Принцип роботи сервоприводів

Принцип роботи

вентильні електродвигуни

Вентильні двигуни - це синхронні безколекторні (безщіточні) машини. На роторі знаходяться постійні магніти з рідкоземельних металів, на статорі - якірна обмотка. Комутація обмоток статора здійснюється напівпровідниковими силовими ключами (транзисторами) так, щоб вектор магнітного поля статора був завжди перпендикулярний вектору магнітного поля ротора - для цього використовується датчик положення ротора (датчик Холла або енкодер). Фазний ток регулюється за допомогою ШІМ-модуляції і може мати трапецеидальную або синусоїдальну форму.

лінійні серводвігателі

Плоский ротор лінійного двигуна зроблений з рідкоземельних постійних магнітів. За принципом дії він схожий на вентильний двигун.

крокові електродвигуни

На відміну від синхронних машин безперервного обертання крокові двигуни мають на статорі явно виражені полюса, на яких розташовані котушки обмоток управління - їх комутація виконується зовнішнім приводом.

Розглянемо принцип роботи реактивного крокової двигуна, у якого на полюсах статора розташовані зубці, а ротор виконаний з магнітомягкого стали і теж має зубці. Зубці на статорі розташовані так, що на одному кроці магнітне опір менше по поздовжній осі двигуна, а на іншому - по поперечної. Якщо дискретно порушувати в певній послідовності обмотки статора постійним струмом, то ротор при кожній комутації буде повертатися на один крок, рівний кроку зубців на роторі.

сервопривод

Деякі моделі перетворювачів частоти можуть працювати як зі стандартними асинхронними двигунами, так і з серводвигунами. Тобто основна відмінність сервоприводів не в силовій частині, а в алгоритмі управління і швидкості обчислень. Оскільки в програмі використовується інформація про стан ротора, то у сервоприводу є інтерфейс для підключення енкодера, встановленого на валу двигуна.

Сервоконтроллер

У сервосистемах використовується принцип підлеглого управління. контур струму підпорядкований контуру швидкості, який в свою чергу підпорядкований контуру положення (див. теорію автоматичного управління). Спочатку налаштовується самий внутрішній контур - контур струму, потім - контур швидкості і найостаннішим налаштовується контур положення.

Контур струму завжди реалізований в СЕРВОПРИВОДИ.

Контур швидкості (як і датчик швидкості) також завжди присутня в сервосистемах, він може бути реалізований як на базі вбудованого в привід сервоконтроллера, так і зовнішнього.

Контур положення використовується для точного позиціонування (наприклад, осей подач в верстатах з ЧПУ). Якщо в кінематичних зв'язках між виконавчим органом (координатним столом) і валом двигуна немає люфтів, то координата побічно перераховується за значенням кругового датчика. Якщо люфти є, то на виконавчий орган встановлюється додатковий датчик положення (який підключається до сервоконтроллеру) для прямого виміру координати. Ті є, в залежності від конфігурації контурів швидкості і положення підбирається відповідний сервоконтроллер і сервопривід (не в будь-якому сервоконтроллере можна реалізувати контур положення!).

Як вибрати сервопривід

Основні функції сервосистем

• Позиціонування (Positioning)
• Інтерполяція (Interpolation)
• Синхронізація, електронний редуктор (Gear)
• Точна підтримка швидкості обертання (шпиндель верстата)
• Електронний кулачок (Cam)
• Програмований логічний контролер.

компоненти сервосистеми

У загальному випадку сервосистема (Motion Control System) може складатися з наступних пристроїв:

• Серводвигун (Servo Motor) з круговим датчиком зворотного зв'язку по швидкості (він же може виконувати функцію датчика положення ротора)
• Серворедуктор (Servo Gear)
• Датчик положення виконавчого механізму (наприклад, лінійний датчик координати осі подач)
• Сервопривод (Servo Drive)
• Сервоконтроллер (Motion Controller)
• Операторський інтерфейс (HMI).

Варіанти апаратно-програмної реалізації сервосистеми

• Сервосистема на базі ПЛК (PLC-based Motion Control)
  • Функціональний модуль управління переміщенням додається в кошик розширення ПЛК
  • автономний сервоконтроллер
• Сервосистема на базі ПК (PC-based Motion Control)
  • Спеціальний софт Motion Control для планшетного ПК з призначеним для користувача інтерфейсом (HMI)
  • Programmable Automation controller (PAC) з функцією управління переміщенням
• Сервосистема на базі приводу (Drive-based Motion Control)
  • Перетворювач частоти з вбудованим сервоконтроллером
  • Опціональне програмне забезпечення, яке завантажується в привід і доповнює його функціями управління рухом
  • Опціональні плати з функціями управління рухом, які вбудовуються в привід.

типи серводвигунів

Компактні безщіточні серводвігателі з порушенням від постійних магнітів (вентильні), що забезпечують високу динаміку і точність.

Приводи головного руху і шпинделів інструментальних верстатів.

Прямий привід не містить проміжних передавальних механізмів (кулько-гвинтових пар, ременів, редукторів):

• Лінійні двигуни (Linear Motors) можуть поставлятися разом з профільними рейковими напрямними
• Моментні двигуни (Torque Motors) - синхронні багатополюсні машини з збудженням від постійних магнітів, з рідинним охолодженням, ротор з порожнистим валом. Забезпечують високу точність і потужність на низьких оборотах.

переваги серводвигунів

• Висока швидкодія, динаміка і точність позиціонування
• високомоментні
• малоінерційні
• Велика перевантажувальна здатність по моменту
• Широкий діапазон регулювання
• Безщіточні.

Переваги лінійних приводів

Відсутність кінематичних ланцюгів для перетворення обертального руху в лінійне:

• менше інерційність
• немає зазорів
• Менше температурні і пружні деформації
• Зменшення інтенсивності зношування і зниження точності при експлуатації
• Менше втрати на тертя - вище ККД.

Мікронна точність потрібна в металообробних верстатах з ЧПУ, а в штабелер досить і сантиметри. Від точності залежить вибір серводвігателя і сервоприводу.

• точність позиціонування
• Точність підтримки швидкості
• Точність підтримки моменту.