Servo Motors

O que é um servo motor

 

Um motor servo é um motor que controla a operação de componentes mecânicos em um sistema servo. É um tipo de motor auxiliar com mudança de velocidade indireta.

 

Um motor servo pode controlar a velocidade com precisão de posicionamento extremamente precisa, convertendo sinais de tensão em torque e velocidade para acionar o objeto controlado. A velocidade do rotor de um motor servo é controlada por um sinal de entrada e responde rapidamente. É usado como atuador em sistemas de controle automático e possui uma pequena constante de tempo eletromecânica e alta linearidade. Ele converte o sinal elétrico recebido em um deslocamento angular ou saída de velocidade angular no eixo do motor. Servo Motors são classificados em duas categorias: DC e AC. Suas principais características são que elas não exibem rotação de si mesmo - quando a tensão do sinal é zero e sua velocidade diminui uniformemente à medida que o torque aumenta.

 

Princípio de trabalho do servo motor

 

Um sistema servo é um sistema de controle automático que permite uma variável de saída (por exemplo, posição, orientação ou estado) seguir alterações arbitrárias em um alvo de entrada (ou ponto de ajuste). Um servo depende principalmente de pulsos para posicionamento. Basicamente, quando um motor servo recebe um pulso, ele gira pelo ângulo correspondente a esse pulso, alcançando assim o deslocamento. Como o próprio motor servo emite pulsos, ele envia um número correspondente de pulsos para cada ângulo que gira, criando um loop fechado com os pulsos que recebe. Isso garante que o sistema saiba quantos pulsos ele enviou ao motor servo e quantos pulsos recebeu de volta. Isso permite o controle preciso da rotação do motor, atingindo a precisão do posicionamento tão baixa quanto 0,001 mm. Os motores de servo DC são categorizados como escovados e sem escova. Os motores escovados oferecem baixo custo, uma estrutura simples, um torque de partida alto, uma ampla faixa de velocidade e facilidade de controle. Embora exijam manutenção, são inconvenientes (devido à substituição da escova de carbono), geram interferência eletromagnética e têm requisitos ambientais. Portanto, eles são adequados para o custo - aplicações industriais e de consumidores gerais sensíveis.

Os motores sem escova são compactos e leves, oferecendo alta saída, resposta rápida, alta velocidade, baixa inércia, rotação suave e torque estável. Embora o controle complexo seja fácil de implementar com a tecnologia inteligente, sua comutação eletrônica é flexível, suportando o quadrado - onda e seno - comutação de onda. Eles são manutenção - livre, altamente eficiente, operam a radiação eletromagnética mínima e eficiente e têm uma vida útil longa, tornando -os adequados para uso em uma variedade de ambientes.

 

Os motores de servo CA também são motores sem escova e são categorizados como motores síncronos e assíncronos. Os motores síncronos são geralmente usados ​​no controle de movimento. Eles têm uma ampla faixa de potência e podem obter poder muito alta. Sua alta inércia resulta em uma baixa velocidade máxima que diminui rapidamente à medida que a potência aumenta, tornando -os adequados para aplicações que exigem baixa velocidade -}, operação estável.

 

O rotor dentro de um servo motor é um ímã permanente. Os três - fase u/n/n corrente controlada pelo driver cria um campo eletromagnético, fazendo com que o rotor gire. Simultaneamente, o motor é construído - no codificador fornece feedback ao driver, que compara o feedback com o valor de destino e ajusta o ângulo de rotação do rotor. A precisão do motor servo é determinada pela precisão do codificador (contagem de linhas).

 

A diferença funcional entre os motores de servo CA e os motores de servo DC sem escova é que os servos CA são superiores porque usam controle de ondas sinusoidal, resultando em ondulação de baixo torque. Os servos de DC usam controle de onda trapezoidal.

 

Comparação de seleção de motor servo

 

Motor de servo AC

A estrutura do estator de um motor servo CA é essencialmente semelhante à de um capacitor - dividido - Motor assíncrono de fase. O estator está equipado com dois enrolamentos, posicionados a 90 graus: o RF de excitação em enrolamento, que está sempre conectado à tensão CA UF; o enrolamento de controle L, que é conectado à tensão do sinal de controle UC. Portanto, os motores de servo CA também são chamados de dois motores de servo -.

 

O rotor de um motor de servo CA é tipicamente um esquilo - tipo de gaiola. No entanto, para garantir uma ampla faixa de regulação de velocidade, características mecânicas lineares, sem fenômeno "self -}" e resposta rápida, o motor servo deve ter uma alta resistência ao rotor e um baixo momento de inércia em comparação com os motores comuns. Duas estruturas de rotor comumente usadas são: um esquilo - Rotor da gaiola com barras de resistividade - {5- feitas de material condutor de resistividade alto -. Para reduzir o momento de inércia do rotor, o rotor é esbelto. O outro é um rotor de copo oco feito de liga de alumínio com uma parede muito fina, apenas 0,2-0,3 mm. Para reduzir a resistência magnética do circuito magnético, um estator interno fixo é colocado dentro do rotor de copo oco. Os rotores de copo oco oferecem baixo momento de inércia, resposta rápida e operação suave, tornando -os amplamente adotados.

 

Quando nenhuma tensão de controle é aplicada, o estator de um motor servo CA está sujeito apenas ao campo magnético pulsante gerado pelo enrolamento de excitação e o rotor permanece estacionário. Quando uma tensão de controle é aplicada, um campo magnético rotativo é gerado dentro do estator, fazendo com que o rotor gire na direção do campo magnético rotativo. Sob condições de carga constante, a velocidade do motor varia com a magnitude da tensão de controle. Quando a tensão de controle está fora de fase, o motor servo reverte.

 

MOTOR AC PERMANENTE DO MANTELA

 

Desde a década de 1980, com o desenvolvimento de circuitos integrados, tecnologia de eletrônica de potência e tecnologia de acionamento de velocidade variável CA, a tecnologia permanente do Magnet AC Servo Drive fez um progresso excepcional. Os famosos fabricantes elétricos em vários países lançaram sucessivamente seus próprios produtos da série CA Servo Motor e Servo Drive e os melhoraram continuamente e os atualizaram. O sistema de servo CA tornou -se a principal direção de desenvolvimento do sistema de servo de desempenho alto contemporâneo -, tornando o servo DC original enfrentar a crise de ser eliminado. Após a década de 1990, o sistema servo CA que foi comercializado em vários países ao redor do mundo usa uma unidade de servo de motores de ondas senoidais totalmente controlada digitalmente. O desenvolvimento de dispositivos de acionamento de servo CA no campo de transmissão está mudando a cada dia que passa.

 

Comparado com o DC Servo Motors, as principais vantagens do ímã permanente AC Servo Motors são:

(1) Sem pincéis e comutadores, por isso funciona de maneira confiável e possui baixos requisitos de manutenção e manutenção.

(2) A dissipação de calor do enrolamento do estator é relativamente conveniente

(3) Pequena inércia, fácil de melhorar a velocidade do sistema

(4) Adapte -se a alta - velocidade e alta - condições de trabalho de torque

(5) menor volume e peso na mesma potência

 

Comparação entre servomotores e -} fase motores assíncronos

 

Embora o princípio operacional dos servomotores CA seja semelhante ao de Split - single - fase motores assíncronos, a resistência ao rotor dos servomotores é muito maior. Portanto, os servomotores têm três vantagens distintas sobre os motores assíncronos -- Motores assíncronos:

 

1. Torque de partida de alto

Essa alta resistência ao rotor difere significativamente da curva característica do torque de motores assíncronos comuns. Isso permite que o slip s0 crítico seja maior que 1, tornando a característica do torque (características mecânicas) mais linear e fornecendo um torque inicial mais alto. Portanto, assim que a tensão de controle do estator é aplicada, o rotor gira imediatamente, resultando em partida rápida e alta sensibilidade.

2.

3. Nenhum auto -rotação -

 

Um servomotor normalmente em operação será interrompido imediatamente após a perda de tensão de controle. Quando um motor servo perde a tensão de controle, ele opera em um único estado de fase -. Devido à alta resistência do rotor, a interação entre os dois campos magnéticos rotativos opostos no estator e o rotor produz duas características de torque (t1 - s1 e t2-s2 curvas) e uma característica de torque combinada (curva TS).

 

A potência de saída de um motor servo CA geralmente varia de 0,1 a 100W. Quando a frequência da fonte de alimentação é de 50Hz, as tensões são 36V, 110V, 220V e 380V; Quando a frequência da fonte de alimentação é de 400Hz, as tensões são 20V, 26V, 36V e 115V.

 

Os motores de servo CA operam suavemente e silenciosamente. No entanto, suas características de controle são não lineares e, devido à alta resistência ao rotor, as perdas são altas e a eficiência é baixa. Portanto, em comparação com os motores de servo CC da mesma capacidade, eles são maiores e mais pesados, tornando-os adequados apenas para sistemas de controle de energia baixa - na faixa de 0,5-100W.

 

Método de depuração de servo a motor

 

1. Inicializando os parâmetros

Antes da fiação, inicialize os parâmetros.
Na placa de controle: selecione o modo de controle; Limpe os parâmetros PID para zero, desativando o sinal de ativação por padrão quando a placa de controle estiver ligada; Salve esse estado para garantir que o cartão de controle esteja nesse estado quando estiver ligado novamente.
No motor servo: defina o modo de controle: ativar externamente; Defina a relação de transmissão para a saída do sinal do codificador; e defina a razão entre o sinal de controle e a velocidade do motor. De um modo geral, é recomendável que a velocidade máxima de design do servo seja definida como uma tensão de controle de 9V. Por exemplo, uma de nossa série possui uma configuração de velocidade de 500 para uma tensão de 1V. Se você planeja apenas operar o motor a velocidades abaixo de 1000 rpm, defina este parâmetro como 111.

 

2. Fiação
Desconecte a placa de controle e conecte os cabos de sinal entre a placa de controle e o servo. Os seguintes cabos são necessários: o cabo de saída analógico da placa de controle, o cabo de sinal ativado e o cabo de sinal do codificador da saída do servo. Depois de verificar a fiação, a energia no motor e na placa de controle (e no PC). O motor não deve se mover e girar facilmente com força. Caso contrário, verifique as configurações de sinal de ativação e a fiação. Gire o motor para verificar se a placa de controle pode detectar corretamente alterações na posição do motor. Caso contrário, verifique a fiação e as configurações do sinal do codificador.

 

3. Direção de teste
Para um sistema de controle de loop fechado -, a direção incorreta do sinal de feedback pode ser desastrosa. Ative o sinal de ativação do servo através da placa de controle. O servo agora deve girar a uma velocidade mais lenta, conhecida como "deriva zero". A placa de controle normalmente inclui um comando ou parâmetro para suprimir o desvio zero. Use este comando ou parâmetro para testar se a velocidade e a direção do motor podem ser controladas. Caso contrário, verifique as configurações de parâmetros de fiação e controle analógicos. Verifique se os valores positivos indicam a rotação do motor dianteiro e a contagem de codificadores aumenta, enquanto os valores negativos indicam a rotação do motor reverso e a contagem de codificadores diminui. Não use esse método se o motor estiver carregado e tiver viagens limitadas. Evite tensão excessiva durante o teste; Recomenda -se mantê -lo abaixo de 1V. Se a direção for inconsistente, ajuste os parâmetros na placa de controle ou motor para alinhar.

 

4. Supressão de deriva zero
Durante o controle fechado de -, o desvio zero pode afetar a eficácia do controle, por isso é melhor suprimi -lo. Use os parâmetros de supressão de desvio zero na placa de controle ou servidor para ajustar cuidadosamente a velocidade do motor para quase zero. Como a própria deriva zero tem alguma aleatoriedade, não é necessário exigir que a velocidade do motor seja absolutamente zero.

 

5.
RE - Habilite o sinal de ativação do servo através da placa de controle. Digite um pequeno ganho proporcional no cartão de controle. Quanto ao tamanho de ser considerado pequeno, você só pode usar sua sensação de intestino. Se você realmente não tiver certeza, digite o valor mínimo permitido pelo cartão de controle. Ligue os sinais de ativação para o cartão de controle e o servo. Nesse ponto, o motor deve ser capaz de seguir os comandos de movimento.

 

6. Ajuste os parâmetros de loop fechados -
Ajustar finamente os parâmetros de controle para garantir que o motor se mova de acordo com as instruções do cartão de controle seja essencial, e essa parte do processo depende muito da experiência.

 

Comparação de desempenho de servo motores e motores de passo

 

Como um sistema aberto de controle de loop -, os motores de passo estão intrinsecamente ligados à moderna tecnologia de controle digital. Os motores de passo são amplamente utilizados em sistemas domésticos de controle digital. Com o advento dos sistemas de servo AC totalmente digitais, o CA Servo Motors também está sendo cada vez mais usado em sistemas de controle digital. Para se adaptar à tendência de desenvolvimento do controle digital, os sistemas de controle de movimento usam principalmente motores de passo ou motores de servo AC totalmente digitais como motores de atuadores. Embora seus métodos de controle sejam semelhantes (sinais de trem e direção de pulso), eles diferem significativamente nos cenários de desempenho e aplicação. Este artigo compara seu desempenho.

 

1. Precisão de controle diferente
Os ângulos de passo de dois motores de passo híbridos de fase - são geralmente 1,8 graus e 0,9 graus, enquanto os de cinco -} fases híbridos de motores de passo são geralmente 0,72 e 0,36 graus. Alguns motores de passo de desempenho - altos podem atingir ângulos de passo ainda menores por meio da subdivisão.

A precisão do controle dos motores de servo CA é garantida por um codificador rotativo na extremidade traseira do eixo do motor. Tomando nossos motores de servo AC digital como exemplo, para um motor com um codificador padrão de 2000 linhas, a tecnologia de frequência quádrupla interna do motorista produz um equivalente a pulso de 360 ​​graus /8000=0.045. Para um motor com um codificador de 17 bits, o motorista recebe 131.072 pulsos por revolução motora, resultando em um pulso equivalente a 360 graus /131, 072=0.0027466}, que é 1/655 do equivalente de pulso de um motor de passo com um ângulo de etapa de 1,8 grau.

 

2. Diferentes características de frequência -
Os motores de passo são propensos a baixos - vibração de frequência em baixas velocidades. A frequência de vibração depende do desempenho da carga e do driver e geralmente é considerada metade da frequência inicial do motor- do motor. Esta vibração de frequência - baixa, determinada pelo princípio operacional dos motores de passo, é prejudicial para a operação normal da máquina. Quando os motores de passo operam em baixas velocidades, as técnicas de amortecimento geralmente são usadas para superar a vibração de frequência-, como adicionar um amortecedor ao motor ou implementar a tecnologia de subdivisão no driver.

Os motores de servo CA operam muito bem, sem vibração, mesmo em baixas velocidades. Os sistemas de servo AC têm recursos de supressão de ressonância para abordar deficiências mecânicas de rigidez. Além disso, o sistema é construído - na frequência - função de resolução (FFT) pode detectar pontos de ressonância mecânica, facilitar os ajustes do sistema.

 

3. Torque diferente - características de frequência
O torque de saída de um motor de passo diminui à medida que a velocidade aumenta e cai acentuadamente em velocidades mais altas. Portanto, sua velocidade de operação máxima geralmente está entre 300 e 600 rpm. Os motores de servo CA oferecem saída de torque constante, o que significa que eles podem fornecer torque nominal até a velocidade nominal (normalmente 2000 ou 3000 rpm). Acima da velocidade nominal, eles fornecem energia constante.

 

4. Capacidades de sobrecarga diferentes.

Os motores de passo geralmente não têm capacidade de sobrecarga. O AC Servo Motors, no entanto, tem uma forte capacidade de sobrecarga. Por exemplo, os sistemas Sanyo AC Servo oferecem recursos de sobrecarga de velocidade e torque. Seu torque máximo é duas a três vezes o torque nominal, que pode ser usado para superar o momento de inércia de cargas inerciais na startup. Como os motores de passo não possuem essa capacidade de sobrecarga, é necessário um torque mais alto para superar esse momento de inércia durante a seleção do modelo. No entanto, esse alto torque não é necessário durante a operação normal da máquina, resultando em torque desperdiçado.

 

5. Desempenho operacional diferente
Os motores de passo estão abertos - loop controlado. Altas frequências iniciais ou cargas excessivas podem facilmente levar a etapas perdidas ou paralisação. Altas velocidades durante a parada também podem causar ultrapassagem. Portanto, para garantir a precisão do controle, a aceleração e a desaceleração adequadas devem ser abordadas. Os sistemas de acionamento por servo AC utilizam controle fechado - loop. O motorista amostra diretamente o sinal de feedback do codificador do motor, formando internamente um loop de posição e um loop de velocidade. Isso geralmente impede as etapas perdidas ou a superação associada a motores de passo, resultando em um desempenho de controle mais confiável.

 

6. Desempenho de resposta de velocidade diferente
Um motor de passo leva de 200 a 400 milissegundos para acelerar de uma parada à sua velocidade de operação (normalmente várias centenas de revoluções por minuto). Os sistemas AC Servo oferecem desempenho superior de aceleração. Por exemplo, nossos motores de servo CA aceleram de uma parada até a velocidade nominal de 3000 rpm em apenas alguns milissegundos, tornando -os adequados para aplicações de controle que exigem tempo de partida e parada rápida.

Em resumo, os sistemas CA Servo superam os motores de passo em muitos aspectos de desempenho. No entanto, os motores de passo são frequentemente usados ​​como motores de atuadores em aplicações menos exigentes. Portanto, ao projetar um sistema de controle, é importante considerar de maneira abrangente vários fatores, incluindo requisitos de controle e custo, para selecionar o motor de controle apropriado.

 

Cálculo de seleção de motor servo

 

1. Confirme a velocidade e a resolução do codificador.
2. Converta o torque de carga no eixo do motor e calcule o torque de aceleração e desaceleração.
3. Calcule a inércia de carga e corresponda à inércia. Por exemplo, em nossa série, alguns produtos podem corresponder à inércia em até 50 vezes, mas quanto menor, melhor, melhor para precisão e velocidade de resposta.
4. Calcule e selecione o resistor regenerativo. Para servos acima de 2 kW, geralmente é necessário um resistor externo.
5. Seleção do cabo: O cabo do codificador deve ser torcido e blindado. Para nossos produtos, o codificador absoluto possui 6 núcleos e o codificador incremental possui 4 núcleos.

 

Modo de frenagem

 

Os usuários geralmente confundem as funções de frenagem eletromagnética, frenagem regenerativa e frenagem dinâmica e escolhem os acessórios errados.

O freio dinâmico é composto por um resistor dinâmico de frenagem, que reduz a distância mecânica da alimentação do motor servo através da frenagem de consumo de energia em caso de falha, parada de emergência ou interrupção de energia.

A frenagem regenerativa refere -se à energia gerada pelo motor servo quando desacelera ou para, que é devolvido ao barramento DC através do circuito do inversor e absorvido pelo resistor - circuito do capacitor.

 

A frenagem eletromagnética trava o eixo do motor através de um dispositivo mecânico.

 

As diferenças entre os três:

(1) A frenagem regenerativa deve ser eficaz quando o servo está operando normalmente. Não pode frear o motor em caso de falha, parada de emergência ou interrupção de energia. Freios dinâmicos e freios eletromagnéticos não requerem energia quando estão trabalhando.

(2) A frenagem regenerativa é realizada automaticamente pelo sistema, enquanto os freios dinâmicos e os freios eletromagnéticos requerem controle de relé externo.

(3) A frenagem eletromagnética é geralmente ativada após o SVOFF, caso contrário, pode causar sobrecarga do amplificador. Os freios dinâmicos são geralmente ativados após o SV, desligado ou o circuito principal é desligado, caso contrário, pode causar superaquecimento ao resistor dinâmico do freio.