Сервоприводы
Mecapion
Серводвигатели южнокорейской компании Mecapion имеют широкий диапазон мощностей - от 30 Вт до 37 кВт, могут работать с преобразователями частоты других производителей и производятся в исполнении с полым валом.
Fukuta
Уникальные асинхронные серводвигатели (сервомоторы) мощностью до 300 кВт. Сервомоторы ST (Fukuta) отличаются компактными размерами и низким моментом инерции, а также более низкой, по сравнению с зарубежными аналогами, ценой.
KEB
Немецкая компания KEB является одним из ведущих производителей серводвигателей (сервомоторов).Серводвигатели (сервомоторы) KEB могут комплектоваться (опционально) тормозной системой интегрированной в корпус двигателя.
Общая информация
Сервопривод (англ.: Servo Drive) - это устройство на базе электрического мотора с управлением через отрицательную обратную связь. Обратная связь - позволяет "следить" за угловым положением вала/якоря электромотора, поэтому сервопривод часто еще называют "следящим приводом". Здесь приставка "серво-" - обозначает функцию "обслуживания или контроля" (англ.: serve), то есть отслеживания угловых положений вала (якоря) электродвигателя, и "привод" (англ.: drive), обозначает: приведение в движение при помощи мотора/двигателя, от сюда получается слово: "серво-привод".
Базовым движущим элементом сервопривода - является электродвигатель (так называемый "сервомотор" или "серводвигатель"). Электродвигатель — это электромеханическое устройство (машина) для преобразования электрической энергии в механическую.
Электродвигатель (или электромотор) состоит из двух основных частей: из статора, часто неподвижной части и из ротора (или якоря) - подвижной вращающейся части. Электродвигатели бывают разных типов и конструкций. Каждый тип электродвигателя имеет свои особенности и, соответственно, эксплуатационные характеристики, которые определяют применение электродвигателя на практике.
Принцип работы сервопривода Работа типичного сервопривода состоит из нескольких цикличных этапов: 1. Сервопривод получает на управляемый вход некое значение внешнего управляющего параметра, на которое настроен сервопривод. Например, часто используется - угол поворота вала электродвигателя. 2. Блок управления ("сервоусилитель" или частотный преобразователь) сравнивает это значение со значением на датчике обратной связи (энкодер) или с математической моделью (алгоритм вычислений зашит в памяти частотного преобразователя). 3. На основе результата сравнения "сервоусилитель" или частотный преобразователь изменяет параметры работы электропривода и производит некоторое корректирующее действие для сервомотора (или серию действий), например: поворот вала, ускорение или замедление, так, чтобы значение с датчика обратной связи, стало как можно ближе к значению внешнего управляющего параметра (управляющие параметры задаются оператором сервопривода).
Базовые назначения сервоприводов Образно можно сказать, что "сервопривод" всегда "знает" - в каком положении находится вал электродвигателя. 1. Сервопривод обеспечивает точное позиционирование вала, что в свою очередь, позволяет точно позиционировать/перемещать полезную нагрузку при помощи исполнительных устройств. Таким образом, основной задачей сервопривода, является точное позиционирование полезной нагрузки. 2. Сервопривод позволяет оптимизировать работу электромотора - давать ему столько электроэнергии, сколько необходимо для выполнения поставленной работы в нужные отрезки времени. Таким образом, сервопривод - обеспечивает оптимизацию нагрузки на механические элементы конструкции, которые в свою очередь получают больший ресурс службы. 3. Сервопривод - также обеспечивает экономию затрачиваемой энергии. Из-за оптимизации рабочих режимов, сервопривод потребляет практически столько электроэнергии, сколько ему нужно на совершение механической работы по заданным параметрам. КПД большинства современных сервоприводов очень высок и составляет - более 90%.
Применение сервоприводов
Сервопривод (сервомотор) – электромеханическое устройство, которое осуществляет динамические движения с постоянным контролем угла поворота вала, а так же предоставляет возможность управления угловыми скоростями в различных исполнительных устройствах.
Применение сервоприводов позволяет добиться высоких показателей точности и повторяемости процессов, за которые они отвечают. Благодаря данным особенностям сервоприводы получили широкое распространение в решении различных промышленных задач, в машиностроении и других отраслях. Сервопривод сочетает в себе высокую эффективность работы и производительность.
Сервоприводы или сервомоторы - это самые часто-применяемые устройства, в современных исполнительных устройствах и средствах автоматизации. Они приводят в контролируемое движение различные исполнительные механизмы.
Точное позиционирование полезной нагрузки необходимо для большинства современных станков, манипуляторов, конвейеров, порталов, и прочих устройств широко применяемых в современной промышленности.
Типы серводвигателей (сервомоторов) в сервоприводах Современные промышленные сервоприводы - это качественные, надежные и машины, которые имеют плавные режимы работы с минимальным уровнем шума, поэтому они широко используются в ответственных исполнительных устройствах и узлах. Благодаря применению современных технологий и материалов, сервоприводы достигают высоких показателей точности и повторяемости в широком диапазоне скоростей, обеспечивают высокую эффективность работы. В сервоприводах применяют в основном 4 типа электродвигателей:
- Шаговые электродвигатели - применяются в основном в бюджетных решениях сервоприводов.
Шаговый двигатель представляет собой бесколлекторное устройство электромеханического типа, имеющее несколько обмоток. На шаговый двигатель подаются короткие электроимпульсы, при помощи драйвера, которые последовательно активируют каждую из обмоток и приводят в движение ротор, вызывая угловые дискретные (или так называемые шаговые) перемещения. От сюда и берется название "шаговый" электродвигатель.
- Синхронные электродвигатели - универсальные сервоприводы для для высокоточных применений и пр.
- Асинхронные электродвигатели - универсальные сервоприводы для насосной и компрессорной техники, подъемных механизмов и пр.
- Линейные электродвигатели - относительно дорогие, сверхточные сервоприводы для скоростного перемещения полезной нагрузки, для высокоточных порталов, прецизионные станки, научное оборудование и пр.
Типы сервоприводов
Комплектный сервопривод
Сервопривод комплектный - состоящий их сервомотора и частотного преобразователя (сервоусилителя), подходящие (совместимые) по большинству параметров. Обычно сервомотор и частотный преобразователь подбираются от одной марки производителя - это проще и надежнее.
Функционал и конфигурация частотного преобразователя может быть различна, а стоимость может отличаться на порядок. Все зависит от задач, которые ставятся перед сервоприводом.
Определяющее значение имеет система в целом, где будет работать сервопривод, через какие цифровые шины будет управляться, как будет установлен, в каких режимах будет работать и пр.
Частотный преобразователь обычно исполняется в отдельном корпусе с радиатором охлаждения. Если сервопривод имеет мощность более 1 кВт, то для надежной работы в экстремальных режимах часто добавляется так называемый внешний "тормозной резистор" (или несколько тормозных резисторов). Тормозные резисторы могут быть внутренними - встроенными в корпус частотного преобразователя или внешними. Встроенные резисторы применяются, если сервопривод маломощный и работает в щадящих режимах, внешние тормозные резисторы применяются для мощных серводвигателей.
Сервомотор и частотный преобразователь соединяются специальным набором кабелей (сигнальными кабелями и кабелями электропитания - силовыми кабелями).
Хотя сигналы, которые передаются между устройствами комплектного сервопривода в большинстве своем одинаковы, разъемы кабелей и распиновка обычно различны, и зависит от производителя (разработчика) сервопривода. Точные данные по серво-кабелям содержаться в технической документации на конкретную модель сервопривода.
Интегрированный сервопривод Сервопривод интегрированный - это сервопривод, содержащий в одном корпусе сразу целый набор устройств для осуществления полноценной управляемой работы: сервомотор, частотный преобразователь (сервоусилитель), управляющее устройство, энкодер, устройство ввода-вывода сигналов. Иногда интегрированный сервопривод называют - интеллектуальным сервоприводом, так как он способен выполнять часть функций управления движением (контролировать режимы работы сервопривода и производить математические вычисления). Типичным представителем интегрированного сервопривода - является разработка российских инженеров: сервопривод СПШ с возможностью программирования.
Конструктивно сервопривод СПШ можно разделить на следующие основные блоки:
- гибридный шаговый двигатель с габаритами NEMA 23 и 34;
- преобразователь частоты на основе высокопроизводительного DSP процессора;
- блок управления (сервоконтроллер и программируемый логический контроллер в одном корпусе);
- датчик позиции вала мотора.
Сервопривод - конструктивные особенности
Конструкция сервопривода имеет ряд особенностей присущих каждому типу изделия в отдельности. Однако имеется набор стандартных узлов типичных для электродвигателей: - Вал / Ротор - Статор - Подшипники для вала вала/якоря электродвигателя - Узлы для коммутации (штекера,клеммные короба) - Сборка из стальных пластин одинаковой формы на полезную длину обмоток якоря/статора - Узел контроля и коррекции - Система электронного включения и выключения привода - Корпус из алюминиевого сплава - Крепежный фланец Современный сервопривод имеет ряд дополнительных особенностей в своей конструкции: - Энкодер с высоким угловым разрешением - Наличие микропроцессора и силовой платы для управления режимами работы сервопривода и повышения эффективности работы - Интерфейсная плата с возможностью подключения к различным шинам данных (цифровых и аналоговых) - Органы управления и выбора режимов работы сервопривода - Возможность быстрой, легкой настройки и пуска сервопривода - Встроенная защита от перегрузки - Пыле-влагозащитное исполнение, экранирование
Типы сервоприводов Сервоприводы могут быть представлены двумя основными типами: - Коллекторные сервоприводы - Безколлекторные сервоприводы Существуют модели сервоприводов с электропитанием от переменного тока, а так же модели с электропитанием от постоянного тока. Сервоприводы могут быть как асинхронного, так и синхронного исполнения. Синхронный сервопривод - основан на процессе перемещения электромагнитного поля в статоре совпадающим по направлению с вращением ротора. В современных синхронных сервоприводах статорные обмотки создаются комбинированными, состоящими из нескольких катушек. Синхронные сервоприводы отличаются высоким крутящим моментом при относительно невысоких моментах инерции. Сервоприводы на постоянном токе имеют маркировку DC. Асинхронный сервопривод - основан на переменном магнитном поле, где частота вращения ротора всегда меньше частоты вращающегося магнитного поля статора, то есть - отстает от нее. Асинхронные серводвигатели наилучшим образом подходят для высокоскоростных применений, там где требуются высокие динамические характеристики на продолжительно высоких скоростях при минимально-низких моментах инерции. Асинхронный сервопривод, характеризуется плавностью хода (вращения) якоря и позволяет добиться минимизации динамического и статистического рассогласования во время работы. Сервоприводы на переменном токе имеют маркировку AC.
Подстройка (регулирование) компенсации в сервоприводах Все промышленные сервоприводы требуют некоторой формы компенсации (регулирования), часто называемой пропорциональной, интегральной и дифференциальной (PID - регулирование). Процесс применения компенсации известен как серво-выравнивание или серво-синтез. В целом, в промышленных промышленных сервоприводах используются пропорциональная и интегральная компенсация (PI). Блок-схема на рисунке ниже описывает работу щеточного и безщеточного двигателя постоянного тока. Все коммерческие промышленные сервоприводы используют токовую петлю для регулирования крутящего момента. Рисунок ниже описывает токовую петлю для сервопривода с компенсацией PI.
Если блок-схема на рисунке выше не реализуема, следующая болк-диаграмма разделяет серво-петли на внутреннюю и внешнюю:
Коммерческие промышленные электрические бесщеточные сервоприводы постоянного тока используют внутреннюю петлю тока / крутящего момента для обеспечения адекватной жесткости сервопривода. Пропускная способность серво контура для токовой петли обычно составляет около 1000 Гц. Классический подход регулирования сервоприводов заключается в том, чтобы заключить петлю двигателя / тока в серво петлю скорости. Поскольку большинство коммерческих промышленных бесщеточных сервоприводов постоянного тока имеют обратную связь по положению от арматуры двигателя для целей текущей коммутации; этот сигнал дифференцируется для получения синтетической петли скорости. Кроме того, коммерческие промышленные сервоприводы используют пропорциональную плюс интегральную (PI) сервокомпенсацию для стабилизации синтетической петли скорости.
Типы подстройки/регулирования в сервоприводах Вообще встречаются несколько типов регулирования: П регулированиe (P) Выходная мощность прямопропорциональна ошибке регулирования. Чем больше коэффициент пропорциональности, тем меньше выходная мощность при одной и той же ошибке регулирования. Пропорциональное регулирование можно рекомендовать для малоинерционных систем с большим коэффициентом передачи. Для настройки пропорционального регулятора следует сначала установить коэффициент пропорциональности максимальным, при этом выходная мощность регулятора уменьшится до нуля. После стабилизации измеренного значения, следует установить заданное значение и постепенно уменьшать коэффициент пропорциональности, при этом ошибка регулирования будет уменьшаться. Когда в системе возникнут периодические колебания, коэффициент пропорциональности следует увеличить так, чтобы ошибка регулирования была минимальной, а периодические колебания максимально уменьшились. ПИ регулирование. (PI) Выходная мощность равна сумме пропорциональной и интегральной составляющих. Чем больше коэффициент пропорциональности, тем меньше выходная мощность при одной и той же ошибке регулирования, чем больше постоянная времени интегрирования, тем медленнее накапливается интегральная составляющая. ПИ регулирование обеспечивает нулевую ошибку регулирования и нечувствительно к помехам измерительного канала. Недостатком ПИ регулирования является медленная реакция на возмущающие воздействия. Для настройки ПИ регулятора следует сначала установить постоянную времени интегрирования равный нулю, а коэффициент пропорциональности - максимальным. Затем как при настройке пропорционального регулятора, уменьшением коэффициента пропорциональности нужно добиться появления в системе незатухающих колебаний. Близкое к оптимальному значение коэффициента пропорциональности будет в два раза больше того, при котором возникли колебания, а близкое к оптимальному значение постоянной времени интегрирования - на 20% меньше периода колебаний. ПИД регулирование (PID). Выходная мощность равна сумме трех составляющих: пропорциональной, интегральной и дифференциальной. Чем больше коэффициент пропорциональности, тем меньше выходная мощность при одной и той же ошибке регулирования, чем больше постоянная времени интегрирования, тем медленнее накапливается интегральная составляющая, чем больше постоянная времени дифференцирования, тем сильнее реакция системы на возмущающее воздействие. ПИД-регулятор применяется в инерционных системах с относительно малым уровнем помех измерительного канала. Достоинством ПИД регулятора является быстрый выход на режим, точное удержание заданной температуры и быстрая реакция на возмущающие воздействия. Стандартных алгоритмов автонастройки ПИД не существуют, на практике каждый производитель применяет свой собственный алгоритм регулирования.
Обратная связь в сервоприводе Обратная связь в сервоприводе - это средство изменения и подстройки параметров работы серводвигателя, с тем, чтобы осуществлять контроль работы сервопривода и выполнять функцию следования заданным параметрам для управления сервоприводом. Функционал обратной связи обычно реализован в отдельном устройстве, называемым - частотный преобразователь (или Преобразователь Частоты - ПЧ). Таким образом, для реализации канала обратной связи в сервоприводе нужны три основных устройства: - Серводвигатель (электромотор) - Платы управления с соответствующим функционалом (частотный преобразователь) - Энкодер или частотный преобразователь с функцией безэнкодерного векторного управления сервомотором Итак, обратная связь в сервоприводе может быть реализована несколькими способами: - Обратная связь сервопривода при помощи энкодера (энкодерная обратная связь в серовприводе) Энкодерный канал отрицательной обратной связи в сервоприводах обычно реализуется при помощи электронной платы и датчика угловых положений вала - энкодера. Электронная плата управления обрабатывает сигналы, поступающие от энкодера.
При вращении вала серводвигателя, энкодер преобразовывает механические повороты вала, так называемые - угловые положения вала, в электрические сигналы (чаще всего цифровые данные), после чего, сигналы передаются на управляющее устройство - электронно-цифровую плату управления серводвигателем. Она сравнивает поступающие от энкодера данные и определяет: запускать или остановить электродвигатель сервопривода. После того, как электронная цифровая плата управления сравнила данные, она подает управляющие сигналы на так называемые - силовые ключи, которые, в свою очередь, формируют частоты и режимы работы электродвигателя - уменьшая или увеличивая обороты вращения вала. Таким образом, происходит корректировка работы электродвигателя и следование сервопривода задаваемым внешним параметрам управления. - Обратная связь сервопривода при помощи векторного управления на основе математической модели В данном случае канал обратной связи исключает в своем составе энкодер. Векторное управление сервоприводом осуществляется на основе математической модели, которая содержится в памяти частотного преобразователя в виде математических алгоритмов обработки сигналов. При вращении вала серводвигателя, частотный преобразователь считывает индукционные сигналы с обмоток работающего электродвигателя, после чего, они передаются на управляющее устройство - электронно-цифровую плату управления серводвигателем, которая, в свою очередь, на основе математических моделей выстраивает (вычисляет) так называемые - угловые положения вала электродвигателя данного сервопривода. Управляющая плата сравнивает поступающие от обмоток электродвигателя данные, с данными, которые содержаться в математических моделях, имеющихся в памяти частотного преобразователя и определяет запускать или остановить электродвигатель сервопривода. После того, как электронная цифровая плата управления сравнила данные, она подает управляющие сигналы на так называемые - силовые ключи, которые, в свою очередь, формируют частоты и режимы работы электродвигателя - уменьшая или увеличивая обороты вращения вала. Таким образом происходит корректировка работы электродвигателя и следование сервопривода задаваемым внешним параметрам управления.
Подключение сервоприводов Сервоприводы имеют две группы кабелей: - Силовые (или питающие) кабели: применяются для подачи электропитания на сервопривод - Сигнальные (или дата) кабели: применяются для управления сервоприводом Питающих проводов обычно три штуки и они подключаются к драйверу (частотному преобразователю или сервоусилителю) служат для подачи питания на обмотки сервомотора. Сигнальные дата-кабели служат для подключения энкодера, датчика обратной связи и COM-порта драйвера (сервоусилителя или частотного преобразователя). Сигнальные кабели так же служат для передачи управляющих сигналов на сервопривод. Для уменьшения воздействия наводок электромагнитных полей рекомендуется раздельное размещение силовых и сигнальных кабелей, на некотором расстоянии друг-от-друга (20-40 см), а также необходимо применение экранированных кабелей с обязательным заземлением.
Принцип управления сервоприводами с цифровым интерфейсом Чтобы задать желаемое положение вала в сервоприводе, необходимо послать так называемый "управляющий сигнал". Управляющий сигнал — это импульсы постоянной частоты и переменной ширины. Управляющие сигналы передается на сервопривод по так называемому "сигнальному кабелю", его еще называют "дата-кабель". Для того, чтобы данные на сервопривод поступали без ошибок, а сервоприводы функционировали стабильно, кабели передачи данных экранируют, ставят специальные фильтры и предпринимают ряд других мер. Управление сервоприводами при помощи G-кодов Последовательности управляющих сигналов формируют так называемые G-коды. Основой функционирования современных сервоприводов является работа данных устройств в системе G-кодов. G-коды - это наборы команд для управления работой сервоприводом, посылаемые специальной программой ЧПУ (системой числового программного управления), контроллером управления движения или ПЛК (программно-логическим контроллером). Некоторые типы сервоприводов имеют в своем составе сигнальные процессоры или даже встроенные ПЛК, которые позволяют управлять серводвигателями без необходимости подключения дополнительных устройств управления (ЧПУ, ПЛК). Для ряда задач достаточно мощности встроенной платы управления (см. интегрированный сервопривод). Получая определенный G-код, микропроцессор в сервоприводе обрабатывает его и посылает команду преобразователям, которые конвертируют получаемые команды в сигналы, подаваемые на так называемые, ключи сервопривода, которые в свою очередь, изменяют величину напряжения на якоре или на возбуждающей обмотке статора серводвигателя, исходя из значений уровня входного напряжения. Таким образом происходит управление сервоприводом, в результате чего, достигается точность работы и высокая повторяемость различных циклов работы исполнительных устройств.
Выбор сервопривода (сервомотора) Сервопривод - это сложное высокотехнологичное устройство. В зависимости от задач, которые ставятся перед системой где будет работать каждый конкретный сервопривод, рассчитывается масса рабочих параметров. Надежность работы сервопривода - один из главных определяющих параметров надежности и качества всей системы в целом. Поэтому к подборке требований для сервопривода и его выбору необходимо относиться профессионально. При ненадлежащем выборе сервопривода вся система или отдельные ее узлы могут работать вне заявленных требований и не обеспечивать нужных параметров для исполнения работы. Например, не рассчитав нагрузочные параметры, у сервопривода может не хватать мощности обеспечить работу исполнительных с требуемой скоростью или точностью. Из-за этого будет страдать повторяемость - качество работы или производительность системы. Для корректного выбора сервопривода - необходимо учитывать массу параметров, подходящих для решения поставленных задач. Обычно для подбора сервопривода учитывают следующие характеристики: - Тип сервомотора - Выходная мощность сервопривода - Крутящий момент сервомотора - Момент удержания - Номинальный ток - Момент инерции вала/ротора сервомотора - Напряжение блока питания для шины управления - Напряжение питания силовой части - Разрешение энкодера для сервопривода - Наличие нулевой метки - Шины и интерфейсы управления сервоприводом - Режимы управления сервоприводом - Посадочный типоразмер - Весовые и габаритные характеристики сервопривода - прочие особые характеристики, выходящие из особенностей решаемых задач.
Сервоприводы - в действии
Купить сервопривод (серводвигатель, сервомотор) Вы можете купить сервопривод у нас. Подробные характеристики, функциональные возможности сервоприводов приводятся на нашем сайте в разделе документация. В зависимости от физических требований к использованию, технической конструкции, соотношения инерций двигатель/установка и/или перегрузочных характеристик, мы можем осуществить подбор и предложить наиболее подходящие решения для работы в составе исполнительных систем любой сложности. Можно так же заказать разработку полной системы исполнительных устройств с подобранными сервоприводами и частотными преобразователями.
Сервоприводы и сервомоторы для ЧПУ - в Сервотехнике!
Компания «Сервотехника» более 20 лет поставляет серводвигатели (сервомоторы) следующих производителей: асинхронные серводвигатели Fukuta, серводвигатели фирмы KEB (Германия), сервомоторы компании LS Mecapion и сервоприводы Wittenstein. Имеются собственные разработки серводвигателей, производимые внутри России на собственном заводе. Вся продукция сертифицирована и имеет официальную сервисную гарантию
Купить - Сервопривод (серводвигатель)
В Сервотехнике – Вы можете купить комплектные сервоприводы, серводвигатели/сервомоторы, высоконадежные промышленные частотные преобразователи, редукторы и мотор редукторы известных европейских производителей.
