Die Wahl des richtigen Servomotors für Ihr Projekt kann angesichts der vielen verfügbaren Optionen eine entmutigende Aufgabe sein. Dieser Artikel vereinfacht den Prozess, indem er die wichtigsten Überlegungen aufschlüsselt: Anwendungsszenario, Stromversorgung, Bremsanforderungen, Auswahlberechnungen und Markenoptionen. Am Ende werden Sie wissen, wie Sie die Spezifikationen eines Servomotors auf Ihre Bedürfnisse abstimmen können, um eine präzise Steuerung und optimale Leistung zu gewährleisten. Tauchen Sie ein und finden Sie den perfekten Motor für Ihr Automatisierungsprojekt!
Die Automatisierung, das aktuelle Trendthema, spielt eine wichtige Rolle und wird häufig für präzise Geschwindigkeits- oder Positionssteuerungen in Projekten eingesetzt.
Konstrukteure von automatisierten Anlagen sehen sich oft mit einer Vielzahl von Problemen bei der Motorauswahl konfrontiert, und die von den Anbietern angebotenen Motoren sind vielfältig und weisen unzählige Parameter auf, die für Anfänger oft überwältigend sind.
In diesem Artikel werden einige Erfahrungen aus der praktischen Arbeit weitergegeben, in der Hoffnung, den Bedürftigen eine gewisse Hilfestellung zu geben.
Ein Servomotor ist ein Motor, der die Bewegung mechanischer Komponenten in einem Servosystem steuert; es handelt sich im Wesentlichen um einen Hilfsmotor mit einem indirekten Mechanismus für variable Geschwindigkeiten.
Servomotoren werden nach ihrer Stromquelle eingeteilt: Gleichstrom-Servomotoren (DC) und Wechselstrom-Servomotoren (AC).
Der funktionale Unterschied zwischen den beiden besteht darin, dass AC-Servos aufgrund ihrer Sinuswellensteuerung, die zu einer geringeren Drehmomentwelligkeit führt, besser funktionieren. DC-Servos hingegen arbeiten mit Trapezwellen.
DC-Servos sind jedoch einfacher und kostengünstiger. Servomotoren können eine präzise Steuerung erreichen; sie drehen sich genau so, wie sie angewiesen werden, und sie bieten eine Rückmeldung, um die Genauigkeit durch einen so genannten geschlossenen Regelkreis sicherzustellen. Dies wird durch die Verwendung eines Encoders zur Überprüfung der Drehung erreicht, was die Steuerungsgenauigkeit erhöht.
Die Genauigkeit von Schrittmotoren wird anhand ihres Schrittwinkels gemessen. Zu den marktüblichen Schrittwinkeln gehören 0,36°/0,72° (für Fünfphasenmotoren), 0,9°/1,8° (für Zwei- und Vierphasenmotoren) und 1,5°/3° (für Dreiphasenmotoren). BERGER LAHR, ein deutsches Unternehmen, produziert dreiphasige Hybrid-Schrittmotoren mit wählbaren Schrittwinkeln über DIP-Schalter: 1,8°, 0,9°, 0,72°, 0,36°, 0,18°, 0,09°, 0,072° und 0,036°.
Betrachten wir einen Schrittmotor mit einem Schrittwinkel von 0,036°.
0.036 = 360/10000
Angenommen, am hinteren Ende dieses Schrittmotors ist ein Encoder angebracht, so impliziert die Formel, dass der Motor 10.000 Impulse pro Umdrehung abgibt, was eine Encoderauflösung von 10.000 bedeutet.
Die Genauigkeit eines Servomotors wird anhand der Auflösung des an seinem hinteren Ende angebrachten Encoders gemessen. Derzeit können die Auflösungen von Servo-Encodern bis zu 223und zeigt, dass die Präzision von Servomotoren die von Schrittmotoren weit übertrifft.
Ein normaler Motor schaltet sich ein und beginnt sich zu drehen und hält dann an, wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird. Wenn man ihm neben der Rotation noch eine weitere Funktion zuschreiben würde, dann wäre es die Fähigkeit zur Richtungsumkehr.
Steuermotoren im Bereich der Automatisierung lassen sich in Servomotoren, Schrittmotoren und Motoren mit variabler Frequenz unterteilen. Für Komponenten, die eine präzise Geschwindigkeits- oder Positionsregelung erfordern, werden Servomotoren gewählt.
Die Steuerungsmethode des Umrichters mit frequenzvariablem Motor ändert die Motordrehzahl durch Änderung der Frequenz der dem Motor zugeführten Stromquelle. Dies wird im Allgemeinen nur für die Drehzahlregelung von Motoren verwendet.
Vergleich von Servomotoren und Schrittmotoren:
a) Servomotoren verwenden einen geschlossenen Regelkreis, während Schrittmotoren einen offenen Regelkreis verwenden.
b) Servomotoren verwenden Drehgeber zur Messung der Genauigkeit, während Schrittmotoren mit Schrittwinkeln arbeiten. Auf der üblichen Produktebene kann die Genauigkeit der Servomotoren das Hundertfache der Genauigkeit der Schrittmotoren erreichen.
c) Die Steuerungsverfahren sind ähnlich (Impuls oder Richtungssignal).
Servomotoren können je nach Stromversorgung in AC-Servomotoren und DC-Servomotoren unterteilt werden.
Beide sind relativ einfach zu wählen. Für allgemeine Automatisierungsanlagen stellen die Kunden in der Regel eine Standard-Industriespannungsversorgung mit 380 V oder 220 V zur Verfügung. In diesem Fall wählt man einfach einen Servomotor für die entsprechende Spannungsversorgung aus, so dass keine Umstellung der Spannungsarten erforderlich ist.
Einige Geräte, wie z. B. Shuttlebretter in dreidimensionalen Lagern und FTS, verwenden jedoch aufgrund ihres mobilen Charakters meist eingebaute Gleichstromversorgungen und damit in der Regel Gleichstrom-Servomotoren.
Überlegen Sie auf der Grundlage der Konstruktion des Bewegungsmechanismus, ob es eine Umkehrungstendenz geben wird für
der Motor im ausgeschalteten Zustand oder im Stillstand. Bei Neigung zum Rückwärtsfahren sollte ein Servomotor mit Bremse gewählt werden.
Bevor Sie die Auswahl berechnen, müssen Sie zunächst die Anforderungen an die Position und die Geschwindigkeit des Endes des Mechanismus bestimmen und dann den Übertragungsmechanismus ermitteln.
An dieser Stelle können Sie das Servosystem und das entsprechende Getriebe auswählen.
Berücksichtigen Sie bei der Auswahl die folgenden Parameter:
Berechnen Sie die erforderliche Leistung und Drehzahl des Motors auf der Grundlage der Bauform sowie der Geschwindigkeits- und Beschleunigungsanforderungen der Endlast.
Im Allgemeinen müssen Sie das Untersetzungsverhältnis des Getriebes in Verbindung mit der Drehzahl des gewählten Motors wählen.
Bei der tatsächlichen Auswahl, z. B. wenn die Last eine horizontale Bewegung ist, kann die Formel P=TN/9549 aufgrund der Ungewissheit des Reibungskoeffizienten und des Windlastfaktors der verschiedenen Übertragungsmechanismen oft nicht eindeutig berechnet werden (kann die Drehmomentgröße nicht genau berechnen).
In der Praxis hat sich außerdem gezeigt, dass die höchste Leistung beim Einsatz eines Servomotors häufig in der Beschleunigungs- und Verzögerungsphase benötigt wird.
Daher wird durch T=F*R=m*a*Rkönnen Sie die erforderliche Leistung und das Untersetzungsverhältnis von Motor und Untersetzungsgetriebe quantitativ berechnen (m: Masse der Last; a: Beschleunigung der Last; R: Rotationsradius der Last).
Die folgenden Punkte müssen beachtet werden:
a) Der Leistungsüberschussfaktor des Motors;
b) Betrachten Sie die Übertragungseffizienz des Mechanismus;
c) ob die Eingangs- und Ausgangsdrehmomente des Untersetzungsgetriebes der Norm entsprechen und einen bestimmten Sicherheitsfaktor aufweisen;
d) Ob es eine Möglichkeit gibt, die Geschwindigkeit später zu erhöhen.
Es ist erwähnenswert, dass in traditionellen Industrien, wie z. B. der Kranindustrie, gewöhnliche Induktionsmotoren für den Antrieb verwendet werden, dass es keine klaren Beschleunigungsanforderungen gibt und dass empirische Formeln für die Berechnung verwendet werden.
Hinweis: Bei vertikaler Belastung muss die Erdbeschleunigung in die Berechnung einbezogen werden.
Um eine hochpräzise Steuerung der Last zu erreichen, müssen Sie berücksichtigen, ob die Trägheit des Motors und des Systems übereinstimmen.
Für die Frage, warum ein Trägheitsabgleich erforderlich ist, gibt es im Internet keine einheitliche Erklärung.
Das Prinzip der Trägheitsanpassung lautet: Unter Berücksichtigung der auf die Motorwelle umgerechneten Systemträgheit sollte das Verhältnis zur Motorträgheit nicht größer als 10 sein (Siemens); je kleiner das Verhältnis, desto besser die Regelungsstabilität, aber es erfordert einen größeren Motor, und die Kostenleistung ist geringer.
Bei Fragen zu den spezifischen Berechnungsmethoden verweisen wir Sie auf die "Theoretische Mechanik" der Universität.
Berechnen Sie nach der Prüfung des Getriebes und des Getriebemechanismus, ob die Regelgenauigkeit des Motors den Anforderungen der Last entsprechen kann. Das Untersetzungsgetriebe oder einige Übertragungsmechanismen haben ein gewisses Spiel, das berücksichtigt werden muss.
Dabei geht es vor allem um die Kommunikation und Bestätigung mit den Elektrokonstrukteuren, z. B. ob die Kommunikationsmethode des Servoreglers mit der SPS übereinstimmt, die Typ des Encodersund ob eine Datenausgabe erforderlich ist.
Die Auswahl eines Servomotors wird nicht nur durch das Gewicht des Mechanismus beeinflusst, sondern auch durch die Betriebsbedingungen des Geräts, die die Wahl des Servomotors beeinflussen können. Ein größeres Trägheitsmoment erfordert ein höheres Drehmoment für die Beschleunigung und Verzögerung und kürzere Zeiten für die Beschleunigung und Verzögerung, so dass ein Servomotor mit einem größeren Ausgangsdrehmoment erforderlich ist.
Bei der Auswahl einer Servomotor-Spezifikation gehen Sie bitte folgendermaßen vor:
Derzeit gibt es viele Marken von Servomotoren auf dem Markt, mit unterschiedlichen Leistungen. Generell gilt: Wenn das Budget keine Rolle spielt, sollten Sie sich für europäische oder amerikanische Marken entscheiden. Wenn Sie mehr Wert auf Ihr Budget legen, sollten Sie sich für japanische Marken entscheiden, gefolgt von denen aus Taiwan und dem chinesischen Festland.
Das ist keine Voreingenommenheit des Autors gegenüber ausländischen Marken, sondern eine Erfahrung aus der Praxis.
Die Erfahrung zeigt, dass die grundsätzliche Leistung von Servomotoren aus dem Inland in der Regel unproblematisch ist, aber der Regelalgorithmus, die Integration und die Stabilität des Servoreglers können hinterherhinken.
Einige häufig verwendete Servomotormarken:
Europäische und amerikanische: Siemens, ABB, Lenze, usw.;
Japanisch: Panasonic, Mitsubishi, Yaskawa, usw.
Es ist erwähnenswert, dass man bei der Entwicklung von Automatisierungssystemen lernen muss, die externen Kräfte zu nutzen. Vor allem in der Nicht-Standard-Automatisierung ist man mit der Auswahl und Berechnung von zu vielen Geräten oft überfordert, und Überstunden sind die Regel.
Jetzt, Hersteller von Servomotoren bieten alle technische Unterstützung. Solange Sie Last, Geschwindigkeit, Beschleunigung und andere Parameteranforderungen angeben, haben sie ihre eigene Software, um Ihnen automatisch bei der Berechnung und Auswahl des richtigen Servomotors zu helfen, was sehr bequem ist.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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