Principios y precauciones para la selección de servomotores
Principio de funcionamiento del servomotor
1. El servo se basa principalmente en pulsos para posicionarse. Básicamente, se puede entender que cuando el servomotor recibe un pulso, girará según la dirección. ángulo correspondiente al pulso, logrando así el desplazamiento, debido a que el servomotor en sí tiene la función de emitir pulsos, por lo que cada vez que el servomotor gira en un ángulo, emitirá un número correspondiente de pulsos. eco con los pulsos recibidos por el servomotor, o se llama circuito cerrado, el sistema sabrá cuántos pulsos se envían al servomotor y cuántos pulsos se reciben al mismo tiempo. del motor se puede controlar con mucha precisión, logrando así un posicionamiento preciso, que puede alcanzar 0,001 mm. Los servomotores de CC se dividen en motores con y sin escobillas. Los motores de escobillas tienen bajo costo, estructura simple, gran par de arranque, amplio rango de velocidad, fácil control y requieren mantenimiento, pero son fáciles de mantener (reemplazo de escobillas de carbón), producen interferencias electromagnéticas y tienen requisitos ambientales. Por lo tanto, se puede utilizar en aplicaciones industriales y civiles generales sensibles a los costes. Los motores sin escobillas son de tamaño pequeño, livianos, de gran potencia, de respuesta rápida, de alta velocidad, de pequeña inercia, de rotación suave y de par estable. El control es una inteligencia compleja y fácil de realizar. Su método de conmutación electrónica es flexible y puede ser conmutación de onda cuadrada o conmutación de onda sinusoidal. El motor no requiere mantenimiento, tiene alta eficiencia, baja temperatura de funcionamiento, radiación electromagnética muy pequeña, larga vida útil y puede usarse en diversos entornos. 2. Los servomotores de CA también son motores sin escobillas y se dividen en motores síncronos y asíncronos. Actualmente, los motores síncronos se utilizan generalmente en el control de movimiento. Tienen un amplio rango de potencia y pueden alcanzar una alta potencia. Gran inercia, la velocidad máxima de rotación es baja y disminuye rápidamente a medida que aumenta la potencia. Por lo tanto, es adecuado para aplicaciones con baja velocidad y funcionamiento suave. 3. El rotor dentro del servomotor es un imán permanente. La electricidad trifásica U/V/W controlada por el controlador forma un campo electromagnético. El rotor gira bajo la acción de este campo magnético. del motor devuelve una señal al controlador. El controlador responde de acuerdo con el valor de retroalimentación para ajustar el ángulo de rotación del rotor. La precisión del servomotor depende de la precisión (número de líneas) del codificador. ¿Qué es un servomotor? ¿Cuantos tipos hay? ¿Cuáles son las características del trabajo? Respuesta: El servomotor también se denomina motor de ejecución. En el sistema de control automático, se utiliza como actuador para convertir la señal eléctrica recibida en desplazamiento angular o velocidad angular de salida en el eje del motor. Se divide en dos categorías: servomotores de CC y CA. Su característica principal es que cuando el voltaje de la señal es cero, no hay fenómeno de rotación y la velocidad de rotación disminuye a una velocidad constante a medida que aumenta el par. Servomotores de CA y servomotores de CC sin escobillas ¿Cuál es la diferencia? Respuesta: El servo de CA es mejor porque utiliza control de onda sinusoidal y tiene una pequeña ondulación del par. El servo de CC es una onda trapezoidal. Pero el servo CC es relativamente simple y económico. Servomotor de CA de imán permanente Desde la década de 1980, con el desarrollo de los circuitos integrados, la tecnología de electrónica de potencia y la tecnología de accionamiento de velocidad variable de CA, la tecnología de servoaccionamiento de CA de imán permanente ha logrado avances sobresalientes. Famosos fabricantes eléctricos de varios países han lanzado sucesivamente sus propios servomotores de CA. Motores. La serie de productos de motores y servoaccionamientos se mejora y actualiza continuamente. Los servosistemas de CA se han convertido en la principal dirección de desarrollo de los servosistemas contemporáneos de alto rendimiento, dejando a los servosistemas de CC originales en peligro de ser eliminados. Después de la década de 1990, los servosistemas de CA que se han comercializado en varios países del mundo utilizan servomotores de onda sinusoidal controlados totalmente digitalmente. El desarrollo de los servoaccionamientos de CA en el campo de la transmisión cambia cada día que pasa. En comparación con los servomotores de CC, las principales ventajas de los servomotores de CA de imán permanente son: ⑴ Sin escobillas ni conmutadores, por lo que funcionan de manera confiable y tienen bajos requisitos de mantenimiento y conservación. ⑵ El devanado del estator es más conveniente para la disipación del calor. ⑶La inercia es pequeña y es fácil mejorar la velocidad del sistema. ⑷Adaptado a condiciones de trabajo de alta velocidad y alto par. ⑸ Menor volumen y peso bajo la misma potencia. Desde que la División Indramat de la Compañía Rexroth de MANNESMANN, Alemania, lanzó oficialmente el servomotor y sistema de accionamiento de CA de imán permanente MAC en la Feria Comercial de Hannover de 1978, esto marca que esta nueva generación de servotecnología de CA ha entrado en la etapa práctica. A mediados y finales de la década de 1980, cada empresa tenía una serie completa de productos. Todo el mercado de servos avanzó hacia los sistemas de CA.
Los primeros sistemas analógicos tenían deficiencias en aspectos como la deriva del cero, la antiinterferencia, la confiabilidad, la precisión y la flexibilidad, y no podían cumplir completamente con los requisitos del control de movimiento en los últimos años, con la aplicación de microprocesadores y nuevos procesadores de señales digitales (DSP). , Han aparecido sistemas de control digital, y la parte de control se puede realizar completamente mediante software, que se denominan servosistemas de CA de imán permanente de 檚昮 o 把挌新猌 y 把昮 respectivamente. Hasta ahora, la mayoría de los servosistemas eléctricos de alto rendimiento utilizan servomotores de CA síncronos de imanes permanentes, y los controladores de control utilizan en su mayoría servosistemas de posición totalmente digitales con un posicionamiento rápido y preciso. Los fabricantes típicos incluyen a Siemens de Alemania, Kollmorgen de Estados Unidos y empresas como Panasonic y Yaskawa de Japón. Pequeños servomotores y variadores de CA lanzados por Yaskawa Electric Manufacturing Co., Ltd. de Japón, entre los cuales la serie D es adecuada para máquinas herramienta CNC (la velocidad máxima es de 1000 r/min, el par es de 0,25 ~ 2,8 N.m) y la serie R es Adecuado para robots (la velocidad máxima es de 3000 r/min, el par de torsión es de 0,016 ~ 0,16 N.m). Posteriormente, se lanzaron seis series, incluidas M, F, S, H, C y G. En la década de 1990, se lanzaron nuevas series D y R. La antigua serie de control de onda rectangular y microcontrolador 8051 se cambia a control de onda sinusoidal, 80C, 154CPU y control de chip de matriz de compuertas. La fluctuación del par se reduce del 24% al 7% y se mejora la confiabilidad. De esta manera, solo tomó unos pocos años formar un sistema relativamente completo de ocho series (rango de potencia: 0,05~6kW), que satisface las necesidades de maquinaria de trabajo, mecanismos de manipulación, robots de soldadura, robots de ensamblaje, componentes electrónicos y maquinaria de procesamiento. , máquinas de impresión, etc. Diferentes necesidades de máquinas bobinadoras de alta velocidad, máquinas bobinadoras, etc. La empresa japonesa Fanuc, famosa por su producción de dispositivos CNC para máquinas herramienta, también lanzó servomotores de CA de imán permanente de la serie S (13 especificaciones) y la serie L (5 especificaciones) a mediados de la década de 1980. La serie L tiene un momento de inercia y una constante de tiempo mecánica pequeños y es adecuada para servosistemas de posición que requieren una respuesta particularmente rápida. Otros fabricantes japoneses, como: Mitsubishi Electric (series HC-KFS, HC-MFS, HC-SFS, HC-RFS y HC-UFS), Toshiba Seiki (serie SM), Okuma Iron Works (serie BL), Sanyo Electric ( Serie BL), Tateishi Motor (serie S) y muchos otros fabricantes también han entrado en la competencia de servosistemas de CA de imán permanente. Los servomotores de CA de la serie MAC de la división Indramat de la empresa alemana Rexroth (Rexroth) tienen 7 tamaños de bastidor y 92 especificaciones. Los servomotores de CA de imán permanente trifásicos de la serie IFT5 de la empresa alemana Siemens se dividen en dos categorías: tipo estándar y tipo corto, con 98 especificaciones en 8 tamaños de bastidor. Se dice que el peso de esta serie de servomotores de CA es solo la mitad del de la serie IHU de servomotores de CC con el mismo par de salida. El controlador de modulación de ancho de pulso de transistor correspondiente de la serie 6SC61 puede controlar hasta 6 ejes de motores. La empresa alemana BOSCH produce servomotores de CA de imán permanente de ferrita serie SD (17 especificaciones) y serie SE de imán permanente de tierras raras (8 especificaciones) y controladores de accionamiento Servodyn serie SM. Gettys, una conocida empresa estadounidense de fabricación de servodispositivos, fue una vez una división de Gould Electronics Company (División de control de movimiento) y producía servomotores de CA de la serie M600 y servoaccionadores de la serie A600. Más tarde, se fusionó con AEG, se restauró el nombre Gettys y se lanzó el servosistema de CA totalmente digital A700. La división de accionamientos de la empresa estadounidense A-B (ALLEN-BRADLEY) produce el servomotor de CA de imán permanente de ferrita 1326 y el servocontrolador 1391 AC PWM. El motor incluye 3 tamaños de bastidor y 30 especificaciones. I.D. (Industrial Drives) es la división de accionamientos industriales del famoso estadounidense Kollmorgen. Ha producido tres series de servomotores sin escobillas y servoaccionamiento tipo BDS3 BR-210, BR-310, BR-510 y 41.
Desde 1989, se ha lanzado una nueva serie de servomotores de CA de imán permanente Goldline, que incluye tres categorías: B (pequeña inercia), M (inercia media) y EB (a prueba de explosiones), incluidas 10, 20. Hay cinco tipos de tamaños de bastidor: 40, 60 y 80. Cada categoría tiene 42 especificaciones. Todos utilizan materiales de imán permanente NdFeB. El rango de torsión es de 0,84 a 111,2 N.m y el rango de potencia es de 0,54 a 15,7 kW. Los variadores compatibles incluyen tres series: BDS4 (tipo analógico), BDS5 (tipo digital, incluido control de posición) y Smart Drive (tipo digital), con una corriente continua máxima de 55 A. La serie Goldline representa el último nivel de tecnología servo AC de imán permanente contemporánea. Inland de Irlanda era originalmente una división extranjera de Kollmorgen y ahora está fusionada con AEG. Es famosa por su producción de servomotores de CC, motores de torsión de CC y servoamplificadores. Produce servomotores de CA de imán permanente SmCo en tres tamaños de bastidor: BHT1100, 2200 y 3300, y 17 especificaciones de servomotores de CA de imán permanente SmCo y ocho tipos de controladores. El grupo francés Alsthom produce servomotores de CA de la serie LC (tipo largo) y de la serie GC (tipo corto) en 14 especificaciones en su fábrica de Parvex en París, así como variadores de la serie AXODYN. La antigua Unión Soviética desarrolló dos series de servomotores de CA para máquinas herramienta CNC y servocontrol de robots. Entre ellos, la serie ДBy utiliza imanes permanentes de ferrita y tiene dos tamaños de marco. Cada tamaño de marco tiene 3 tipos de longitudes de núcleo, cada uno con dos tipos de datos de bobinado y un máximo de 12 especificaciones. El rango de par continuo es de 7~35N. metro. La serie 2ДBy utiliza imanes permanentes de tierras raras, con 6 tamaños de bastidor y 17 especificaciones. El rango de torsión es de 0,1 a 170 N.m. Está equipado con un controlador de tipo 3ДБ. En los últimos años, Panasonic Corporation de Japón ha lanzado un servosistema de CA de la serie MINAS totalmente digital. Entre ellos, los servomotores de CA de imán permanente incluyen el tipo de inercia pequeña de la serie MSMA, con potencia de 0,03 a 5 kW y 18 especificaciones de inercia media; El tipo incluye MDMA, MGMA y MFMA Tres series, el rango de potencia es de 0,75 a 4,5 kW, con 23 especificaciones. El motor de inercia grande de la serie MHMA tiene un rango de potencia de 0,5 a 5 kW, con 7 especificaciones. El sistema de accionamiento y servomotor de CA de imán permanente totalmente digital desarrollado por la empresa Samsung de Corea del Sur en los últimos años. Entre ellos, la serie de servomotores de CA FAGA incluye CSM, CSMG, CSMZ, CSMD, CSMF, CSMS, CSMH, CSMN y CSMX. La potencia oscila entre 15W y 5kW. Hoy en día, el índice integral (Powerrate) se utiliza a menudo como factor de calidad de los servomotores para medir y comparar el rendimiento de respuesta dinámica de varios servomotores de CA y CC y motores paso a paso. La tasa de cambio de potencia representa la relación entre el par continuo (nominal) del motor y el momento de inercia del rotor. El cálculo y análisis basado en la tasa de cambio de potencia muestra que los indicadores técnicos de los servomotores de CA de imán permanente son la serie Goldline de I.D. en los Estados Unidos, seguida de la serie IFT5 de Siemens en Alemania. Principio del servomotor 1. Servomotor de CA La estructura del estator de un servomotor de CA es básicamente similar a la de un motor asíncrono monofásico capacitivo de fase dividida. El estator está equipado con dos devanados cuyas posiciones difieren 90°. uno de ellos es el devanado de excitación Rf, que siempre está conectado a la tensión alterna Uf; el otro es el devanado de control L, conectado a la tensión de señal de control Uc; Por lo tanto, el servomotor de CA también se denomina dos servomotores. El rotor de un servomotor de CA generalmente está hecho del tipo jaula de ardilla. Sin embargo, para que el servomotor tenga un amplio rango de velocidad, características mecánicas lineales, ningún fenómeno de "rotación" y un rendimiento de respuesta rápido, en comparación con los motores comunes. , debería tener El rotor tiene dos características: gran resistencia y pequeño momento de inercia. Actualmente, existen dos tipos de estructuras de rotor que se utilizan ampliamente: uno es un rotor de jaula de ardilla que utiliza barras conductoras de alta resistividad hechas de materiales conductores de alta resistividad. Para reducir la inercia rotacional del rotor, se fabrica el rotor. delgado; uno es un rotor hueco en forma de copa hecho de aleación de aluminio. La pared de la copa es muy delgada, de solo 0,2 a 0,3 mm. Para reducir la resistencia magnética del circuito magnético, se coloca un estator interno fijo dentro de la copa hueca. Rotor en forma de copa hueca El rotor tiene un pequeño momento de inercia, responde rápidamente y funciona sin problemas, por lo que se usa ampliamente. Cuando no hay voltaje de control en el servomotor de CA, solo existe el campo magnético pulsante generado por el devanado de excitación en el estator y el rotor permanece estacionario.
Cuando hay un voltaje de control, se genera un campo magnético giratorio en el estator y el rotor gira en la dirección del campo magnético giratorio. Cuando la carga es constante, la velocidad del motor cambia con el tamaño del voltaje de control. Cuando la fase del voltaje de control es opuesta, el servomotor se invertirá. Aunque el principio de funcionamiento del servomotor de CA es similar al del motor asíncrono monofásico de fase dividida, la resistencia del rotor del primero es mucho mayor que la del segundo. Por lo tanto, en comparación con el motor asíncrono de una sola máquina, el servomotor tiene. tres características significativas: 1. Gran par de arranque Debido a la gran resistencia del rotor, su curva característica de par se muestra como curva 1 en la Figura 3, que es significativamente diferente de la curva característica de par 2 de los motores asíncronos ordinarios. Puede hacer que el deslizamiento crítico S0>1, lo que no sólo hace que las características de par (características mecánicas) sean más cercanas a las lineales, sino que también tiene un par de arranque mayor. Por lo tanto, cuando el estator tiene voltaje de control, el rotor gira inmediatamente, lo que tiene las características de arranque rápido y alta sensibilidad. 2. Amplio rango de operación 3. Sin fenómeno de rotación Mientras se pierda el voltaje de control de un servomotor que funciona normalmente, el motor dejará de funcionar inmediatamente. Cuando el servomotor pierde el voltaje de control, se encuentra en un estado de funcionamiento monofásico. Debido a la gran resistencia del rotor, las dos características de par (curvas T1-S1, T2-S2) generadas por los dos campos magnéticos giratorios que giran en sentido opuesto. direcciones en el estator y el rotor) y características de par sintético (curva TS). La potencia de salida del servomotor de CA es generalmente de 0,1 a 100 W. Cuando la frecuencia de la fuente de alimentación es de 50 Hz, los voltajes son 36 V, 110 V, 220 y 380 V; cuando la frecuencia de la fuente de alimentación es 400 Hz, los voltajes son 20 V, 26 V, 36 V, 115 V, etc. El servomotor de CA funciona suavemente y hace poco ruido. Sin embargo, las características de control no son lineales y, debido a que la resistencia del rotor es grande, la pérdida es grande y la eficiencia es baja, es más grande y pesado que un servomotor de CC de la misma capacidad, por lo que solo es adecuado para potencias pequeñas. Sistemas de control de 0,5-100W.