伺服驱动器在设备自动化中的使用

技术进步和竞争导致生产率不断提高,技术装备自动化程度不断提高。同时,对可调电驱动器在调速范围、定位精度、过载能力等参数方面的要求也越来越高。

为了满足要求,开发了现代电驱动的高科技设备——伺服驱动器。这些驱动系统在广泛的速度控制范围内保证了高精度的运动过程并实现了良好的可重复性。伺服驱动器是电力驱动器的最先进阶段。

直流转交流

长期以来,直流电机主要用于控制驱动。这是由于应用电枢电压控制定律的简单性。磁放大器、晶闸管和晶体管调节器用作控制设备,模拟测速发电机用作速度反馈系统。

晶闸管电驱动是一种可控的晶闸管变流器,提供电源 永久引擎…电驱动的电源电路包括:匹配变压器TV;由 12 个晶闸管 (V01 … V12) 连接成六相半波并联电路组成的可控整流器;限流器 L1 和 L2 以及独立励磁的直流电机 M。 三相变压器 电视有两个电源线圈和一个与它们屏蔽的线圈,用于为控制电路供电。初级绕组接成三角形,次级绕组接成六相星形,中性点。

这种驱动器的缺点是控制系统复杂、存在降低电机可靠性的电刷集电器以及高成本。

电子学的进步和新型电气材料的出现改变了伺服技术领域的局面。最近的进步使得可以使用现代微控制器和高速、高压功率晶体管来抵消交流驱动控制的复杂性。 永磁体,由钕铁硼和钐钴合金制成,由于其高能量强度,显着改善了转子上带磁铁的同步电机的特性,同时减轻了它们的重量和尺寸。因此,驱动器的动态特性得到改善,尺寸减小。异步和同步交流电机的趋势在传统上基于直流电驱动的伺服系统中尤为明显。

异步伺服

伺服异步电动机由于其简单可靠的设计和低成本而在业界最受欢迎。然而,此类电机在转矩和速度控制方面是一个复杂的控制对象,使用实现矢量控制算法的高性能微控制器和高分辨率数字速度传感器可以获得速度控制范围和精度特性异步电驱动,不比同步伺服驱动差。

频率控制交流感应驱动器使用晶体管或晶闸管变频器改变鼠笼式感应电机轴的速度,将频率为 50 Hz 的单相或三相电压转换为频率可变的三相电压在 0.2 至 400 赫兹的范围内。

今天 变频器 是一种基于现代半导体的小型设备(比类似功率的异步电动机小得多),由内置微处理器控制。 可变异步电驱动 让您解决生产自动化和节能的各种问题,特别是技术机器的旋转速度或进给速度的无级调节。

在成本方面,异步伺服驱动器在大功率时具有无可争议的优势。

同步伺服

伺服同步伺服电动机是永磁励磁和光电转子位置传感器的三相同步电动机。他们使用鼠笼式或永磁体转子。它们的主要优点是与产生的扭矩相比,转子的转动惯量较低。这些电机与伺服放大器结合工作,伺服放大器包括二极管整流器、电容器组和基于功率晶体管开关的逆变器。为了消除整流电压的纹波,伺服放大器配备了一组电容器,并在制动时将电容器中积累的能量转换为放电晶体管和镇流电阻,从而提供有效的动态制动。

变频同步伺服驱动器响应速度快,与脉冲程序控制系统配合良好,可用于对以下驱动品质有要求的各种行业:

  • 工作体定位精度高;

  • 保持高精度扭矩;

  • 保持移动速度或高精度进给。

同步伺服电机和基于它们的变量驱动器的主要制造商是三菱电机(日本)和 Sew-Evrodrive(德国)。

Mitsubishi Electric 生产一系列低功率伺服驱动器 - Melservo-C,有五种尺寸,额定功率从 30 到 750 W,额定速度 3000 rpm,额定扭矩从 0.095 到 2.4 Nm。

公司还生产额定功率0.5~7.0kW、额定转速2000rpm、额定扭矩2.4~33.4Nm的中功率伽马频率伺服驱动器。

三菱的MR-C系列伺服驱动器成功替代了步进电机,因为它们的控制系统完全兼容(脉冲输入),同时又摆脱了步进电机固有的缺点。

伺服MR-J2(S)伺服电机与众不同之处在于内置了带扩展内存的微控制器,最多包含12个控制程序。这种伺服驱动器在整个运行速度范围内运行时不会损失精度。该设备的显着优势之一是它能够补偿“累积误差”。在一定数量的占空比后或根据来自传感器的信号,伺服放大器简单地将伺服电机“归零”。

Sew-Evrodrive 提供单个组件和完整的伺服驱动器以及全套附件。这些器件的主要应用领域是编程机床的执行器和高速定位系统。

以下是 Sew-Evrodrive 同步伺服电机的主要特点:

  • 启动扭矩 — 从 1 到 68 Nm,并且在存在用于强制冷却的风扇的情况下 — 高达 95 Nm;

  • 过载能力——最大扭矩与启动扭矩之比——可达3.6倍;

  • 高防护等级(IP65);

  • 内置于定子绕组中的热敏电阻控制电机的加热,并在任何类型的过载情况下排除电机损坏;

  • 脉冲光电传感器 1024 脉冲/转。提供高达1:5000的速度控制范围

让我们得出结论:

  • 在可调伺服驱动领域,有用数字控制系统的交流电驱动取代模拟控制系统的直流电驱动的趋势;

  • 基于现代小型变频器的可调异步电动驱动器可以高度可靠和高效地解决生产自动化和节能方面的各种问题。建议将这些驱动器用于平稳调整木工机械和机器中的进给率;

  • 异步伺服驱动器在大功率和 29-30 N / m 以上的扭矩(例如,剥皮机中的主轴旋转驱动器)下与同步驱动器相比具有无可争辩的优势;

  • 如果需要高速(自动循环的持续时间不超过几秒)并且产生的扭矩值高达 15–20 N / m,则基于具有不同类型传感器的同步电机的可调伺服驱动器应, 这使得可以在不减少力矩的情况下将旋转速度调整到 6000 rpm;

  • 基于交流同步电机的变频伺服驱动器允许在不使用 CNC 的情况下创建快速定位系统。

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