Сервоприводы устанавливаются в целый ряд станков и широко используются в различных системах автоматизации техпроцессов. Они представляют собой механизмы, оснащенные электромотором, размещаемые под требуемым углом и фиксируемые в одном положении. Нашли широкое применение во многих отраслях промышленности и производстве. В статье ниже расскажем, что это такое — сервопривод, и какие функции он выполняет.
Устройство сервопривода
Сервопривод — это особый тип механического привода с датчиком положения и блоком управления, который позволяет точно контролировать параметры движения за счет использования отрицательной обратной связи. Проще говоря, сервопривод представляет собой электрический мотор с механизмом, способным поворачиваться на заданный угол и оставаться в этом положении.
В конструкции устройства предусмотрены следующие компоненты:
- серводвигатель;
- датчик положения ротора (преобразователь или энкодер);
- конвертер управляющего сигнала;
- редуктор;
- блок питания (сервоусилитель).
Также сервоприводы оснащаются рабочим элементом и тормозной муфтой, чтобы удерживать вал. Этого набора вполне достаточно, чтобы обеспечить бесперебойную эксплуатацию оборудования.
Как работает сервопривод
Принцип работы сервопривода основывается на передаче сигнала управления на электродвигатель синхронного или асинхронного типа. Получив управляющий импульс, мотор приводит в движение механический узел. Тот движется до тех пор, пока не достигнет заданного положения.
О достижении требуемого положения сообщает сигнал с датчика обратной связи, который передает информацию на блок управления сервоприводом. При получении блоком управления сигнала о достижении требуемого положения, сервомеханизм прекращает свою работу и ожидает поступления нового управляющего импульса.
Какие есть разновидности устройств
Все сервоприводы делят на две большие группы:
- синхронные;
- асинхронные.
Главной отличительной чертой синхронных сервоприводов является сочетание высокой динамики, прецизионной точности и сверхмалых размеров. Не менее значимое преимущество — низкий момент инерции ротора относительно крутящего момента. Именно благодаря этому обеспечивается высокая скорость разгона вала — десятки миллисекунд. Они устанавливаются в автоматических коробках передач, чтобы обеспечить комфортное переключение скоростей, а также комплектуется ими различная спецтехника.
Асинхронные модели работают на основе переменного магнитного поля. Частота вращения ротора в данном случае всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора. Такие модели лучше всего подходят для высокоскоростных приложений, где требуются хорошие динамические характеристики на высоких скоростях и при низких моментах инерции. Отличаются малой стоимостью и небольшой точностью.
Если при классификации учитывать разновидность электромотора, то сервоприводы делятся еще на два типа: коллекторные, где ротор имеет вращающиеся щетки, а статор оснащен постоянным магнитом, и бесколлекторные, в которых есть подвижный статор и статичный ротор.
Характеристики устройств
Среди основных технических характеристик приводов с серводвигателем выделяют следующие:
- крутящий момент — бывает номинальным и пиковым, отвечает за меру вращающей силы;
- скорость вращения — определяет, с какой скоростью вращается вал, параметр ограничивается типом сервопривода и видом установленного датчика;
- управление — аналоговое или цифровое;
- питание;
- материал шестерни редуктора — металл, карбон, пластик, титан или их комбинации.
Не менее важной характеристикой считается разновидность редуктора. Бывает он двух типов: планетарный и волновой. Первый обладает высоким передаточным моментом и подходит для использования в тяжелых условиях. Волновой же редуктор высокоточен, отличается плавностью и повышенным передаточным отношением.
Как устроен сервопривод переменного тока
В сервоприводах переменного тока установлены синхронные двигатели с мощными постоянными магнитами, поэтому частота вращения ротора совпадает с частотой магнитного поля, создаваемого обмоткой статора.
Работает устройство по следующему принципу. На статорные обмотки подается трехфазный ток, который формирует во внутренней части статора вращающееся магнитное поле. Оно вступает во взаимодействие с постоянными магнитами в роторе, что приводит к вращению ротора со скоростью магнитного поля.
Процесс рекуперации
Процесс рекуперации происходит в случае, когда направление момента силы нагрузки меняется относительно крутящего момента сервомотора. В случае если объем рекуперационной энергии небольшой, она сохраняется на конденсаторах компонента постоянного тока путем увеличения напряжения на них.
При большой разнице между моментами нагрузки и электромотором напряжение на конденсаторах постоянного тока может стать выше определенного уровня. В этой ситуации рекуперационная энергия передается на тормозной резистор.
Сравнение с шаговым мотором
Если сравнивать сервоприводы со степ-моторами, то первые выигрывают по таким качествам, как:
- высокая точность позиционирования;
- повышенный крутящий момент;
- устойчивость к температурам и механическим нагрузкам;
- сниженное количество оборотов;
- совместимость с быстродействующими приборами;
- простота и легкость настройки для оптимальной работы оборудования.
Если вы решили приобрести сервопривод вместо шагового мотора, стоит помнить, что у сервоприводов, помимо достоинств, есть и минусы. Самый главный из них — большая цена. За современный привод с сервомотором придется заплатить куда больше, чем за степ-мотор. Плюс из-за высокой точности позиционирования вала программу не так легко настраивать, а при чрезмерных нагрузках резистивные дорожки со временем выходят из строя.
Применение сервоприводов
В основном сервоприводы применяются в системах автоматизации и различном роботизированном оборудовании. Основные области применения:
- промышленность — станки с ЧПУ, сборочные линии, печатное оборудование;
- робототехника — роботы и манипуляторы;
- медицина — медицинское оборудование, где важна точность и стабильность перемещения инструментов и датчиков;
- авиакосмическая отрасль.
Использование качественных приводов с сервомоторами обеспечивает высокую производительность промышленного оборудования и снижает участие человека в технологических процессах.
Выбираем качественный сервопривод
Чтобы подобрать подходящий сервопривод, следует для начала рассчитать необходимую скорость и момент, а после, отталкиваясь от этих характеристик, подбирать требуемое устройство. Помимо скорости и момента, важно учесть следующие критерии выбора:
- точность позиционирования — применение высокоточного оборудования оправдано не везде, поэтому при выборе отталкивайтесь от поставленных задач;
- скорость отклика — чем она больше, тем меньше временной промежуток между генерацией сигнала и его отработкой;
- конструкцию — если оборудование работает в тяжелых условиях, следует выбирать модели с пыле- и влагозащитой;
- питание — зависит от характеристик электросети.
Наличие дополнительных функций — обязательное условие, если планируется использовать оборудование для выполнения специфических задач. Правильно подобранный привод с сервомотором расширяет возможности промышленной техники и позволяет автоматизировать многие производственные процессы.
