La scelta del servomotore giusto per il vostro progetto può essere un compito scoraggiante, con un numero così elevato di opzioni disponibili. Questo articolo semplifica il processo, suddividendo le considerazioni chiave: scenario applicativo, alimentazione, requisiti di frenatura, calcoli di selezione e opzioni di marca. Alla fine, capirete come adattare le specifiche di un servomotore alle vostre esigenze, garantendo un controllo preciso e prestazioni ottimali. Immergetevi nella ricerca del motore perfetto per il vostro progetto di automazione!
L'automazione, l'attuale settore più caldo, svolge un ruolo importante, comunemente utilizzato per il controllo della velocità o della posizione nei progetti.
I progettisti di apparecchiature automatizzate si trovano spesso a dover affrontare una serie di problemi di selezione dei motori, e i motori offerti dai fornitori sono diversi, con una miriade di parametri, che spesso risultano eccessivi per i principianti.
Questo articolo condivide alcune esperienze di lavoro pratico, sperando di fornire un aiuto a chi ne ha bisogno.
Un servomotore è un motore che controlla il movimento dei componenti meccanici in un sistema servo; è essenzialmente un motore ausiliario con un meccanismo indiretto a velocità variabile.
I servomotori sono classificati in base alla loro fonte di alimentazione: Servomotori a corrente continua (DC) e servomotori a corrente alternata (AC).
La differenza funzionale tra i due è che i servocomandi in c.a. hanno prestazioni migliori grazie al controllo a onde sinusoidali, che determina una minore ondulazione della coppia. I servi in corrente continua, invece, utilizzano onde trapezoidali.
Tuttavia, i servomotori a corrente continua sono più semplici ed economici. I servomotori sono in grado di ottenere un controllo preciso: ruotano esattamente secondo le istruzioni e forniscono un feedback per garantire la precisione attraverso il cosiddetto anello chiuso. Per verificare la rotazione si utilizza un encoder, che aumenta la precisione del controllo.
La precisione dei motori passo-passo si misura in base al loro angolo di passo. Gli angoli di passo più comuni sul mercato sono 0,36°/0,72° (per i motori a cinque fasi), 0,9°/1,8° (per i motori a due e quattro fasi) e 1,5°/3° (per i motori a tre fasi). L'azienda tedesca BERGER LAHR produce motori passo-passo ibridi trifase con angoli di passo selezionabili tramite interruttori DIP: 1,8°, 0,9°, 0,72°, 0,36°, 0,18°, 0,09°, 0,072° e 0,036°.
Consideriamo un motore passo-passo con un angolo di passo di 0,036°.
0.036 = 360/10000
Supponendo che all'estremità posteriore di questo motore passo-passo sia collegato un encoder, la formula implica che il motore emette 10.000 impulsi per giro, il che indica una risoluzione dell'encoder di 10.000.
L'accuratezza di un servomotore si misura in base alla risoluzione dell'encoder collegato alla sua estremità posteriore. Attualmente, le risoluzioni dei servo encoder possono raggiungere 223dimostrando che la precisione dei servomotori supera di gran lunga quella dei motori passo-passo.
Un motore standard si accende e inizia a girare, poi si ferma quando viene tolta la corrente. Oltre alla rotazione, se si volesse attribuirgli una funzionalità aggiuntiva, sarebbe la capacità di invertire il senso di marcia.
I motori di controllo nel campo dell'automazione possono essere suddivisi in servomotori, motori passo-passo e motori a frequenza variabile. Per i componenti che richiedono un controllo preciso della velocità o della posizione, si scelgono i servomotori.
Il metodo di controllo dell'inverter più motore a frequenza variabile modifica la velocità del motore cambiando la frequenza della sorgente di alimentazione in ingresso al motore. Questo metodo è generalmente utilizzato solo per il controllo della velocità del motore.
Confronto tra servomotori e motori passo-passo:
a) I servomotori utilizzano un controllo ad anello chiuso, mentre i motori passo-passo utilizzano un controllo ad anello aperto.
b) I servomotori utilizzano encoder rotativi per misurare l'accuratezza, mentre i motori passo-passo utilizzano angoli di passo. A livello di prodotto comune, l'accuratezza dei primi può raggiungere un centinaio di volte quella dei secondi.
c) I metodi di controllo sono simili (impulso o segnale direzionale).
I servomotori possono essere classificati in servomotori CA e servomotori CC in base all'alimentazione.
Entrambi sono relativamente facili da scegliere. Per le apparecchiature di automazione generale, i clienti di solito forniscono un'alimentazione industriale standard da 380 V o 220 V; in questo caso è sufficiente selezionare un servomotore per l'alimentazione corrispondente, eliminando la necessità di convertire i tipi di alimentazione.
Tuttavia, alcune apparecchiature, come le navette dei magazzini tridimensionali e gli AGV, a causa della loro natura mobile, utilizzano per lo più alimentatori a corrente continua incorporati e, quindi, di solito utilizzano servomotori a corrente continua.
In base alla progettazione del meccanismo di movimento, considerare se ci sarà una tendenza all'inversione per
il motore in uno stato di spegnimento o di stazionamento. In caso di tendenza all'inversione, è necessario scegliere un servomotore con freno.
Prima di effettuare il calcolo della selezione, è necessario determinare i requisiti di posizione e velocità dell'estremità del meccanismo, quindi identificare il meccanismo di trasmissione.
A questo punto, è possibile selezionare il servosistema e il riduttore corrispondente.
Durante il processo di selezione, considerare i seguenti parametri:
Calcolare la potenza e la velocità necessarie del motore in base alla forma strutturale e ai requisiti di velocità e accelerazione del carico finale.
In particolare, in generale, è necessario scegliere il rapporto di riduzione del riduttore in funzione della velocità del motore selezionato.
Nella selezione reale, ad esempio, se il carico è di tipo orizzontale, a causa dell'incertezza del coefficiente di attrito e del fattore di carico del vento dei vari meccanismi di trasmissione, la formula P=TN/9549 spesso non può essere calcolata chiaramente (non è possibile calcolare con precisione la dimensione della coppia).
In pratica, si è anche visto che il punto in cui è necessaria la massima potenza quando si utilizza un servomotore è spesso la fase di accelerazione e decelerazione.
Pertanto, attraverso T=F*R=m*a*Rè possibile calcolare quantitativamente la potenza richiesta e il rapporto di riduzione del motore e del riduttore (m: massa del carico; a: accelerazione del carico; R: raggio di rotazione del carico).
È necessario prestare attenzione ai seguenti punti:
a) Il fattore di surplus di potenza del motore;
b) Considerare l'efficienza di trasmissione del meccanismo;
c) se le coppie di ingresso e di uscita del riduttore sono conformi alla norma e hanno un certo fattore di sicurezza;
d) se ci sarà la possibilità di aumentare la velocità in seguito.
Vale la pena di ricordare che nei settori tradizionali, come quello delle gru, si utilizzano motori a induzione ordinari per l'azionamento, non ci sono chiari requisiti di accelerazione e si utilizzano formule empiriche nel processo di calcolo.
Nota: in caso di funzionamento a carico verticale, ricordarsi di includere nel calcolo l'accelerazione gravitazionale.
Per ottenere un controllo di alta precisione del carico, è necessario considerare se l'inerzia del motore e del sistema corrispondono.
Per quanto riguarda il motivo per cui è necessario l'accoppiamento per inerzia, non esiste una spiegazione univoca su Internet.
Il principio dell'adattamento dell'inerzia è il seguente: considerando l'inerzia del sistema convertita nell'albero del motore, il rapporto con l'inerzia del motore non deve essere superiore a 10 (Siemens); più piccolo è il rapporto, migliore è la stabilità del controllo, ma richiede un motore più grande e il costo delle prestazioni è inferiore.
Per qualsiasi domanda sui metodi di calcolo specifici, consultare la "Meccanica teorica" dell'università.
Dopo aver esaminato il riduttore e il meccanismo di trasmissione, calcolare se la precisione di controllo del motore può soddisfare i requisiti del carico. Il riduttore o alcuni meccanismi di trasmissione presentano un certo gioco, che deve essere considerato.
Ciò comporta principalmente la comunicazione e la conferma con i progettisti elettrici, ad esempio se il metodo di comunicazione del servocontrollore corrisponde al PLC, il metodo di comunicazione del PLC e il metodo di comunicazione del PLC. tipo di encodere se è necessaria l'emissione di dati.
La scelta di un servomotore è influenzata non solo dal peso del meccanismo, ma anche dalle condizioni operative dell'apparecchiatura, che possono modificare la scelta del servomotore. Una maggiore inerzia richiede una coppia più elevata per l'accelerazione e la decelerazione e tempi più brevi per l'accelerazione e la decelerazione, rendendo necessario un servomotore con una coppia di uscita maggiore.
Per la scelta delle specifiche del servomotore, attenersi alla seguente procedura:
Attualmente sul mercato esistono molte marche di servomotori, con prestazioni diverse. In generale, se il budget non è un problema, scegliete marche europee o americane. Se siete più attenti al budget, scegliete i marchi giapponesi, seguiti da quelli di Taiwan e della Cina continentale.
Non si tratta di un pregiudizio dell'autore nei confronti dei marchi stranieri, ma di una lezione appresa con l'uso reale.
In base alle esperienze passate, le prestazioni di base dei servomotori nazionali non presentano generalmente problemi, ma l'algoritmo di controllo, l'integrazione e la stabilità del servocontrollore possono essere inferiori.
Alcune marche di servomotori comunemente utilizzate:
Europei e americani: Siemens, ABB, Lenze, ecc;
Giapponese: Panasonic, Mitsubishi, Yaskawa, ecc.
Vale la pena notare che nella progettazione dell'automazione è necessario imparare a sfruttare le forze esterne. Soprattutto nell'automazione non standard, la selezione e il calcolo di un numero eccessivo di dispositivi è spesso un'impresa ardua e il lavoro straordinario è la norma.
Ora, produttori di servomotori tutti forniscono assistenza tecnica. Se si forniscono i requisiti di carico, velocità, accelerazione e altri parametri, il loro software aiuta automaticamente a calcolare e scegliere il servomotore giusto, il che è molto conveniente.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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