Jako profesjonalista w branży automatyki, osobiście przekonałem się o licznych zaletach serwosilników. Te precyzyjnie napędzane urządzenia oferują lepszą kontrolę i wydajność, co czyni je niezastąpionymi w różnych zastosowaniach. Niezależnie od tego, czy chodzi o robotykę, CNC W przypadku maszyn lub systemów przenośnikowych korzyści płynące z zastosowania serwosilników są znaczące. Od skróconego czasu reakcji po większą efektywność energetyczną, serwosilniki podnoszą wydajność i produktywność. W tym artykule omówię kluczowe zalety serwosilników i to, jak mogą one przekształcić Twoje operacje.

Silnik serwo odnosi się do silnika, który steruje pracą elementów mechanicznych w systemie serwo i jest pośrednim urządzeniem zmiany prędkości, które uzupełnia silnik. Silnik serwo ma pewne zalety, może kontrolować prędkość, dokładność położenia jest bardzo dokładna, a sygnał napięciowy można przekształcić w moment obrotowy i prędkość, aby napędzać obiekt sterowania. Prędkość wirnika silnika serwo jest kontrolowana przez sygnał wejściowy i może szybko reagować, jest używany jako element wykonawczy w automatycznym systemie sterowania i ma cechy małej elektromechanicznej stałej czasowej i wysokiej liniowości. Odebrany sygnał elektryczny można przekształcić na przemieszczenie kątowe lub prędkość kątową wyjściową na wale silnika. Podzielony na dwie kategorie: silniki serwo prądu stałego i przemiennego, jego główną cechą jest to, że gdy napięcie sygnału wynosi zero, nie występuje zjawisko obrotu, a prędkość maleje równomiernie wraz ze wzrostem momentu obrotowego. 

Zasada działania silnika serwo

Serwomechanizm to automatyczny system sterowania, który umożliwia sterowanie wielkościami wyjściowymi, takimi jak położenie, orientacja i stan obiektu, zgodnie z każdą zmianą celu wejściowego (lub zadanej wartości). Serwomechanizm pozycjonuje się głównie za pomocą impulsów. Zasadniczo można zrozumieć, że gdy serwosilnik otrzyma impuls, obróci się o kąt odpowiadający impulsowi, aby uzyskać przemieszczenie. Ponieważ sam serwosilnik ma funkcję wysyłania impulsów, serwosilnik podczas obrotu o kąt wysyła odpowiednią liczbę impulsów. W ten sposób będzie on powtarzał impulsy odbierane przez serwosilnik lub zamkniętą pętlę. W ten sposób system będzie wiedział, ile impulsów jest wysyłanych do serwosilnika i ile impulsów jest odbieranych w tym samym czasie. W ten sposób obrót silnika może być precyzyjnie kontrolowany, aby uzyskać precyzyjne pozycjonowanie, które może osiągnąć 0,001 mm. Serwosilniki prądu stałego dzielą się na szczotkowe i bezszczotkowe. Silniki szczotkowe są tanie, proste w konstrukcji, charakteryzują się dużym momentem rozruchowym, szerokim zakresem regulacji prędkości, są łatwe w obsłudze i wymagają konserwacji, ale są uciążliwe (wymiana szczotek węglowych), generują zakłócenia elektromagnetyczne i są podatne na czynniki środowiskowe. Dzięki temu mogą być stosowane w typowych zastosowaniach przemysłowych i cywilnych, gdzie istotny jest koszt.

Silnik bezszczotkowy charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami, niską wagą, dużą mocą wyjściową, szybkim czasem reakcji, wysoką prędkością obrotową, małą bezwładnością, płynnym obrotem i stabilnym momentem obrotowym. Sterowanie jest skomplikowane i łatwe w obsłudze. Elektroniczna metoda komutacji jest elastyczna i może być oparta na komutacji prostokątnej lub sinusoidalnej. Silnik jest bezobsługowy, charakteryzuje się wysoką sprawnością, niską temperaturą pracy, niskim promieniowaniem elektromagnetycznym, długą żywotnością i może być stosowany w różnych warunkach.

Serwosilniki prądu przemiennego to również silniki bezszczotkowe, które dzielą się na synchroniczne i asynchroniczne. Obecnie silniki synchroniczne są powszechnie stosowane w sterowaniu ruchem. Charakteryzują się szerokim zakresem mocy i mogą osiągać dużą moc. Charakteryzują się dużą bezwładnością, niską maksymalną prędkością obrotową i szybkim spadkiem mocy. Dlatego nadają się do zastosowań wymagających płynnej pracy przy niskich prędkościach.

Wirnik wewnątrz serwosilnika jest magnesem trwałym. Trójfazowe napięcie U/V/W sterowane przez sterownik tworzy pole elektromagnetyczne. Wirnik obraca się pod wpływem tego pola magnetycznego. Jednocześnie enkoder silnika przekazuje sygnał zwrotny do sterownika. Wartości są porównywane w celu regulacji kąta obrotu wirnika. Dokładność serwosilnika zależy od dokładności (liczby linii) enkodera.

Różnica między serwosilnikiem prądu przemiennego a bezszczotkowym serwosilnikiem prądu stałego w działaniu: serwosilnik prądu przemiennego jest lepszy, ponieważ steruje falą sinusoidalną, a tętnienia momentu obrotowego są niewielkie. Serwosilnik prądu stałego ma falę trapezową. Jednak serwosilnik prądu stałego jest stosunkowo prosty i tani. 

Zakres zastosowań silnika serwo

Serwosilniki prądu stałego mogą być stosowane w maszynach iskrowych, manipulatorach, maszynach precyzyjnych itp. Mogą być wyposażone w standardowy enkoder i tachometr z wysoką analizą 2500 P/R, a także w przekładnię, dzięki czemu urządzenia mechaniczne zapewniają niezawodną dokładność i wysoki moment obrotowy. Dobra regulacja prędkości, masa jednostkowa i objętość, najwyższa moc wyjściowa, większa niż w silnikach prądu przemiennego i znacznie większa niż w silnikach krokowych. Wahania momentu obrotowego w konstrukcji wielostopniowej są niewielkie. 

Istnieje zbyt wiele obszarów zastosowań dla serwosilników. Jeśli tylko istnieje źródło zasilania i wymagania dotyczące dokładności, serwosilniki mogą być zazwyczaj wykorzystywane. Dotyczy to takich urządzeń jak obrabiarki, urządzenia drukarskie, maszyny pakujące, maszyny tekstylne, urządzenia do obróbki laserowej, roboty, zautomatyzowane linie produkcyjne i inne urządzenia o stosunkowo wysokich wymaganiach dotyczących dokładności procesu, wydajności przetwarzania i niezawodności pracy. 

Cechy silnika serwo

Jakie są zalety silników serwo w porównaniu z innymi silnikami (np. silnikami krokowymi):

1. Dokładność: realizacja sterowania w pętli zamkniętej położeniem, prędkością i momentem obrotowym; wyeliminowanie problemu rozbieżności między silnikiem krokowym a silnikiem synchronicznym;

2. Prędkość: dobra wydajność przy dużej prędkości, zazwyczaj znamionowa prędkość może osiągnąć 2000~3000 obr./min;

3. Zdolność adaptacji: silna odporność na przeciążenia, możliwość wytrzymania obciążenia trzykrotnie przekraczającego moment znamionowy, szczególnie przydatna w sytuacjach, gdy występują chwilowe wahania obciążenia i wymagany jest szybki rozruch;

4. Stabilność: praca przy niskiej prędkości jest stabilna i nie występuje zjawisko skoku podobne do tego występującego w silnikach krokowych podczas pracy przy niskiej prędkości. Nadaje się do zastosowań wymagających dużej prędkości reakcji.

5. Terminowość: Dynamiczny czas reakcji przyspieszania i zwalniania silnika jest krótki i wynosi na ogół kilkadziesiąt milisekund;

6. Komfort: znacznie zredukowane ciepło i hałas.

Mówiąc prościej: zwykły silnik, który zazwyczaj widzisz, obraca się przez chwilę dzięki własnej bezwładności po wyłączeniu zasilania, a następnie zatrzymuje się. Natomiast serwomotor i silnik krokowy zatrzymują się na polecenie „stop” i ruszają na polecenie „stop”, a reakcja jest niezwykle szybka.

Notatki

1. Zabezpieczenie przed olejem i wodą silnika serwo

Silniki serwo mogą być stosowane w miejscach narażonych na kontakt z kroplami wody lub oleju, ale nie są one w pełni wodoodporne ani olejoodporne. Dlatego nie należy ich umieszczać ani używać w środowiskach zanieczyszczonych wodą lub olejem. Jeśli silnik serwo jest podłączony do przekładni redukcyjnej, należy zastosować uszczelnienie olejowe, aby zapobiec przedostawaniu się oleju z przekładni redukcyjnej do silnika serwo. Przewód silnika serwo nie powinien być zanurzony w oleju ani wodzie. 

2. Kabel serwosilnika służy do redukcji naprężeń

Należy upewnić się, że kabel nie jest poddawany działaniu momentu obrotowego ani obciążeń pionowych spowodowanych zewnętrznymi siłami zginającymi lub własnym ciężarem, zwłaszcza na wyjściach lub połączeniach. W przypadku serwosilnika w ruchu, kabel (tj. ten, który jest skonfigurowany z silnikiem) powinien być mocno zamocowany do nieruchomej części (względem silnika). Należy go przedłużyć, montując dodatkowy kabel w podparciu kabla, aby zminimalizować naprężenia zginające. Promień zagięcia kabla powinien być jak największy. 

3. Obciążenie końca wału dopuszczalne przez serwosilnik

Należy upewnić się, że obciążenia promieniowe i osiowe przyłożone do wału serwosilnika podczas instalacji i eksploatacji mieszczą się w wartościach określonych dla każdego modelu. Należy zachować szczególną ostrożność podczas montażu sprzęgła sztywnego, zwłaszcza że nadmierne obciążenia zginające mogą spowodować uszkodzenie lub zużycie końcówek wału i łożysk. Najlepiej zastosować sprzęgło elastyczne, aby obciążenie promieniowe było niższe od wartości dopuszczalnej, przeznaczone do serwosilników o wysokiej wytrzymałości mechanicznej. 

4. Uwaga dotycząca montażu serwomotoru

Podczas montażu/demontażu elementów sprzęgających na końcu wału serwosilnika, nie należy uderzać młotkiem bezpośrednio w koniec wału. (Młotek uderza bezpośrednio w koniec wału, a enkoder na drugim końcu wału serwosilnika musi zostać wybity). Należy dążyć do optymalnego wyrównania końców wału (niezastosowanie się do tego zalecenia może spowodować drgania lub uszkodzenie łożyska). 

Silniki serwo w prasie krawędziowej

Czy jest to oś skrętna prasa krawędziowa W przypadku prasy krawędziowej elektrohydraulicznej, wyposażony jest on zazwyczaj w zwykły silnik prądu przemiennego. Oczywiście, jeśli klient ma wysokie wymagania dotyczące częstotliwości i dokładności maszyny, a jednocześnie chce osiągnąć efekt oszczędności energii, ochrony środowiska i redukcji hałasu, zdecydowanie zalecamy wszystkim montaż serwosilników. Poniżej przedstawię szczegółowe informacje dotyczące serwosilników.

Demo wideo