серводвигатели и приводы: основная сила в промышленной автоматизации 

серводвигатели и приводы

В современной промышленной автоматизации точное управление движением является ключом к эффективному производству и качеству продукции. Серводвигатели и приводы служат основными компонентами для достижения этой цели, и очень важно, чтобы они работали вместе. В этой статье мы подробно рассмотрим основы, типы и принцип работы серводвигателей и приводов, а также их значение для различных промышленных применений.серводвигатели и приводы

Обзор серводвигателей

Серводвигатель – это специально разработанный двигатель, который преобразует входящий электрический сигнал в точное механическое движение. Он является основным компонентом сервосистемы, которая обеспечивает тщательный контроль скорости и точности позиционирования за счет косвенного механизма переменной скорости двигателя. Серводвигатель обычно состоит из ротора, статора и системы обратной связи. Ротор отвечает за создание вращательного движения, а статор обеспечивает магнитное поле. Система обратной связи, например энкодер, отслеживает фактическое положение и скорость двигателя и передает эту информацию в систему управления.

Серводвигатели делятся на две основные категории: постоянного и переменного тока. Серводвигатели постоянного тока классифицируются как щеточные и бесщеточные. Щеточные двигатели отличаются низкой стоимостью, простой структурой, большим пусковым моментом, широким диапазоном скорости, простотой управления, но требуют обслуживания, а обслуживание не очень удобно, в то же время будут создавать электромагнитные помехи, экологические требования, подходят для чувствительных к стоимости общепромышленных и гражданских случаев. Бесщеточный двигатель имеет небольшие размеры, малый вес, большую мощность, быстрый отклик, высокую скорость, малую инерцию, плавное вращение, стабильный крутящий момент, сложное управление, но легко реализуемый интеллект, не требует обслуживания, высокую эффективность, низкую рабочую температуру, малое электромагнитное излучение, долгий срок службы, может использоваться в различных условиях.

Серводвигатели переменного тока также являются бесщеточными двигателями и делятся на синхронные и асинхронные двух видов. В настоящее время синхронные двигатели обычно используются в управлении движением, с большим диапазоном мощности, который может быть очень большим и подходит для приложений с большой инерцией и низкой скоростью плавной работы. Основное различие между серводвигателями переменного тока и бесщеточными серводвигателями постоянного тока с точки зрения функциональности заключается в том, что серводвигатели переменного тока используют управление синусоидальной волной с небольшими пульсациями крутящего момента, а серводвигатели постоянного тока – управление трапецеидальной волной, но сервосистемы постоянного тока относительно просты и дешевы.

Роль сервоприводов

Сервопривод, также известный как сервоконтроллер или сервоусилитель, является связующим звеном между источником питания и серводвигателем. Он отвечает за получение команд от системы управления и преобразование их в сигналы, понятные двигателю. Основные функции сервопривода включают в себя управление током, управление напряжением, обработку обратной связи и диагностическую защиту.

• Управление током: привод регулирует крутящий момент и скорость двигателя путем регулирования тока, подаваемого на двигатель.
• Управление напряжением: привод отвечает за поддержание напряжения на двигателе в безопасном и эффективном диапазоне.
• Обработка обратной связи: привод получает сигналы обратной связи от энкодера двигателя для управления в замкнутом контуре, чтобы убедиться, что фактическое движение двигателя соответствует желаемому движению.
• Диагностика и защита: привод имеет диагностические функции, которые контролируют состояние двигателя и обеспечивают защиту при обнаружении аномалий, таких как перегрузка, перегрев или перенапряжение.

Принцип работы и синергетический эффект

Принцип работы серводвигателя основан на электромагнитной индукции. Когда ток проходит через обмотки статора, создается вращающееся магнитное поле. Это поле взаимодействует с постоянными магнитами на роторе, создавая крутящий момент, который вращает двигатель. Серводвигатели разработаны для обеспечения высокой плотности крутящего момента, быстрого отклика и точного управления.

Синергия между серводвигателем и приводом достигается благодаря точным алгоритмам управления. Система управления посылает на привод команды движения, которые могут включать такие параметры, как положение, скорость или ускорение. Привод преобразует эти команды в сигналы напряжения и тока, понятные двигателю, и двигатель выполняет соответствующее движение на основе этих сигналов. В то же время энкодер двигателя отслеживает положение и скорость двигателя в режиме реального времени и передает эту информацию обратно в привод. Привод использует эту информацию обратной связи для управления в замкнутом контуре, регулируя ток и напряжение, подаваемые на двигатель, чтобы фактическое движение двигателя соответствовало инструкциям.

Области применения
Сочетание серводвигателей и приводов играет важную роль во многих промышленных приложениях.

• Руки роботов: в автоматизированных производственных линиях руки роботов должны точно перемещаться и позиционироваться для выполнения сложных операций. Сочетание серводвигателей и приводов обеспечивает точное управление, необходимое для обеспечения точности каждого движения руки робота.
• Станки с ЧПУ: станки с компьютерным числовым программным управлением (ЧПУ) требуют точного управления движением нескольких осей для достижения высокой точности обработки. Сочетание серводвигателей и приводов позволяет станку достигать высокой скорости, высокой точности резки и гравировки.
• Упаковочное оборудование: на упаковочных линиях комбинация серводвигателей и приводов используется для управления скоростью и положением конвейерных лент, обеспечивая упаковку продукции с одинаковой скоростью и в одинаковом положении.

Тенденции будущего

По мере развития технологий повышается производительность серводвигателей и приводов. В будущих сервосистемах могут использоваться более эффективные конструкции двигателей и приводов для снижения энергопотребления; размеры могут быть еще больше уменьшены для легкой интеграции в более компактное оборудование; интеграция может быть более высокой, объединяя двигатель, привод и систему управления в единый блок для упрощения процесса установки и ввода в эксплуатацию; и, с развитием технологий искусственного интеллекта и машинного обучения, сервосистемы могут использовать более интеллектуальные алгоритмы управления для решения более сложных задач управления движением.

Таким образом, взаимодействие серводвигателей и приводов является основой для достижения точного управления движением. Они играют ключевую роль в промышленной автоматизации, обеспечивая постоянное повышение производительности и качества продукции. По мере развития технологий эта комбинация будет продолжать играть важную роль в промышленной автоматизации, что приведет к будущим инновациям и развитию.