Выбор подходящего серводвигателя для вашего проекта может оказаться непростой задачей, поскольку существует множество вариантов. Эта статья упрощает процесс, разбивая ключевые моменты: сценарий применения, источник питания, требования к торможению, расчеты при выборе и варианты брендов. К концу статьи вы поймете, как подобрать серводвигатель, соответствующий вашим потребностям, обеспечивающий точное управление и оптимальную производительность. Погрузитесь в работу, чтобы найти идеальный двигатель для вашего проекта автоматизации!
Автоматизация, являющаяся в настоящее время актуальной областью, играет важную роль, обычно используется для точного управления скоростью или положением деталей в проектах.
Проектировщики автоматизированного оборудования часто сталкиваются с проблемой выбора двигателя, а предлагаемые поставщиками двигатели отличаются разнообразием и огромным количеством параметров, что зачастую не по силам новичкам.
В этой статье мы поделимся некоторым опытом практической работы, надеясь оказать помощь тем, кто в ней нуждается.
Серводвигатель - это двигатель, управляющий движением механических компонентов в сервосистеме; по сути, это вспомогательный двигатель с механизмом непрямого регулирования скорости.
Серводвигатели делятся на категории по источнику питания: Серводвигатели постоянного тока (DC) и серводвигатели переменного тока (AC).
Функциональное различие между ними заключается в том, что сервоприводы переменного тока работают лучше благодаря управлению синусоидальными волнами, что приводит к меньшим пульсациям крутящего момента. Сервоприводы постоянного тока, с другой стороны, используют трапецеидальные волны.
Однако сервоприводы постоянного тока проще и экономичнее. Серводвигатели позволяют добиться точного управления; они вращаются точно по команде и обеспечивают обратную связь для обеспечения точности с помощью так называемого замкнутого контура. Это достигается с помощью энкодера для проверки вращения, что повышает точность управления.
Точность шаговых двигателей измеряется их углом шага. На рынке распространены следующие значения угла шага: 0,36°/0,72° (для пятифазных двигателей), 0,9°/1,8° (для двух- и четырехфазных двигателей) и 1,5°/3° (для трехфазных двигателей). Немецкая компания BERGER LAHR выпускает трехфазные гибридные шаговые двигатели с возможностью выбора угла шага с помощью DIP-переключателей: 1,8°, 0,9°, 0,72°, 0,36°, 0,18°, 0,09°, 0,072° и 0,036°.
Рассмотрим шаговый двигатель с углом шага 0,036°.
0.036 = 360/10000
Если предположить, что на заднем конце этого шагового двигателя установлен энкодер, то из формулы следует, что двигатель выдает 10 000 импульсов за оборот, что означает разрешение энкодера 10 000.
Точность серводвигателя определяется разрешением энкодера, установленного на его задней части. В настоящее время разрешение сервоэнкодеров может достигать 223Это доказывает, что точность серводвигателей значительно превосходит точность шаговых двигателей.
Стандартный двигатель включается и начинает вращаться, а затем останавливается при отключении питания. Помимо вращения, если и можно приписать ему какую-то дополнительную функциональность, то это способность изменять направление вращения.
Управляющие двигатели в сфере автоматизации можно разделить на серводвигатели, шаговые двигатели и двигатели с переменной частотой. Для компонентов, требующих точного управления скоростью или положением, выбирают серводвигатели.
Метод управления инвертором и двигателем с переменной частотой изменяет скорость вращения двигателя путем изменения частоты источника питания, подаваемого на двигатель. Обычно этот метод используется только для управления скоростью вращения двигателя.
Сравнение серводвигателей и шаговых двигателей:
a) Серводвигатели используют замкнутый контур управления, а шаговые двигатели - разомкнутый контур.
б) В серводвигателях для измерения точности используются поворотные энкодеры, а в шаговых двигателях - шаговые углы. На уровне обычных изделий точность первых может достигать сотни раз по сравнению со вторыми.
c) Методы управления одинаковы (импульсный или направленный сигнал).
Серводвигатели можно разделить на серводвигатели переменного тока и серводвигатели постоянного тока в зависимости от источника питания.
Оба варианта относительно просты в выборе. Для оборудования общей автоматизации клиенты обычно предоставляют стандартный промышленный источник питания 380 В или 220 В, в этом случае достаточно выбрать серводвигатель для соответствующего источника питания, что избавляет от необходимости преобразовывать типы питания.
Однако некоторые виды оборудования, такие как шаттлы на трехмерных складах и AGV, в силу своей мобильности в основном используют встроенные источники питания постоянного тока и, следовательно, серводвигатели постоянного тока.
Исходя из конструкции механизма движения, подумайте, будет ли наблюдаться тенденция к реверсированию
двигатель в выключенном состоянии или в стационарном состоянии. Если есть тенденция к реверсу, следует выбрать серводвигатель с тормозом.
Прежде чем приступить к расчету выбора, сначала необходимо определить положение и требования к скорости конца механизма, а затем определить передаточный механизм.
На этом этапе вы можете выбрать сервосистему и соответствующий редуктор.
В процессе выбора учитывайте следующие параметры:
Рассчитайте необходимую мощность и частоту вращения двигателя, исходя из формы конструкции и требований к скорости и ускорению конечной нагрузки.
Примечательно, что в целом необходимо выбирать коэффициент редукции редуктора в зависимости от скорости вращения выбранного двигателя.
При реальном выборе, например, если нагрузка имеет горизонтальное движение, из-за неопределенности коэффициента трения и коэффициента ветровой нагрузки различных передаточных механизмов, формула P=TN/9549 часто не может быть четко рассчитана (невозможно точно рассчитать величину крутящего момента).
На практике оказалось, что при использовании серводвигателя максимальная мощность требуется именно на этапах ускорения и замедления.
Поэтому через T=F*R=m*a*RВы можете количественно рассчитать необходимую мощность и коэффициент редукции двигателя и редуктора (m: масса груза; a: ускорение груза; R: радиус вращения груза).
Необходимо обратить внимание на следующие моменты:
a) Коэффициент избыточной мощности двигателя;
b) Рассмотрите эффективность передачи данных механизма;
c) Соответствуют ли входной и выходной крутящие моменты редуктора стандарту и имеют ли они определенный коэффициент безопасности;
г) Будет ли возможность увеличить скорость в дальнейшем.
Стоит отметить, что в традиционных отраслях, таких как краностроение, для привода используются обычные асинхронные двигатели, нет четких требований к ускорению, а в процессе расчета используются эмпирические формулы.
Примечание: При работе с вертикальной нагрузкой не забудьте включить в расчет гравитационное ускорение.
Чтобы добиться высокоточного управления нагрузкой, необходимо учитывать соответствие инерции двигателя и системы.
Что касается того, зачем нужно согласование инерции, то в интернете нет единого объяснения.
Принцип согласования инерции заключается в следующем: с учетом инерции системы, пересчитанной на вал двигателя, отношение к инерции двигателя не должно быть больше 10 (Siemens); чем меньше это отношение, тем лучше стабильность управления, но для этого требуется более мощный двигатель, а стоимостные характеристики ниже.
Если у вас возникнут вопросы по конкретным методам расчета, обратитесь к университетской "Теоретической механике".
Проанализировав редуктор и передаточный механизм, рассчитайте, сможет ли точность управления двигателем соответствовать требованиям нагрузки. Редуктор или некоторые механизмы передачи имеют определенный люфт, и все это необходимо учитывать.
В основном это общение и согласование с разработчиками электрооборудования, например, соответствует ли метод связи сервоконтроллера с ПЛК, тип кодирующего устройстваи нужно ли выводить данные.
На выбор серводвигателя влияет не только вес механизма, но и условия эксплуатации оборудования, которые могут повлиять на выбор серводвигателя. Большая инерция требует большего крутящего момента при ускорении и замедлении, а также меньшего времени ускорения и замедления, что обусловливает необходимость использования серводвигателя с большим выходным моментом.
При выборе спецификации серводвигателя выполните следующие действия:
В настоящее время на рынке представлено множество марок серводвигателей с различными характеристиками. В целом, если бюджет не имеет значения, выбирайте европейские или американские бренды. Если вы более требовательны к бюджету, выбирайте японские бренды, за ними следуют бренды из Тайваня и материкового Китая.
Это не предвзятое отношение автора к иностранным брендам, это урок, полученный в ходе реального использования.
Судя по прошлому опыту, базовые характеристики отечественных серводвигателей обычно не вызывают проблем, но алгоритм управления, интеграция и стабильность сервоконтроллера могут отставать.
Некоторые широко используемые марки серводвигателей:
Европейские и американские: Siemens, ABB, Lenze и т.д.;
Японские: Panasonic, Mitsubishi, Yaskawa и др.
Стоит отметить, что при проектировании автоматизации необходимо научиться использовать внешние силы. Особенно в нестандартной автоматизации, когда приходится выбирать и рассчитывать слишком много устройств, это часто оказывается непосильной задачей, и работа сверхурочно становится нормой.
Сейчас, производители серводвигателей все они предоставляют техническую поддержку. Если вы укажете нагрузку, скорость, ускорение и другие параметры, у них есть собственное программное обеспечение, которое автоматически поможет вам рассчитать и выбрать подходящий серводвигатель, что очень удобно.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO