Використання сервоприводів при автоматизації обладнання

сервоприводи технічний
прогрес і конкуренція призводять до постійного зростання продуктивності
і збільшення ступеня автоматизації технологічного обладнання. при
цьому зростають вимоги, що пред`являються до регульованих
електроприводів, за такими характеристиками, як спектр регулювання
частоти обертання, точність позиціонування і перевантажувальна
здатність.

Для забезпечення
пропонованих вимог розроблені високотехнологічні пристрої
сучасного електроприводу - сервоприводи. Це такі системи
приводу, які в широкому спектрі регулювання швидкості
гарантують високоточні процеси руху і реалізують
їх хорошу повторюваність. Сервоприводи є більш
високотехнологічної щаблем електроприводу.

Від постійного струму до змінного

Тривалий час в керованих приводах в основному застосовувалися
движки незмінного струму. Це було пов`язано з простотою
реалізації закону управління по напрузі якоря. В якості
керуючих пристроїв використовувалися магнітні підсилювачі, тиристорні
і транзисторні регулятори, а в якості системи
зворотному зв`язку по швидкості застосовувалися аналогові тахогенератори.

Тиристорний електропривод являє собою керований тиристорний
перетворювач, що живить електродвигун постійного струму. силова
схема електроприводу складається з: трансформатора TV;
керованого випрямляча, зібраного з 12 тиристорів (V01 ...
V12), включених по шестифазної однополупериодной -встречно-паралельної
схеме- токоограничивающих дроселів
L1 і L2 і електродвигуна М незмінного струму
з незалежним збудженням. Трифазний трансформатор ТV має
дві силові обмотки і екрановану від них обмотку для
харчування ланцюгів управління. Первинна обмотка з`єднана
в трикутник, вторинна - в шестифазний зірку
з нульовим виводом.

Недоліками такого приводу є складність системи
регулювання, наявність щіткових струмознімачів, що знижують надійність
движків, а також висока вартість.

Прогрес в електроніці і поява нових
електротехнічних матеріалів змінили ситуацію в області
сервопривідного техніки. Останні досягнення дозволяють заповнити
складність управління приводом змінного струму за допомогою
сучасних мікроконтролерів і швидкодіючих високовольтних
силових транзисторів. Незмінні магніти, зроблені зі сплавів
неодім─железо─бор і самарій─кобальт, завдяки їх високій
енергоємності, значно поліпшили властивості синхронних
движків з магнітами на роторі при одночасному зниженні
масогабаритних характеристик. У підсумку стали краще динамічні
властивості приводу при зниженні його габаритів. тенденція переходу
до асинхронним і синхронним движкам змінного струму
особливо помітна в сервосистемах, які зазвичай проводилися
на базі електроприводів постійного струму.

асинхронний сервопривід

сервоприводи Асинхронний електродвигун є наймасовішим
в промисловості завдяки звичайний і надійної конструкції при
низької вартості. Але цей тип мотора є складним об`єктом
управління з точки зору регулювання моменту і частоти
обертання. Застосування високопродуктивних мікроконтролерів,
реалізують векторний метод управління, і цифрових датчиків
швидкості з високою роздільною здатністю, дозволяють отримати
спектр регулювання швидкості і точності властивості
асинхронного електроприводу не гірше, ніж у синхронного
сервоприводу.

Асинхронні електроприводи змінного струму з частотним
регулюванням змінюють частоту обертання валу асинхронного
короткозамкнутого електродвигуна за допомогою транзисторних або
тиристорних перетворювачів частоти, які конвертують одно- або
трифазну напругу з частотою 50 Гц в трифазне
напруга зі змінною частотою в діапазоні від 0,2
до 400 Гц.

На сьогоднішній день частотні перетворювачі є малогабаритне
пристрій (істотно найменше, ніж аналогічний за потужністю
асинхронний електродвигун) на сучасній напівпровідниковій
базі, кероване інтегрованим процесором. регульований асинхронний
електропривод дозволяє вирішувати різні завдання автоматизації
виробництва і економії електроенергії, зокрема,
безступінчасте регулювання частоти обертання або швидкості подачі
технологічних машин.

З точки зору ціни асинхронний сервопривід має безперечне перевага при величезних потужностях.

синхронний сервопривід

Синхронні серводвигуни - це трифазні синхронні
електродвигуни з порушенням від постійних магнітів
і фотоелектричним датчиком положення ротора. У них
використовують ротори типу «біляча клітина» або з постійними
магнітами. Їх основною перевагою є маленький момент інерції
ротора щодо розвивається крутного моменту. ці двигуни
працюють в поєднанні з сервопідсилювачем, що включає
випрямляч на силових діодіках, блок конденсаторів і інвертор
на базі силових транзисторних ключів. Для згладжування пульсацій
випрямленої напруги сервопідсилювач забезпечений блоком конденсаторів,
а для перетворення накопиченої в конденсаторах енергії
в моменти гальмування - розрядним транзистором
і баластних опором, що забезпечує ефективне
динамічне гальмування.

Частотно-регульовані синхронні сервоприводи володіють
високою швидкодією, добре поєднуються з імпульсними системами
програмного управління і можуть вживатися в різних
галузях промисловості, де потрібні такі характеристики приводу:

розміщення робочих органів з високою точністю;
підтримання крутного моменту з високою точністю;
підтримання швидкості переміщення або подачі з високою точністю.

Основними виробниками синхронних серводвигунів
і регульованих приводів на їх базі є компанії
Мітсубіші Electric (Японія) -і Sew-Evrodrive (Німеччина).

Компанія Мітсубіші Electric випускає палітру малопотужних сервоприводів серії -Melservo-C,
містить 5 типорозмірів з номінальною потужністю
від 30 до 750 Вт, номінальною частотою обертання
3000 об. / Хв. і номінальним моментом від 0,095
до 2,4 Нм.

Компанією випускається також палітра -частотно-регульованих
сервоприводів середньої потужності з номінальною потужністю від 0,5
до 7,0 кВт, номінальною частотою обертання 2000 об. / хв.
і номінальним моментом від 2,4 до 33,4 Нм.

Сервоприводи серії MR-C фірми Мітсубіші вдало
підміняють крокові двигуни, так як їх системи управління
стовідсотково сумісні (імпульсний вхід), але при цьому позбавлені
недоліків, властивих кроковим моторам.

Сервоприводи MR-J2 (S) відрізняються від інших
інтегрованим мікро контролером з розширеною пам`яттю, яка
містить до 12 програм управління. такий сервопривід
працює без втрати точності у всьому спектрі робочих швидкостей.
Одним з істотних переваг пристрою є його
здатність заповнити «накопичені помилки». сервопідсилювач просто
виставляє серводвигун «в нуль» через певне число
робочих циклів або за сигналом від датчика.

Компанія Sew-Evrodrive поставляє як окремі
складові, так і комплектні сервоприводи з повним набором
додаткового обладнання. Основною областю впровадження цих
пристроїв є приводи подач і швидкодіючі позиційні
системи верстатів з програмним керуванням.

Наведемо основні характеристики синхронних серводвигунів
компанії Sew-Evrodrive:

пусковий момент - від 1 до 68 Нм,
а при наявності вентилятора примусового охолодження -
до 95 Нм;
перевантажувальна здатність - відношення найбільшого моменту до пускового - до 3,6 рази;
найвища ступінь захисту (IР65);
інтегровані в обмотку статора терморезистори контролюють
нагрів двигуна і виключають його вихід з ладу при будь-якому
вигляді перевантаження;
імпульсний фотоелектричний датчик 1024 імп. / об. забезпечує спектр регулювання частоти обертання до 1: 5000.

Створимо висновки:

в області регульованих сервоприводів намітилася тенденція
підміни електроприводів постійного струму з аналоговими системами
регулювання на електроприводи змінного струму з цифровими
системами регулювання;
регульовані асинхронні електроприводи на базі сучасних
компактних перетворювачів частоти дозволяють з високою
ступенем надійності і ефективності вирішувати різні завдання
автоматизації виробництва і економії електроенергії. ці приводи
доцільно використовувати для бесступенчатого регулювання швидкості
подачі в деревообробних верстатах і машинах;
асинхронні сервоприводи мають незаперечні переваги перед
синхронними при величезних потужностях і крутять моментах більш
29─30 Н / м (наприклад, привід обертання шпинделів в лущильних
верстатах);
у міру потреби найвищого швидкодії (тривалість
автоматичного циклу не перевищує декількох секунд)
і величиною розвиваються моментів до 15─20 Н / м слід
використовувати регульовані сервоприводи на базі синхронних двигунів
з різними типами датчиків, які дозволяють регулювати
частоту обертання до 6000 об. / хв. без зниження моменту;
-частотно-регульовані сервоприводи на базі
синхронних двигунів змінного струму дозволяють створювати
швидкодіючі системи позиціонування без впровадження ЧПУ.