Gebruik van servoaandrijvingen in de automatisering van apparatuur
Technologische vooruitgang en concurrentie leiden tot een continue groei van de productiviteit en een toenemende mate van automatisering van technologische apparatuur. Tegelijkertijd nemen de eisen aan instelbare elektrische aandrijvingen toe wat betreft parameters als toerentalregelbereik, positioneringsnauwkeurigheid en overbelastbaarheid.
Om aan de eisen te voldoen, zijn er hightech apparaten van moderne elektrische aandrijving - servoaandrijvingen - ontwikkeld. Dit zijn aandrijfsystemen die in een breed scala aan snelheidsregelingen zeer nauwkeurige bewegingsprocessen garanderen en hun goede herhaalbaarheid realiseren. Servoaandrijvingen zijn de meest geavanceerde fase van elektrische aandrijvingen.
Gelijkstroom naar wisselstroom
Gelijkstroommotoren werden lange tijd vooral gebruikt in geregelde aandrijvingen. Dit komt door de eenvoud van het toepassen van de regelwet voor de ankerspanning.Magnetische versterkers, thyristor- en transistorregelaars werden gebruikt als besturingsapparaten en analoge tachogeneratoren werden gebruikt als snelheidsfeedbacksysteem.
De thyristor elektrische aandrijving is een gestuurde thyristoromvormer die stroom levert permanente motor… Het stroomcircuit van de elektrische aandrijving bestaat uit: een bijpassende transformator TV; gestuurde gelijkrichter samengesteld uit 12 thyristors (V01 … V12) geschakeld in een zesfasige halve golf parallelschakeling; stroombegrenzers L1 en L2 en gelijkstroommotor M met onafhankelijke bekrachtiging. Driefasige transformator De tv heeft twee voedingsspoelen en een spoel die daarvan is afgeschermd om regelcircuits te voeden. De primaire wikkeling is aangesloten in een driehoek, de secundaire wikkeling in een zesfasige ster met een neutrale aansluiting.
De nadelen van een dergelijke aandrijving zijn de complexiteit van het besturingssysteem, de aanwezigheid van borstelstroomcollectoren, die de betrouwbaarheid van de motoren verminderen, evenals de hoge kosten.
Vooruitgang in elektronica en de opkomst van nieuwe elektrische materialen hebben de situatie op het gebied van servotechnologie veranderd. Recente ontwikkelingen maken het mogelijk om de complexiteit van de regeling van frequentieregelaars te compenseren met moderne microcontrollers en snelle, hoogspanningsvermogenstransistors. Permanente magneten, gemaakt van neodymium-ijzer-boor- en samarium-kobaltlegeringen, hebben vanwege hun hoge energie-intensiteit de kenmerken van synchrone motoren met magneten op de rotor aanzienlijk verbeterd, terwijl hun gewicht en afmetingen zijn verminderd. Als gevolg hiervan zijn de dynamische eigenschappen van de aandrijving verbeterd en zijn de afmetingen verkleind.De trend naar asynchrone en synchrone AC-motoren is vooral merkbaar bij servosystemen, die van oudsher gebaseerd zijn op DC-elektrische aandrijvingen.
Asynchrone servo
De asynchrone elektromotor is de meest populaire in de branche vanwege het eenvoudige en betrouwbare ontwerp tegen lage kosten. Dit type motor is echter een complex regelobject in termen van koppel- en snelheidsregeling.Het gebruik van krachtige microcontrollers die het vectorbesturingsalgoritme implementeren en digitale snelheidssensoren met hoge resolutie maken het mogelijk om het snelheidsregelbereik en de nauwkeurigheidskenmerken te verkrijgen van een asynchrone elektrische aandrijving, niet slechter dan die van een synchrone servoaandrijving.
Frequentiegestuurde AC-inductieaandrijvingen veranderen de snelheid van de inductiemotoras van de eekhoornkooi met behulp van transistor- of thyristorfrequentieomvormers die een enkelfasige of driefasige spanning met een frequentie van 50 Hz omzetten in een driefasige spanning met een variabele frequentie in het bereik van 0,2 tot 400 Hz.
Vandaag frequentieomvormers is een apparaat van klein formaat (veel kleiner dan een asynchrone elektromotor met vergelijkbaar vermogen) op een moderne halfgeleiderbasis, bestuurd door een ingebouwde microprocessor. Variabele asynchrone elektrische aandrijving stelt u in staat om verschillende problemen van productieautomatisering en energiebesparing op te lossen, met name de traploze regeling van de rotatiesnelheid of de toevoersnelheid van technologische machines.
Qua kosten heeft de asynchrone servoaandrijving een onbetwiste superioriteit bij hoge vermogens.
Synchrone servo
Synchrone servomotoren zijn driefasige synchrone motoren met permanente magneetbekrachtiging en een foto-elektrische rotorpositiesensor. Ze gebruiken eekhoornkooien of permanente magneetrotoren. Hun belangrijkste voordeel is het lage traagheidsmoment van de rotor in vergelijking met het ontwikkelde koppel. Deze motoren werken in combinatie met een servoversterker bestaande uit een diodegelijkrichter, een condensatorbank en een omvormer op basis van vermogenstransistorschakelaars. Om de rimpel van de gelijkgerichte spanning af te vlakken, is de servoversterker uitgerust met een blok condensatoren en om de energie die zich op het moment van remmen in de condensatoren heeft opgehoopt om te zetten — met een ontladingstransistor en ballastweerstand, wat zorgt voor effectief dynamisch remmen.
Synchrone servoaandrijvingen met variabele frequentie reageren snel, werken goed met pulsgeprogrammeerde besturingssystemen en kunnen worden gebruikt in een verscheidenheid aan industrieën waar de volgende aandrijfkwaliteiten vereist zijn:
-
positionering van werkende lichamen met hoge nauwkeurigheid;
-
behoud van koppel met hoge nauwkeurigheid;
-
behoud van bewegingssnelheid of voeding met hoge nauwkeurigheid.
De belangrijkste fabrikanten van synchrone servomotoren en daarop gebaseerde variabele aandrijvingen zijn Mitsubishi Electric (Japan) en Sew-Evrodrive (Duitsland).
Mitsubishi Electric produceert een reeks servoaandrijvingen met laag vermogen - Melservo-C in vijf maten met een nominaal vermogen van 30 tot 750 W, een nominaal toerental van 3000 tpm en een nominaal koppel van 0,095 tot 2,4 Nm.
Het bedrijf produceert ook gammafrequentie-servoaandrijvingen met middelhoog vermogen met een nominaal vermogen van 0,5 tot 7,0 kW, een nominaal toerental van 2000 tpm en een nominaal koppel van 2,4 tot 33,4 Nm.
De servoaandrijvingen uit de MR-C-serie van Mitsubishi vervangen met succes stappenmotoren omdat hun besturingssystemen volledig compatibel zijn (pulsinvoer), maar tegelijkertijd vrij zijn van de nadelen die inherent zijn aan stappenmotoren.
MR-J2 (S) servomotoren onderscheiden zich van anderen door de ingebouwde microcontroller met uitgebreid geheugen, die tot 12 besturingsprogramma's bevat. Een dergelijke servoaandrijving werkt zonder verlies van nauwkeurigheid over het gehele toerentalbereik. Een van de grote voordelen van het apparaat is de mogelijkheid om "geaccumuleerde fouten" te compenseren. De servoversterker zet de servomotor na een bepaald aantal duty cycles of op een signaal van een sensor eenvoudig weer "op nul".
Sew-Evrodrive levert zowel losse componenten als complete servoaandrijvingen met een volledig assortiment accessoires. De belangrijkste toepassingsgebieden van deze apparaten zijn actuatoren en snelle positioneringssystemen voor geprogrammeerde werktuigmachines.
Dit zijn de belangrijkste kenmerken van Sew-Evrodrive synchrone servomotoren:
-
startkoppel - van 1 tot 68 Nm, en in aanwezigheid van een ventilator voor geforceerde koeling - tot 95 Nm;
-
overbelastingscapaciteit - de verhouding van maximaal koppel tot startkoppel - tot 3,6 keer;
-
hoge beschermingsgraad (IP65);
-
thermistors die in de statorwikkeling zijn ingebouwd, regelen de verwarming van de motor en sluiten schade uit in geval van enige vorm van overbelasting;
-
gepulste foto-elektrische sensor 1024 pulsen/omw. biedt een snelheidsregelbereik tot 1:5000
Laten we conclusies trekken:
-
op het gebied van instelbare servoaandrijvingen is er een tendens om elektrische gelijkstroomaandrijvingen met analoge besturingssystemen te vervangen door elektrische wisselstroomaandrijvingen met digitale besturingssystemen;
-
instelbare asynchrone elektrische aandrijvingen op basis van moderne kleine frequentieomvormers maken het mogelijk om verschillende problemen van productieautomatisering en energiebesparing op te lossen met een hoge mate van betrouwbaarheid en efficiëntie. Het wordt aanbevolen om deze aandrijvingen te gebruiken voor een soepele aanpassing van de voedingssnelheid in houtbewerkingsmachines en -machines;
-
asynchrone servoaandrijvingen hebben onbetwistbare voordelen ten opzichte van synchrone aandrijvingen bij hoge vermogens en koppels boven 29-30 N / m (bijvoorbeeld spindelrotatieaandrijving in schilmachines);
-
als een hoge snelheid vereist is (de duur van de automatische cyclus is niet langer dan enkele seconden) en de waarde van de ontwikkelde koppels tot 15-20 N / m is, moeten instelbare servoaandrijvingen op basis van synchrone motoren met verschillende soorten sensoren , die het mogelijk maken om de rotatiesnelheid aan te passen tot 6000 tpm zonder het moment te verminderen;
-
Servoaandrijvingen met variabele frequentie op basis van AC-synchrone motoren maken het mogelijk om snelle positioneringssystemen te creëren zonder het gebruik van CNC.
Hoe de motor correct te installeren en uit te lijnen
Methoden voor het diagnosticeren van storingen van asynchrone elektromotoren
Hoe een driefasige elektromotor in een enkelfasig netwerk aan te zetten zonder terug te spoelen
Soorten elektrische beveiliging van asynchrone elektromotoren
Thermistor (posistor) bescherming van elektromotoren
Hoe de temperatuur van de wikkelingen van AC-motoren te bepalen aan de hand van hun weerstand
Hoe de arbeidsfactor te verbeteren zonder condensatoren te compenseren
Hoe schade aan de isolatie van de statorwikkeling van een inductiemotor te voorkomen