Användning av servodrivningar i utrustningsautomation

Tekniska framsteg och konkurrens leder till en kontinuerlig tillväxt i produktivitet och en ökning av graden av automatisering av teknisk utrustning. Samtidigt ökar kraven på justerbara elektriska drivningar när det gäller parametrar som varvtalsregleringsområde, positioneringsnoggrannhet och överbelastningskapacitet.

För att möta kraven har högteknologiska enheter för modern elektrisk drivning - servodrivningar - utvecklats. Detta är drivsystem som i ett brett utbud av hastighetskontroll garanterar mycket exakta rörelseprocesser och realiserar sin goda repeterbarhet. Servodrev är det mest avancerade stadiet av elektriska enheter.

DC till AC

Under lång tid användes likströmsmotorer främst i styrda frekvensomriktare. Detta beror på enkelheten att tillämpa ankarspänningsregleringslagen.Magnetiska förstärkare, tyristor- och transistorregulatorer användes som styrenheter och analoga tachogeneratorer användes som ett hastighetsåterkopplingssystem.

Den elektriska tyristordrivningen är en kontrollerad tyristoromvandlare som levererar ström permanent motor… Den elektriska enhetens strömkrets består av: en matchande transformator-TV; kontrollerad likriktare sammansatt av 12 tyristorer (V01 … V12) anslutna i en sexfasig halvvågs parallellkrets; strömbegränsare L1 och L2 och DC-motor M med oberoende magnetisering. Trefas transformator TV:n har två matningsspolar och en spole avskärmad från dem för att mata styrkretsar. Primärlindningen är ansluten i ett delta, sekundärlindningen i en sexfasig stjärna med en neutral terminal.

Nackdelarna med en sådan drivning är komplexiteten hos styrsystemet, närvaron av borstströmkollektorer, vilket minskar tillförlitligheten hos motorerna, såväl som den höga kostnaden.

Framsteg inom elektronik och uppkomsten av nya elektriska material har förändrat situationen inom servoteknikområdet. De senaste framstegen gör det möjligt att kompensera komplexiteten hos frekvensomriktarstyrning med moderna mikrokontroller och höghastighets högspänningstransistorer. Permanenta magneter, gjord av neodym-järn-bor och samarium-koboltlegeringar, på grund av deras höga energiintensitet, förbättrade avsevärt egenskaperna hos synkronmotorer med magneter på rotorn, samtidigt som de minskade deras vikt och dimensioner. Som ett resultat har drivenhetens dynamiska egenskaper förbättrats och dess dimensioner har minskat.Trenden mot asynkrona och synkrona växelströmsmotorer är särskilt märkbar i servosystem, som traditionellt har varit baserade på DC-drivenheter.

Asynkron servo

Den asynkrona elmotorn är den mest populära i branschen på grund av sin enkla och pålitliga design till låg kostnad. Denna typ av motor är dock ett komplext kontrollobjekt när det gäller vridmoment och hastighetskontroll. Användningen av högpresterande mikrokontroller som implementerar vektorstyrningsalgoritmen och högupplösta digitala hastighetssensorer gör det möjligt att erhålla hastighetskontrollområdet och noggrannhetsegenskaperna av en asynkron elektrisk drivning, inte värre än den för en synkron servodrift.

Frekvensstyrda växelströmsinduktionsfrekvensomriktare ändrar hastigheten på induktionsmotoraxeln med ekorrbur med hjälp av transistor- eller tyristorfrekvensomvandlare som omvandlar en enfas- eller trefasspänning med en frekvens på 50 Hz till en trefasspänning med variabel frekvens i intervallet 0,2 till 400 Hz.

I dag frekvensomvandlare är en enhet av liten storlek (mycket mindre än en asynkron elektrisk motor med liknande effekt) på en modern halvledarbasis, styrd av en inbyggd mikroprocessor. Variabel asynkron elektrisk drivning låter dig lösa olika problem med produktionsautomatisering och energibesparing, särskilt den steglösa regleringen av rotationshastigheten eller matningshastigheten för tekniska maskiner.

Kostnadsmässigt har den asynkrona servodrivningen en obestridd överlägsenhet vid höga effekter.

Synkron servo

Synkrona servomotorer är trefassynkrona motorer med permanent magnetmagnetisering och en fotoelektrisk rotorpositionssensor. De använder ekorrbur eller permanentmagnetrotorer. Deras främsta fördel är det låga tröghetsmomentet hos rotorn jämfört med det utvecklade vridmomentet. Dessa motorer fungerar i kombination med en servoförstärkare som består av en diodlikriktare, en kondensatorbank och en växelriktare baserad på effekttransistoromkopplare. För att jämna ut krusningen av den likriktade spänningen är servoförstärkaren utrustad med ett block av kondensatorer och för att omvandla energin som ackumuleras i kondensatorerna vid bromsögonblicken — med en urladdningstransistor och ballastmotstånd, vilket ger effektiv dynamisk bromsning.

Synkrona servodrivenheter med variabel frekvens svarar snabbt, fungerar bra med pulsprogrammerade styrsystem och kan användas i en mängd olika industrier där följande drivegenskaper krävs:

• positionering av arbetskroppar med hög noggrannhet;

• bibehålla vridmoment med hög noggrannhet;

• bibehålla rörelsehastigheten eller mata med hög noggrannhet.

De största tillverkarna av synkrona servomotorer och variabla drivenheter baserade på dem är Mitsubishi Electric (Japan) och Sew-Evrodrive (Tyskland).

Mitsubishi Electric tillverkar en serie lågeffektservodrivenheter -Melservo-C i fem storlekar med märkeffekt från 30 till 750 W, nominell hastighet 3000 rpm och nominellt vridmoment från 0,095 till 2,4 Nm.

Företaget tillverkar även mellankraftiga gammafrekvensservodrivenheter med märkeffekt från 0,5 till 7,0 kW, nominell hastighet från 2000 rpm och nominellt vridmoment från 2,4 till 33,4 Nm.

Mitsubishis servodrivenheter i MR-C-serien ersätter framgångsrikt stegmotorer eftersom deras styrsystem är helt kompatibla (pulsingång), men samtidigt är de fria från de nackdelar som är inneboende med stegmotorer.

MR-J2 (S) servomotorer skiljer sig från andra med den inbyggda mikrokontrollern med utökat minne, som innehåller upp till 12 styrprogram. En sådan servodrivning arbetar utan förlust av noggrannhet över hela området av driftshastigheter. En av de betydande fördelarna med enheten är dess förmåga att kompensera för "ackumulerade fel". Servoförstärkaren återställer helt enkelt servomotorn "till noll" efter ett visst antal driftcykler eller på en signal från en sensor.

Sew-Evrodrive levererar både enskilda komponenter och kompletta servodrivningar med ett komplett utbud av tillbehör. De huvudsakliga användningsområdena för dessa enheter är ställdon och höghastighetspositioneringssystem för programmerade verktygsmaskiner.

Här är huvudfunktionerna hos Sew-Evrodrive synkrona servomotorer:

• startmoment - från 1 till 68 Nm, och i närvaro av en fläkt för forcerad kylning - upp till 95 Nm;

• överbelastningskapacitet — förhållandet mellan maximalt vridmoment och startmoment — upp till 3,6 gånger;

• hög skyddsgrad (IP65);

• termistorer inbyggda i statorlindningen styr uppvärmningen av motorn och utesluter dess skada i händelse av någon form av överbelastning;

• pulsad fotoelektrisk sensor 1024 pulser/varv. ger ett hastighetskontrollområde på upp till 1:5000

Låt oss dra slutsatser:

• inom området justerbara servodrivenheter finns det en tendens att ersätta elektriska DC-drivenheter med analoga styrsystem med AC-drivenheter med digitala styrsystem;

• justerbara asynkrona elektriska frekvensomriktare baserade på moderna små frekvensomformare gör det möjligt att lösa olika problem med produktionsautomation och energibesparing med hög grad av tillförlitlighet och effektivitet. Det rekommenderas att dessa drivenheter används för smidig justering av matningshastigheten i träbearbetningsmaskiner och maskiner;

• asynkrona servodrivningar har obestridliga fördelar jämfört med synkrona vid höga effekter och vridmoment över 29-30 N / m (till exempel spindelrotationsdrift i skalmaskiner);

• om en hög hastighet krävs (varaktigheten av den automatiska cykeln inte överstiger några sekunder) och värdet på de utvecklade vridmomenten är upp till 15–20 N/m, bör justerbara servodrivningar baserade på synkronmotorer med olika typer av sensorer , som gör det möjligt att justera rotationshastigheten upp till 6000 rpm utan att minska momentet;

• Servodrivenheter med variabel frekvens baserad på synkrona AC-motorer möjliggör skapandet av snabba positioneringssystem utan användning av CNC.

Hur man korrekt installerar och riktar in motorn

Metoder för att diagnostisera funktionsfel hos asynkrona elmotorer

Hur man bestämmer de elektriska energibesparingarna när man byter ut olastade asynkrona elmotorer med elmotorer med lägre effekt

Hur man sätter på en trefas elmotor i ett enfasnät utan att spola tillbaka

Typer av elektriskt skydd av asynkrona elmotorer

Termistor (posistor) skydd av elmotorer

Hur man bestämmer temperaturen på lindningarna på AC-motorer genom deras motstånd

Hur man förbättrar effektfaktorn utan att kompensera kondensatorer

Hur man förhindrar skador på isoleringen av statorlindningen på en induktionsmotor

Hur parametrarna för en trefasinduktionsmotor förändras under andra förhållanden än nominella