Využití servopohonů v automatizaci zařízení

Technologický pokrok a konkurence vedou k neustálému růstu produktivity a zvyšování stupně automatizace technologických zařízení. Současně se zvyšují požadavky na nastavitelné elektrické pohony z hlediska parametrů, jako je rozsah regulace otáček, přesnost polohování a přetížitelnost.

Pro splnění požadavků byla vyvinuta high-tech zařízení moderního elektrického pohonu - servopohony. Jedná se o systémy pohonů, které v širokém rozsahu regulace rychlosti zaručují vysoce přesné procesy pohybu a realizují jejich dobrou opakovatelnost. Servopohony jsou nejpokročilejším stupněm elektrických pohonů.

DC na AC

Dlouhou dobu se stejnosměrné motory používaly především v řízených pohonech. To je způsobeno jednoduchostí aplikace zákona o řízení napětí kotvy.Jako řídicí zařízení byly použity magnetické zesilovače, tyristorové a tranzistorové regulátory a jako systém zpětné vazby rychlosti byly použity analogové tachogenerátory.

Tyristorový elektrický pohon je řízený tyristorový měnič, který dodává energii stálý motor… Silový obvod elektrického pohonu se skládá z: přizpůsobovacího transformátoru TV; řízený usměrňovač sestavený z 12 tyristorů (V01 … V12) zapojených do šestifázového půlvlnného paralelního obvodu; omezovače proudu L1 a L2 a stejnosměrný motor M s nezávislým buzením. Třífázový transformátor Televizor má dvě napájecí cívky a od nich stíněnou cívku pro napájení řídicích obvodů. Primární vinutí je zapojeno do trojúhelníku, sekundární vinutí do šestifázové hvězdy s nulovou svorkou.

Nevýhody takového pohonu jsou složitost řídicího systému, přítomnost kartáčových sběračů proudu, které snižují spolehlivost motorů, a také vysoké náklady.

Pokroky v elektronice a vznik nových elektrických materiálů změnily situaci v oblasti servotechniky. Nedávné pokroky umožňují kompenzovat složitost řízení střídavého pohonu moderními mikrokontroléry a vysokorychlostními vysokonapěťovými výkonovými tranzistory. Permanentní magnety, vyrobené ze slitin neodym-železo-bor a samarium-kobalt, pro svou vysokou energetickou náročnost výrazně zlepšily vlastnosti synchronních motorů s magnety na rotoru a zároveň snížily jejich hmotnost a rozměry. Díky tomu se zlepšily dynamické vlastnosti pohonu a zmenšily se jeho rozměry.Trend k asynchronním a synchronním střídavým motorům je patrný zejména u servosystémů, které byly tradičně založeny na stejnosměrných elektrických pohonech.

Asynchronní servo

Asynchronní elektromotor je v oboru nejoblíbenější díky své jednoduché a spolehlivé konstrukci za nízkou cenu. Tento typ motoru je však komplexním objektem řízení z hlediska řízení točivého momentu a rychlosti. Použití vysoce výkonných mikrokontrolérů, které implementují algoritmus vektorového řízení, a digitálních snímačů rychlosti s vysokým rozlišením umožňují získat rozsah řízení rychlosti a charakteristiky přesnosti asynchronního elektrického pohonu, o nic horšího než u synchronního servopohonu.

Frekvenčně řízené střídavé indukční pohony mění otáčky hřídele indukčního motoru s kotvou nakrátko pomocí tranzistorových nebo tyristorových frekvenčních měničů, které převádějí jednofázové nebo třífázové napětí s frekvencí 50 Hz na třífázové napětí s proměnnou frekvencí v rozsahu 0,2 až 400 Hz .

Dnes frekvenční měniče je zařízení malých rozměrů (mnohem menší než asynchronní elektromotor podobného výkonu) na moderní polovodičové bázi, řízené vestavěným mikroprocesorem. Variabilní asynchronní elektrický pohon umožňuje řešit různé problémy automatizace výroby a úspory energie, zejména plynulou regulaci rychlosti otáčení nebo rychlosti posuvu technologických strojů.

Z hlediska nákladů má asynchronní servopohon nespornou převahu při vysokých výkonech.

Synchronní servo

Synchronní servomotory jsou třífázové synchronní motory s buzením permanentním magnetem a fotoelektrickým snímačem polohy rotoru. Používají klec nakrátko nebo rotory s permanentními magnety. Jejich hlavní výhodou je nízký moment setrvačnosti rotoru oproti vyvinutému momentu. Tyto motory pracují v kombinaci se servozesilovačem obsahujícím diodový usměrňovač, kondenzátorovou banku a invertor na bázi výkonových tranzistorových spínačů. Pro vyhlazení zvlnění usměrněného napětí je servozesilovač vybaven blokem kondenzátorů a pro přeměnu energie nahromaděné v kondenzátorech v okamžicích brzdění — s vybíjecím tranzistorem a předřadným odporem, který zajišťuje účinné dynamické brzdění.

Synchronní servopohony s proměnnou frekvencí reagují rychle, dobře spolupracují s pulzně naprogramovanými řídicími systémy a lze je použít v různých průmyslových odvětvích, kde jsou vyžadovány následující vlastnosti pohonu:

• polohování pracovních orgánů s vysokou přesností;

• udržování točivého momentu s vysokou přesností;

• udržování rychlosti pohybu nebo podávání s vysokou přesností.

Hlavními výrobci synchronních servomotorů a na nich založených variabilních pohonů jsou Mitsubishi Electric (Japonsko) a Sew-Evrodrive (Německo).

Mitsubishi Electric vyrábí řadu nízkovýkonových servopohonů -Melservo-C v pěti velikostech s jmenovitým výkonem od 30 do 750 W, jmenovitými otáčkami 3000 ot/min a jmenovitým točivým momentem od 0,095 do 2,4 Nm.

Společnost také vyrábí středně výkonné gama-frekvenční servopohony s jmenovitým výkonem od 0,5 do 7,0 kW, jmenovitými otáčkami od 2000 ot/min a jmenovitým točivým momentem od 2,4 do 33,4 Nm.

Servopohony Mitsubishi řady MR-C úspěšně nahrazují krokové motory, protože jejich řídicí systémy jsou plně kompatibilní (impulzní vstup), ale zároveň neobsahují nevýhody, které jsou krokovým motorům vlastní.

Servomotory MR-J2 (S) se od ostatních liší vestavěným mikrokontrolérem s rozšířenou pamětí, který obsahuje až 12 ovládacích programů. Takový servopohon pracuje bez ztráty přesnosti v celém rozsahu provozních rychlostí. Jednou z významných předností zařízení je jeho schopnost kompenzovat „nahromaděné chyby“. Servozesilovač jednoduše resetuje servomotor "na nulu" po určitém počtu pracovních cyklů nebo na signál ze senzoru.

Sew-Evrodrive dodává jak jednotlivé komponenty, tak kompletní servopohony s celou řadou příslušenství. Hlavní oblastí použití těchto zařízení jsou akční členy a vysokorychlostní polohovací systémy pro programované obráběcí stroje.

Zde jsou hlavní vlastnosti synchronních servomotorů Sew-Evrodrive:

• startovací moment — od 1 do 68 Nm a v přítomnosti ventilátoru pro nucené chlazení — až 95 Nm;

• přetížitelnost – poměr maximálního momentu k rozběhovému momentu – až 3,6krát;

• vysoký stupeň krytí (IP65);

• termistory zabudované ve vinutí statoru řídí zahřívání motoru a vylučují jeho poškození v případě jakéhokoli přetížení;

• pulzní fotoelektrický snímač 1024 pulzů/ot. poskytuje rozsah regulace rychlosti až 1:5000

Udělejme závěry:

• v oblasti nastavitelných servopohonů je tendence nahrazovat stejnosměrné elektrické pohony analogovými řídicími systémy střídavými elektrickými pohony s digitálními řídicími systémy;

• nastavitelné asynchronní elektrické pohony založené na moderních malorozměrových frekvenčních měničích umožňují řešit různé problémy automatizace výroby a úspory energie s vysokou mírou spolehlivosti a účinnosti. Tyto pohony se doporučuje používat pro plynulé nastavení rychlosti posuvu u dřevoobráběcích strojů a strojů;

• asynchronní servopohony mají nesporné výhody oproti synchronním při vysokých výkonech a krouticích momentech nad 29-30 N / m (například pohon otáčení vřetena u loupacích strojů);

• pokud jsou vyžadovány vysoké otáčky (doba trvání automatického cyklu nepřesahuje několik sekund) a hodnota vyvinutých točivých momentů je do 15–20 N/m, měly by být nastavitelné servopohony založené na synchronních motorech s různými typy snímačů , které umožňují nastavit rychlost otáčení až do 6000 ot / min bez snížení momentu;

• Frekvenční servopohony založené na střídavých synchronních motorech umožňují vytváření rychlých polohovacích systémů bez použití CNC.

Jak správně nainstalovat a seřídit motor

Metody diagnostiky poruch asynchronních elektromotorů

Jak zjistit úsporu elektrické energie při výměně nezatížených asynchronních elektromotorů za elektromotory s nižším výkonem

Jak zapnout třífázový elektromotor v jednofázové síti bez převíjení

Druhy elektrické ochrany asynchronních elektromotorů

Termistorová (pozistorová) ochrana elektromotorů

Jak určit teplotu vinutí střídavých motorů podle jejich odporu

Jak zlepšit účiník bez kompenzačních kondenzátorů

Jak zabránit poškození izolace vinutí statoru indukčního motoru

Jak se mění parametry třífázového indukčního motoru za jiných než jmenovitých podmínek