Содержание
При выпуске автоматизированных систем и роботов нужно знать, какие бывают моторы сервоприводов, ведь без этого устройства в высокотехнологичном производстве не обойтись. Для таких целей обычные двигатели не подходят: можно регулировать их скорость, частоту, напряжение, но установить заданный угол вала не получится. Зато сервошаговый привод на это способен, как и на поддержку вращения со строго заданной скоростью в определенное время. Специалисты CNCGLOBAL рассказывают о видах, назначении существующего оборудования и его основных характеристиках.
Что такое сервоприводы
Сервомотор – это электродвигатели с блоком управления, обеспечивающий строго заданное положение вала и гарантирующий постоянную скорость вращения за счет обратной связи. Другими словами, механизм исполняет запрограммированные значения, контролирует их посредством изучения показаний датчиков, что дает возможность поддерживать рабочий орган в заданном положении даже при высокой нагрузке. Серводвигатели отличаются плавностью хода и точностью при небольшой скорости вращения вала. Конструктивно они состоят из таких элементов:
- ротор – отвечает за поддержание функции силового механизма;
- преобразователь частот – меняет напряжение или частоту тока;
- передаточный узел – контролирует скорость вала;
- датчики скорости, вращения – передают данные о движении мотора;
- клеммные коробки, штекерные разъемы – относятся к элементам подключения.
После запуска двигателя включается вращение вала, к которому подводится необходимое оборудование. За правильное исполнение задач сервосистемы отвечает контроллер, который постоянно получает обратную связь от датчиков. Сервосистемы являются лучшим технологическим решением, когда надо повысить эффективность работы. Их характеристики помогают закрыть большое количество задач за счет:
- минимального времени разгона;
- малой массы и компактности;
- широкого диапазона частот вращения;
- большого пускового момента;
- малого инерционного момента;
- динамичности работы;
- значительной точности позиционирования;
- переносимости любых перегрузок.
Технические параметры сервошаговых приводов позволяют активно применять их в разных сферах промышленности – от автопрома до медицинской и робототехнической. Возможности их использования широки: можно решать и простые, бытовые проблемы, и сложные индустриальные задачи.
Виды моторов сервоприводов
В промышленности используются два основных вида серводвигателей, которые подразделяются в зависимости от качественных характеристик, особенностей работы:
- Асинхронные (бесщеточные). Выполнены на основе асинхронных моторов с энкодером. Последний подает сигналы на преобразователь частот для обратной связи. Задачи прецизионного позиционирования это оборудование не решает, зато обеспечивает значительную скорость вращения, что эффективно в деревообработке, при установке на фрезерные станки и т.д.
- Синхронные (щеточные). Эти устройства более точно позиционируемые, лучше переносят высокие перегрузки, но щетки в них подвержены износу, потому требуют частой замены.
Подтипом щеточных сервомоторов являются шаговые гибридные. Их особенность – удержание вала без рыскания, правда, минусом является медленный разгон, потеря момента с повышением скоростных параметров по убывающей кривой. Также сервошаговые приводы делят на коллекторные, бесколлекторные. Первая разновидность включает две группы оборудования:
- Коллекторные с сердечником. Имеют тяжелый металлический ротор с обмоткой из проволоки, вращающийся в поле постоянных магнитов. Из-за наличия нескольких секций во время работы мотор вибрирует, что снижает точность, зато стоимость таких серводвигателей невысока.
- Коллекторные без сердечника. Полый ротор дает возможность облегчить конструкцию, уменьшить общие размеры мотора, понизить момент инерции, увеличить быстроту отклика и сделать работу техники ровной, без вибрирования.
Также реализуются бесколлекторные двигатели, где магнит размещен на роторе (оси). Коллекторный узел отсутствует, общие габариты сервосистемы значительно уменьшены. Устройства обладают всеми плюсами сервомоторов без сердечника, но развивают еще большую скорость, правда, стоят дороже остальных видов.
Виды сервошаговых приводов по мощности и их назначение
Одни сервоприводы по размерам, функциям, техническим характеристикам вполне подходят для самолетов, другие годятся только для роботизированных игрушек, бытовой техники. Моторы малой мощности также применяются при изготовлении:
- автоматизированных систем;
- оборудовании для фото-, видеосъемки;
- медицинской техники;
- систем для моделирования.
В игровых устройствах они обеспечивают работу движущихся деталей, отвечают за анимацию, позволяют роботам ходить, выполнять задачи руками, ногами. В авиамоделировании сервоприводы незаменимы при управлении шасси, закрылками, рулями. В быту такими двигателями оснащают системы контроля над работой штор, дверей, различных затворов. Мощные серводвигатели применяются в промышленности, они могут управлять сложным, тяжелым оборудованием, работать под большими нагрузками. Их устанавливают в прессы, подъемники, погрузчики, станки с ЧПУ, роботизированные комплексы.
Классификация по обработке сигнала и управлению
По типу поступающего сигнала сервосистемы делятся на аналоговые, цифровые. Аналоговые устройства управляемы за счет наличия микросхем с резисторами, транзисторами, конденсаторами. Цифровые сервоприводы являются более совершенными, они контролируются встроенным микропроцессором, где управляющие импульсы получают микросхемы. Преимущества таких систем:
- точность позиционирования;
- большое разрешение;
- высокая скорость реакции.
Управление высокоскоростными сервомоторами осуществляется по протоколу CANopen, который гарантирует надежность, значительную пропускную способность, подключение к питанию по сетевому кабелю, совместимость с большинством устройств, приложений. Протокол EtherCAT сложнее, но скорость обмена данными выше, он хорошо подходит для крупных автоматизированных систем, роботизированных линий. При выборе сервопривода стоит обратить внимание на все основные показатели или обратиться за консультацией к специалисту.