для  литья под давлением  изделий из пластических масс, оборудования для печати и упаковки, в пищевой промышленности и в процессе производства напитков. Также устройства являются неотъемлемой частью станков с ЧПУ,  прессовального и штамповочного оборудования, линий по производству автомобилей и т.д. Основным направлением применения серводвигателей являются приводы подачи и позиционные станочные  системы с цифровым программным управлением.

Подключение сервоприводов

подключение серводвигателя

При подключении сервомотора в первую очередь следует убедиться  в правильности коммутации питающих кабелей. Сервомоторы имеют две группы проводов. Силовые (питающие) и провода от энкодера. Питающих провода в пучке 3 штуки, они подключаются к драйверу. Провода от энкодера подключаются к COM — порту драйвера. Тип питания и его величина зависит от разновидности изделия.

Маленькие сервомашинки имеют в большинстве 3 провода. 1 провод общий, 1 провод плюсовой и 3 провод сигнальный, от датчика оборотов. Такая питающая схема распространенна для низкооборотистых маломощных сервомашинок, в конструкции которых есть редуктор.

Рекомендуется применять  экранированные витые проводники для передачи управляющих сигналов. Для исключения возможности возникновения наводок электромагнитных полей  не нужно размещать рядом кабеля питания и провода управления. Они должны располагаться на расстоянии не менее тридцати сантиметров.

Преимущества и недостатки серводвигателей

Серводвигатели обладают бесшумностью и плавностью работы. Это надежные и безотказные  изделия, благодаря чему их широко используют при создании  ответственных исполнительных устройств. Высокая скорость и точность перемещения  могут обеспечиваются также и на невысоких скоростях. Такой двигатель может быть подобран пользователем в зависимости от предстоящих разрешаемых задач. К недостаткам следует отнести высокую стоимость модуля, а также сложность его настройки. Производство серводвигателей требует наличия высокотехнологичного промышленного оборудования.

Таким образом, потребители могут приобрести  серводвигатели, которые наиболее всего соответствуют условиям предстоящей эксплуатации, создав  исполнительное устройство, отличающееся высокой надежностью и функциональностью.