Doğru Servo Motor Nasıl Seçilir?

Günümüzün sıcak alanı olan otomasyon, projelerde hassas hız veya konum kontrol parçaları için yaygın olarak kullanılan önemli bir rol oynamaktadır.

Otomatik ekipman tasarımcıları genellikle çeşitli motor seçimi sorunlarıyla karşılaşır ve tedarikçiler tarafından sunulan motorlar, yeni başlayanlar için genellikle bunaltıcı olan sayısız parametre ile çeşitlidir.

Bu makale, ihtiyacı olanlara bir nebze yardımcı olabilmek umuduyla, uygulamalı çalışmalardan elde edilen bazı deneyimleri paylaşmaktadır.

I. Servo Motor Nedir?

Servo motor, bir servo sistemdeki mekanik bileşenlerin hareketini kontrol eden bir motordur; esasen dolaylı değişken hız mekanizmasına sahip bir yardımcı motordur.

Servo motorlar güç kaynaklarına göre kategorize edilir: Doğru Akım (DC) servo motorlar ve Alternatif Akım (AC) servo motorlar.

İkisi arasındaki işlevsel fark, AC servoların sinüzoidal dalga kontrolü nedeniyle daha iyi performans göstermesidir, bu da daha az tork dalgalanmasına neden olur. Öte yandan DC servolar trapezoidal dalgalar kullanır.

Ancak DC servolar daha basit ve daha uygun maliyetlidir. Servo motorlar hassas kontrol sağlayabilir; tam olarak talimat verildiği gibi dönerler ve kapalı döngü olarak bilinen şey aracılığıyla doğruluğu sağlamak için geri bildirim sağlarlar. Bu, dönüşü doğrulamak için bir kodlayıcı kullanılarak elde edilir ve bu da kontrol hassasiyetini artırır.

Step motorların doğruluğu adım açıları ile ölçülür. Piyasadaki yaygın adım açıları arasında 0,36°/0,72° (beş fazlı motorlar için), 0,9°/1,8° (iki ve dört fazlı motorlar için) ve 1,5°/3° (üç fazlı motorlar için) bulunmaktadır. Bir Alman şirketi olan BERGER LAHR, DIP anahtarları aracılığıyla seçilebilir adım açılarına sahip üç fazlı hibrit step motorlar üretmektedir: 1,8°, 0,9°, 0,72°, 0,36°, 0,18°, 0,09°, 0,072° ve 0,036°.

Adım açısı 0,036° olan bir step motor düşünelim.

0.036 = 360/10000

Bu step motorun arka ucuna bir enkoder takıldığını varsayarsak, formül motorun devir başına 10.000 darbe yaydığını ve bunun da 10.000'lik bir enkoder çözünürlüğünü gösterdiğini ima eder.

Bir servo motorun doğruluğu, arka ucuna takılı enkoderin çözünürlüğü ile ölçülür. Şu anda, servo kodlayıcı çözünürlükleri 2²³Bu da servo motor hassasiyetinin step motorların çok ötesinde olduğunu göstermektedir.

Standart bir motor çalışır ve dönmeye başlar, ardından güç kesildiğinde durur. Dönme dışında, eğer ona ek bir işlevsellik atfedilecekse, bu yönünü tersine çevirme yeteneği olacaktır.

II. Doğru Servo Motor Nasıl Seçilir?

1. Uygulama Senaryosu

Otomasyon alanındaki kontrol motorları servo motorlar, step motorlar ve değişken frekanslı motorlar olarak ayrılabilir. Hassas hız veya konum kontrolü gerektiren bileşenler için servo motorlar seçilir.

İnvertör artı değişken frekanslı motorun kontrol yöntemi, motora giriş yapan güç kaynağının frekansını değiştirerek motorun hızını değiştirir. Bu genellikle sadece motor hız kontrolü için kullanılır.

Servo motorlar ve step motorların karşılaştırılması:

a) Servo motorlar kapalı döngü kontrolü kullanırken, step motorlar açık döngü kontrolü kullanır.

b) Servo motorlar doğruluğu ölçmek için döner enkoderler kullanırken, step motorlar adım açılarını kullanır. Ortak ürün seviyesinde, ilkinin doğruluğu ikincisinin yüz katına ulaşabilir.

c) Kontrol yöntemleri benzerdir (darbe veya yön sinyali).

2. Güç Kaynağı

Servo motorlar, güç kaynağına bağlı olarak AC servo motorlar ve DC servo motorlar olarak sınıflandırılabilir.

Her ikisi arasından seçim yapmak nispeten kolaydır. Genel otomasyon ekipmanı için, müşteriler genellikle standart bir 380V endüstriyel güç kaynağı veya 220V güç kaynağı sağlar, bu durumda ilgili güç kaynağı için bir servo motor seçerek güç türlerini dönüştürme ihtiyacını ortadan kaldırır.

Bununla birlikte, üç boyutlu depolardaki mekik panoları ve AGV'ler gibi bazı ekipmanlar, mobil yapıları nedeniyle çoğunlukla yerleşik DC güç kaynakları kullanır ve bu nedenle genellikle DC servo motorlar kullanır.

3. Frenler

Hareket mekanizmasının tasarımına dayanarak, aşağıdakiler için bir tersine dönme eğilimi olup olmayacağını değerlendirin

motoru güç kapalı durumda veya sabit durumda. Geri gitme eğilimi varsa, frenli bir servo motor seçilmelidir.

4. Seçim Hesaplaması

Seçim hesaplamasını yapmadan önce, öncelikle mekanizmanın ucunun konum ve hız gereksinimlerini belirlemeniz ve ardından iletim mekanizmasını tanımlamanız gerekir.

Bu noktada, servo sistemi ve ilgili redüktörü seçebilirsiniz.

Seçim sürecinde aşağıdaki parametreleri göz önünde bulundurun:

4.1. Güç ve Hız

Yapısal biçime ve nihai yükün hız ve ivme gereksinimlerine bağlı olarak motorun gerekli gücünü ve hızını hesaplayın.

Özellikle, genel olarak, seçilen motorun hızı ile bağlantılı olarak redüktörün redüksiyon oranını seçmeniz gerekir.

Gerçek seçimde, örneğin, yük yatay hareket ise, çeşitli iletim mekanizmalarının sürtünme katsayısı ve rüzgar yükü faktörünün belirsizliği nedeniyle, P=TN/9549 formülü genellikle net bir şekilde hesaplanamaz (tork boyutunu doğru bir şekilde hesaplayamaz).

Uygulamada, bir servo motor kullanılırken maksimum güce ihtiyaç duyulan yerin genellikle hızlanma ve yavaşlama aşaması olduğu da görülmüştür.

Bu nedenle, aracılığıyla T=F*R=m*a*Rmotorun ve redüktörün gerekli gücünü ve redüksiyon oranını nicel olarak hesaplayabilirsiniz (m: yük kütlesi; a: yük ivmesi; R: yük dönüş yarıçapı).

Aşağıdaki hususlara dikkat edilmesi gerekmektedir:

a) Motorun güç fazlalık faktörü;

b) Mekanizmanın iletim verimliliğini göz önünde bulundurun;

c) Redüktörün giriş ve çıkış torklarının standardı karşılayıp karşılamadığı ve belirli bir güvenlik faktörüne sahip olup olmadığı;

d) Daha sonra hızı artırma olasılığının olup olmayacağı.

Vinç endüstrisi gibi geleneksel endüstrilerde, sürüş için sıradan endüksiyon motorlarının kullanıldığını, net bir hızlanma gereksinimi olmadığını ve hesaplama sürecinde ampirik formüllerin kullanıldığını belirtmek gerekir.

Not: Dikey yük çalışması durumunda, yerçekimi ivmesini hesaplamaya dahil etmeyi unutmayın.

4.2. Atalet Eşleştirme

Yükün yüksek hassasiyetli kontrolünü elde etmek için, motorun ve sistemin ataletinin eşleşip eşleşmediğini göz önünde bulundurmanız gerekir.

Atalet eşleştirmesinin neden gerekli olduğuna gelince, internette birleşik bir açıklama yok.

Atalet eşleştirme prensibi şudur: motor miline dönüştürülen sistem ataleti dikkate alındığında, motorun ataletine oranı 10'dan büyük olmamalıdır (Siemens); oran ne kadar küçük olursa, kontrol kararlılığı o kadar iyi olur, ancak daha büyük bir motor gerektirir ve maliyet performansı daha düşüktür.

Belirli hesaplama yöntemleri hakkında sorularınız varsa lütfen üniversitenin "Teorik Mekanik" bölümüne başvurun.

4.3. Hassasiyet Gereklilikleri

Redüktör ve aktarım mekanizmasından geçtikten sonra, motorun kontrol doğruluğunun yükün gereksinimlerini karşılayıp karşılayamayacağını hesaplayın. Redüktör veya bazı aktarım mekanizmalarının belirli bir boşluğu vardır ve bunların hepsinin dikkate alınması gerekir.

4.4. Kontrol Eşleştirme

Bu esas olarak, servo kontrolörün iletişim yönteminin PLC ile eşleşip eşleşmediği gibi elektrik tasarımcılarıyla iletişim ve onayı içerir. kodlayıcı tipive veri çıkışının gerekli olup olmadığı.

4.5. İzlenecek Adımlar

Bir servo motorun seçimi sadece mekanizmanın ağırlığından değil, aynı zamanda servo motor seçimini değiştirebilen ekipmanın çalışma koşullarından da etkilenir. Daha büyük atalet, hızlanma ve yavaşlama için daha yüksek tork ve hızlanma ve yavaşlama için daha kısa süreler gerektirir, bu nedenle daha büyük çıkış torkuna sahip bir servo motor gerekir.

Bir servo motor spesifikasyonu seçerken, lütfen aşağıdaki adımları izleyin:

1. Başlangıçta, maksimum çıkış torku hızlanma torku ve yük torkunun toplamından daha büyük olan bir servo motor seçin. Eğer durum böyle değilse, yük gereksinimleri karşılanana kadar diğer modelleri seçin ve doğrulayın.
2. Yükün ağırlığına, yapısına, sürtünme katsayısına ve çalışma verimliliğine bağlı olarak yük torkunu hesaplayın.
3. Çalışma koşullarına göre uygun yük ataleti düzeltme formülünü seçin ve mekanizmanın yük ataletini hesaplayın.
4. Yük ataletine ve servo motorun ataletine bağlı olarak uygun bir geçici servo motor spesifikasyonu seçin.
5. Yük torkunu, hızlanma torkunu, yavaşlama torkunu ve tutma torkunu dikkate alarak sürekli anlık torku hesaplayın.
6. Hızlanma ve yavaşlama hızları, çalışma hızı, mekanizma ağırlığı ve hareketi içeren yük mekanizmasının hareket koşullarını tanımlayın.
7. Ana servo motorun ataletini yük ataleti ile birleştirerek hızlanma ve yavaşlama torkunu hesaplayın.
8. Seçimi sonlandırın.

5. Marka

Şu anda piyasada farklı performanslara sahip birçok servo motor markası bulunmaktadır. Genel olarak konuşmak gerekirse, bütçe bir endişe kaynağı değilse, Avrupa veya Amerikan markalarını seçin. Bütçe konusunda daha bilinçliyseniz Japon markalarını, ardından Tayvan ve Çin anakarasından gelenleri seçin.

Bu, yazarın yabancı markalara karşı önyargılı olması değil; gerçek kullanımdan alınan bir derstir.

Geçmiş deneyimlere dayanarak, yerli servo motorların temel performansında genellikle bir sorun yoktur, ancak servo kontrolörün kontrol algoritması, entegrasyonu ve kararlılığı geride kalabilir.

Yaygın olarak kullanılan bazı servo motor markaları:

Avrupa ve Amerika: Siemens, ABB, Lenze, vb;

Japon: Panasonic, Mitsubishi, Yaskawa, vb.

Otomasyon tasarımında dış güçlerden yararlanmayı öğrenmeniz gerektiğini belirtmek gerekir. Özellikle standart dışı otomasyonda, çok fazla sayıda cihazın seçimi ve hesaplanmasıyla karşı karşıya kalmak genellikle bunaltıcıdır ve fazla mesai yapmak normdur.

Şimdi, servo motor üreti̇ci̇leri̇ hepsi teknik destek sağlar. Yük, hız, ivme ve diğer parametre gereksinimlerini sağladığınız sürece, çok uygun olan doğru servo motoru otomatik olarak hesaplamanıza ve seçmenize yardımcı olacak kendi yazılımlarına sahiptirler.