Промышленные применения бесщеточного сервомотора (на фото Hudson семейства бесщеточных сервомоторов DC от Teknic)
Введение
Синхронная машина с постоянными магнитами на роторе является сердцем современного бесщеточного серводвигателя.
Двигатель остается синхронно с частотой подачи, хотя существует ограничение на максимальный крутящий момент, который может быть разработан до того, как ротор выйдет из строя, а крутящий момент составляет обычно от 1, 5 до 4 раз от номинального крутящего момента.
Таким образом, кривая крутящего момента является просто вертикальной линией.
Промышленное применение бесщеточных сервомоторов значительно возросло по следующим причинам:
- Снижение цен на продукты преобразования энергии
- Установление расширенного управления инверторами PWM
- Разработка новых, более мощных и простых в использовании материалов с постоянными магнитами
- Развивающаяся потребность в высокоточном управлении положением
- Производство всех этих компонентов в очень компактной форме
Их, в принципе, легко контролировать, поскольку крутящий момент генерируется пропорционально току. Кроме того, они обладают высокой эффективностью и могут быть достигнуты высокие динамические ответы.
Бесщеточные сервомоторы часто называют бесщеточными серводвигателями постоянного тока, поскольку их структура отличается от конструкции сервомоторов постоянного тока. Они выпрямляют ток с помощью транзисторного переключения в соответствующем приводе или усилителе вместо коммутатора, используемого в сервомоторах постоянного тока.
Смутно, их также называют серводвигателями переменного тока, поскольку бесщеточные сервомоторы синхронного типа (с ротором постоянного магнита) определяют положение вращающегося магнитного поля для управления трехфазным током якоря.
В настоящее время широко признано, что бесщеточный ac относится к двигателю с синусоидальным распределением обмотки статора, который предназначен для использования на синусоидальном или PWM-напряжении питания инвертора.
Бесщеточный DC относится к двигателю с трапецеидальным распределением обмотки статора, который предназначен для использования на напряжении питания инвертора с квадратной волной или блоком коммутации. Бесщеточный серводвигатель не имеет коммутатора электродвигателя постоянного тока и имеет устройство (привод, иногда называемый усилителем) для подачи тока в положение ротора.
В двигателе постоянного тока увеличение количества сегментов коммутатора уменьшает крутящий момент. В бесщеточном двигателе изменение крутящего момента уменьшается за счет того, что катушка трехфазная и в установившемся режиме управляет током каждой фазы в синусоидальной волне.
Примеры применения (Parker Hannifin Corporation)
-
Подача к длине:
- Гриль-машина для барбекю
- Сварщик на лету
- Индексирование / Конвейер: Rotary Indexer
- Следующее: Этикетировочная машина
- Измерение / дозирование: Машина для наполнения капсул
- Летающий срез: вращающаяся резка труб
1. Подача по длине
Применения, в которых непрерывная полоса, полоса или прядь материала индексируются по длине, чаще всего с помощью пинч-роликов или какого-то захватного устройства.
Индекс останавливается и происходит некоторый процесс (резка, штамповка, штамповка, маркировка и т. Д.).
Гриль-машина для барбекю
Тип приложения: подача по длине
Движение: линейное
Применение Описание: Изготовитель использовал сервомотор для подачи материала в машину для создания грилей-барбекю, тележек для покупок и т. Д. Процесс включает резание стальных стержней и сварку стержней в различных конфигурациях. Однако длина подачи была непоследовательной, потому что проскальзывание между приводным роликом и материалом было слишком частым. Накатные рулоны не могут использоваться, потому что они могут повредить материал.
Машиностроителю нужен более точный метод разрезания материала с одинаковой длиной. Клиент использовал нагрузочный датчик для обеспечения обратной связи фактического количества материала, подаваемого в режущую головку.
Цели машины:
- Компенсация проскальзывания материала
- Интерфейс с панелью оператора клиента
- Плавная повторяемая операция
- Индексы переменной длины
- Высокая надежность
Гриль-машина для барбекю
Требования к управлению движением:
- Точный контроль положения
- Обратная связь с датчиком нагрузки
- Высокоскоростная индексация
- Язык XCode
Решение для приложений:
Используя глобальную функцию обратной связи по положению на сервоприводе, строитель машины смог закрыть петлю положения с помощью установленного на нагрузке энкодера, в то время как обратная связь по скорости была обеспечена датчиком, установленным на двигателе, и обработкой сигнала. Система с двумя датчиками обеспечивает улучшенную стабильность и более высокую производительность, чем один кодер с нагрузкой, обеспечивающий как обратную связь по положению, так и скорости.
Установленный на нагрузке энкодер был соединен с зажимными роликами трения, расположенными близко к разрезаемой головке.
Перейти к примерам ↑
Сварщик на лету
Тип приложения: подача по длине
Движение: линейное
Описание: В процессе изготовления листового металла незакрепленная деталь едет на конвейерной ленте, непрерывно движущейся с непредсказуемой скоростью. На каждой части должно быть выполнено два точечных сварки, на расстоянии 4 см друг от друга, с первым сварным швом в 2 дюйма от передней кромки детали. Сварка занимает одну секунду.
Цели машины:
- Автономная работа
- Расположить сварщик в соответствии с положением и скоростью каждой отдельной части
- Сварка и позиционирование выполняются без остановки конвейера
- Процесс сварки должен занять 1 секунду
Требования к управлению движением
- Программируемый ввод-вывод; хранение последовательности
- Следующий
- Профилирование движения; комплекс следующий
- Высокое линейное ускорение и скорость
Решение для приложений:
Для этого приложения требуется контроллер, который может выполнять следующее или профилирование движения на основе положения первичного кодера. В этом приложении контроллер будет получать данные о скорости и положении от инкрементного датчика, установленного на валик на конвейерной ленте, несущий незакрепленные детали.
Сварщик на лету
Конвейер считается основной системой привода. Вторичная моторная / приводная система получает инструкции от контроллера на основе соотношения информации о скорости и положении, поступающей от первичного системного датчика.
Линейный моторный форсер несет сварную головку и монтируется на верхней платформе в соответствии с конвейером. Линейная двигательная технология была выбрана для переноса сварочной головки из-за длины движения. Двигатель линейного шага не подвержен тем же ограничениям линейной скорости и ускорения, которые присущи системам, преобразующим вращательное в линейное движение.
Например, в системе с винтовым винтом инерция шнекового винта часто превышает инерцию нагрузки, а по мере увеличения длины винта также происходит инерция. С линейными двигателями вся сила, создаваемая двигателем, эффективно применяется непосредственно к нагрузке; таким образом, длина не влияет на инерцию системы.
Для этого приложения требуется 54-дюймовый валик, чтобы обеспечить скорость конвейера более 20 в / сек.
Перейти к примерам ↑
2. Индексирование / Конвейер
Применения, в которых конвейер приводится в движение повторяющимся образом для индексации деталей в вспомогательный процесс или из него.
Роторный индекс
Тип приложения: Конвейер с индексированием
Движение: ротационное
Описание приложения: Инженер фармацевтической компании разрабатывает машину для заполнения флаконов и хочет заменить старый женский механизм. Микрошаговый двигатель обеспечит плавное движение и предотвратит утечку. Индексирующее колесо имеет алюминий и имеет толщину 0, 250 дюйма и 7, 5 "в диаметре.
Решение уравнения для инерции твердого цилиндра указывает на то, что колесо имеет 119, 3 унции в 2. Отверстия в индексирующем колесе уменьшают инерцию до 94 унций в 2. Флаконы имеют незначительную массу и могут быть проигнорированы для целей определения размеров двигателя. В таблице содержится 12 флаконов (30 ° в сторону), которые должны индексироваться через 0, 5 секунды и останавливаться на одну секунду. Момент разгона составляет 8, 2 унции при 1, 33 об / мин.
Треугольный профиль перемещения приведет к максимальной скорости 0, 33 rps.
Фактическое значение крутящего момента составляет менее 100 унций. Однако для того, чтобы осторожно перемещать флаконы и заполнять их, необходимо было использовать соотношение инерции с малой нагрузкой к ротору.
Роторный индекс
Требования к машине:
- Плавное движение
- Управление ПЛК
- Переменные индексы
Требования к управлению движением:
- Плавное движение
- Возможность выбора последовательности
- Входы / выходы для выбора последовательности
- Программируемое ускорение и замедление
Решение для приложений:
Расстояние указателя может быть изменено инженером, который управляет машиной программируемым контроллером. Параметры перемещения будут меняться и поэтому могут быть установлены через входы BCD. Индексатор может быть «похоронен» в аппарате и активирован с удаленного входа START.
Перейти к примерам ↑
3. После
Этикетировочная машина
Приложения, для которых требуется согласование движения в сочетании с внешним датчиком скорости или положения.
Тип приложения:
Движение: линейное
Описание применения: Бутылки на конвейере проходят через механизм маркировки, который накладывает этикетку на бутылку. Расстояние между бутылками на конвейере не регулируется, и конвейер может замедляться, ускоряться или останавливаться в любое время.
Требования к машине:
- Аккуратно применяйте этикетки к бутылкам в движении
- Разрешить переменную скорость конвейера
- Разрешить несогласованное расстояние между бутылками
- Потяните этикетку через дозатор
- Плавная, согласованная маркировка на всех скоростях
Требования к управлению движением:
- Синхронизация с осью конвейера
- Электронная функция коробки передач
- Контроль регистрации
- Высокий крутящий момент для преодоления высокого трения
- Высокое разрешение
- Шаговый двигатель с открытой петлей, если возможно
Решение для приложений:
Для этого приложения требуется контроллер движения, который может принимать входные сигналы от датчика, установленного на конвейер, и ссылаться на все скорости и расстояния рулона этикеток к кодеру. Сервосистема также должна обеспечивать крутящий момент и скорость для преодоления трения раздаточной головки и инерции большого рулона этикеток.
Фотодатчик, подключенный к программируемому входу контроллера, контролирует положение бутылок на конвейере.
Схема управления движением этикетки
Контроллер управляет двигателем маркировки для ускорения до скорости линии к моменту, когда первый край этикетки контактирует с бутылкой. Двигатель метки двигается со скоростью линии до тех пор, пока не будет нанесена полная этикетка, а затем замедляется до упора и ждет следующей бутылки.
Принцип машины маркировки
Перейти к примерам ↑
4. Измерение / дозирование
Применения, в которых регулирование смещения и / или скорости требуется для измерения или дозирования точного количества материала.
Машина для наполнения капсул
Тип приложения: дозирование / дозирование
Движение: линейное
Применение Описание: Конструкция требует, чтобы машина выдавала радиоактивную жидкость в капсулы. После выдачи жидкости она проверяется и данные хранятся на ПК. Существует требование увеличить пропускную способность без введения утечки.
Требования к машине:
- Увеличьте пропускную способность
- Нет пролития радиоактивной жидкости
- Автоматизация двух осей
- Совместимость с ПК
- Недорогое решение
- Плавное, повторяемое движение
Требования к управлению движением:
- Быстрый, точный ход
- Многоосевой контроллер
- Плата управления движением на базе ПК
- Шаговый двигатель с открытой петлей, если возможно
- Мотор / привод с высоким разрешением (микрошаги)
Решение для приложений:
Многоосевой указатель выбирается для управления и синхронизации обеих осей движения на одной карте, находящейся на компьютере IBM PC.
Дополнительной особенностью является интегральная возможность ввода-вывода, необходимая для активации процесса заполнения. Горизонтальная ось, несущая лоток капсул, приводится в движение линейным двигателем. Простая механическая конструкция двигателя позволяет легко применять и гарантирует длительный срок службы. Вертикальная ось поднимает и опускает наполняющую головку и приводится в движение микрошаговым двигателем и сборочным узлом.
Линейный двигатель также рассматривался для этой оси, но наполнительная головка упала бы на лоток с потерей мощности на двигатель. Трение с винтовым винтом и остаточный крутящий момент шагового двигателя предотвращают это возникновение.
Машина для наполнения капсул
Перейти к примерам ↑
5. Flying Cutoff
Применения, когда полотно материала разрезается во время перемещения материала. Как правило, режущее устройство перемещается под углом к полотну и со скоростью, пропорциональной полотну.
Вращающийся резак для труб
Тип приложения: Flying Cutoff
Движение: линейное
Применение Описание: Металлическая трубка подается с катушки и должна быть разрезана на заданные длины. Для разрезания трубки используется механизм вращающегося лезвия, и механизм лезвия должен многократно вращаться вокруг трубки, чтобы завершить разрез.
Пропускная способность этой машины должна быть максимальной, поэтому труба не может быть остановлена во время выполнения этого разреза. Поэтому, чтобы сделать чистый разрез на трубке, лезвие должно двигаться вместе с трубой во время выполнения разреза.
Требования к машине:
- Автономная работа
- Переместить режущий механизм с помощью трубки, чтобы сделать разрез без остановки
- Простой пользовательский интерфейс для установки различных длин труб
- Высокая точность при разрезе
Требования к управлению движением:
- Программируемый ввод-вывод
- Хранение программ
- Следующее положение
- Высокое ускорение и скорость
Решение для приложений:
Для решения этой задачи был выбран одноосный сервоконтроллер / привод. Внешний кодер контролирует выход трубки и отправляет эту информацию обратно в сервосистему.
Сервосистема отслеживает длину трубки, которая подается через режущий диск. Как только соответствующее количество материала подается через лезвие, сервопривод ускоряет режущее устройство до скорости трубки, отправляет выход для запуска резака, а затем точно выполняет скорость трубки.
Вращающийся резак для труб
Перейти к примерам ↑
Ресурс: двигатели, управление двигателем и приводы - профессор В. Друри, методы управления, промышленная автоматизация Emerson; Примеры применения - Parker Hannifin Corporation