Позиционеры — это устройства, используемые в большинстве промышленных применений для точного манипулирования телом или инструментом. При выборе подходящего приводного двигателя для этих механизмов обычно встречаются только два типа — серводвигатели и двигатели переменного тока. Хотя можно утверждать, что выбор того или иного типа в зависимости от целей производительности имеет значение, существуют различия, которые необходимо учитывать в зависимости от требований применения. Эти различия необходимо понимать, и они очень важны для повышения эффективности моторизованных позиционеров и их плавной интеграции в современную промышленную систему. В этом отчете рассматриваются основные различия между серводвигателями и двигателями переменного тока, приводятся их конкретные области применения, преимущества и случаи использования каждого из них. Если вы обратитесь к инженерам, сервисным специалистам или частным лицам в бизнесе за информацией, необходимой для удовлетворения их потребностей в промышленном взаимодействии и уровне, информация, содержащаяся в этой статье, будет легко доступна и поможет вам принять правильное решение.
Введение в типы двигателей
Что такое двигатели переменного тока (AC)?
Среди разнообразных типов электродвигателей, также известных как двигатели переменного тока, есть и те, которые питаются электрическим током, при этом направление тока периодически переключается. Благодаря своей простой конструкции и высокой производительности они широко используются в большинстве отраслей промышленности. Двигатели переменного тока обычно делятся на два основных типа – синхронные и асинхронные (или индукционные). Синхронные двигатели работают с постоянной скоростью, которая строго синхронизирована с частотой питающего тока, и подходят для применений, требующих плавного и точного регулирования скорости. В отличие от них, индукционные двигатели более специализированы, что позволяет использовать более надежные и экономичные решения в промышленных целях, таких как конвейеры, вентиляторы и насосы. Легкость преобразования режимов работы в зависимости от таких факторов, как низкое тепловыделение, простота конструкции, минимальные требования к техническому обслуживанию, позволяет выбирать эффективные и экономичные двигатели для работы как на переменном, так и на постоянном токе, подходящие для большинства промышленных и бытовых установок.
Объяснение механики серводвигателей
Существуют специальные двигатели, созданные для выполнения особых функций в машинах. Например, сервопривод может иметь очень контролируемые движения и вращаться только на 90 градусов в каждом направлении, в отличие от обычного двигателя, который будет постоянно вращаться, выполняя необходимую функцию. Серводвигатель можно рассматривать как «усовершенствованную» версию обычного двигателя, дополнительно оснащенную механизмом обратной связи. В обычных двигателях происходят процессы, которые отсутствуют в сервоприводах. В отсутствие контура обратной связи двигатель будет продолжать вращаться до тех пор, пока не будет отключен. Обычный двигатель предназначен для выполнения определенной функции и выключения. Он не способен достичь максимального крутящего момента… если его никогда не останавливали в процессе работы!
Современные серводвигатели известны своей способностью создавать компактные машины для передачи мощности в широком диапазоне скоростей, высокой удельной крутящей способностью и стабильной работой. Серводвигатели в основном выпускаются в вариантах переменного и постоянного тока, причем серводвигатели переменного тока чаще встречаются в промышленном применении благодаря своей надежности и способности выдерживать высокие коэффициенты заполнения. Они обеспечивают еще больший контроль при использовании со сложными системами управления, где обеспечивается бесшовная связь и синхронизация множества других устройств автоматизации. Системы с замкнутым контуром, использующие серводвигатели, в настоящее время являются наиболее распространенными компонентами в системах управления движением. Благодаря технологическому прогрессу, серводвигатели открывают множество инновационных применений во многих отраслях, таких как прецизионное управление движением.
Понимание работы серводвигателей постоянного тока в доступной форме
Серводвигатель постоянного тока — это особый тип двигателя, который обычно использует источник питания для управления своим движением. Этот тип двигателя сочетает в себе характеристики притяжения, присущие двигателям постоянного тока, с устройством обратной связи по положению, таким как энкодер, потенциометр и т. д., для мониторинга и автоматизации управления. Благодаря этому серводвигатели постоянного тока лучше всего подходят для таких применений, как робототехника, миниатюрные компоненты и другое подвижное оборудование, где требуется высокоточное управление. Действительно, в случае серводвигателей постоянного тока возможно поддерживать высокий уровень крутящего момента вплоть до скорости вращения, что делает их идеальными для применений, требующих высокой точности. Аналогично, улучшения в конструкции и общих методах проектирования системы управления повысили эффективность и срок службы серводвигателей постоянного тока, что делает их актуальными в существующих и новых областях техники.
Основные различия между серводвигателями и двигателями переменного тока
Механизмы управления в сервоприводах и системах переменного тока
Что касается двигателей переменного тока, то управление с разомкнутым контуром, как правило, является лучшим, самым простым и экономически эффективным методом управления. Серводвигатели управляются системой управления с замкнутым контуром, которая постоянно отслеживает обратную связь от энкодера и резольвера относительно положения и скорости машины для обеспечения точной настройки. В таких случаях серводвигатель может вносить корректировки в режиме реального времени, обеспечивая высокую точность и стабильную работу даже при изменении нагрузки. Еще одна полезная особенность серводвигателей — наличие в системе самых современных контроллеров движения, специально разработанных для выполнения определенных функций, что очень помогает, особенно в ряде областей исследований и разработок и в других смежных областях, ориентированных на точное управление. С другой стороны, двигатели переменного тока в основном управляются с разомкнутым контуром. Это означает, что они полагаются на частоту и напряжение, подаваемые на них, для регулирования своей скорости и крутящего момента. Также некоторые двигатели переменного тока могут управляться с помощью преобразователя частоты, однако они значительно уступают по качеству управления системам на основе серводвигателей. Когда требуется не столько высокая точность, сколько простота конструкции и длительный срок службы, то для данного применения, скорее всего, будут выбраны двигатели переменного тока. Разница в типах логики управления очень важна в машинах и технологиях, оснащенных сервоприводами и двигателями переменного тока.
| Характеристика | Асинхронный двигатель переменного тока | Сервомотор |
|---|---|---|
| Тип управления | Открытый цикл | Замкнутый контур (обратная связь) |
| Точность | Низкий, чтобы Умеренный | Экстремально высокий |
| Крутящий момент на скорости | Технология | Стабильность по всему диапазону |
| Стоимость | Низкая | Более высокая (системная стоимость) |
Эксплуатационные характеристики различных двигателей
По этой причине различные машины проектируются для разных применений, каждая из которых обладает уникальными техническими характеристиками и особенностями эксплуатации. Например, двигатели переменного тока нашли широкое применение в промышленном секторе благодаря своей прочности, эффективности в работе и минимальному техническому обслуживанию. Они особенно эффективны в условиях установившегося режима работы и могут с большой уверенностью выдерживать большие нагрузки даже при полной нагрузке. Однако те же самые задачи могут быть неактуальны, когда требуется быстрый запуск или точное управление. С другой стороны, механизмы, не имеющие идеальных решений для применений, где требуется точность шагового двигателя, контролируемое изменение скорости и быстрая реакция на ускорение, называются серводвигателями. В общей автоматизации они имеют «датчики», такие как энкодеры, для управления положением, а валы должны отображать некоторое движение между предварительными положениями для управления. Такие линии управления на конкретном валу необходимы для очень эффективного управления. Кроме того, двигатели постоянного тока широко предпочтительны из-за простоты управления, особенно в маломощном сегменте по сравнению с двигателями переменного тока. Двигатели постоянного тока позволяют точно регулировать скорость и крутящий момент путем изменения подаваемого напряжения, что делает их подходящими для использования в небольших машинах, игрушках и мобильных аксессуарах. Это справедливо для обоих типов двигателей, поскольку принцип их конструкции должен соответствовать их областям применения, что расширяет возможности использования двигателей как в промышленности, так и для пользовательских нужд.
Сравнение затрат и экономические факторы
При выборе типа двигателя расчет себестоимости и экономических аспектов оказывает существенное влияние на окончательное решение. Двигатели переменного тока сравнительно дешевле в крупных промышленных кругах, поскольку они, как правило, менее сложны в конструкции и более доступны. Централизованные системы электроснабжения экономически более выгодны при проектировании электрооборудования, поскольку они используют систему более интенсивно и в течение длительного времени. В отличие от них, двигатели постоянного тока компенсируют затраты на установку таких материалов, как щетки и электронный контроллер, и обладают высокой эффективностью во многих высокотехнологичных областях применения. Однако на данном этапе возникает вопрос об эксплуатационных расходах этих двух типов двигателей, когда речь идет об энергопотреблении электросистемы. Двигатели переменного тока могут быть дешевле, но из-за особенностей конструкции их эффективность может быть предметом дискуссий. Наконец, двигатели постоянного тока могут стать оптимальным решением для снижения ежедневных затрат на техническое обслуживание машин, работающих с высокой точностью или различной скоростью. Точная оценка этих экономических проблем позволяет оценить производительность с учетом любых финансовых ограничений, и именно в этом контексте формируются решения, применимые в различных случаях.
Применение сервомоторов в управлении положением
Применение в автоматизации
Сервомотор приобрел огромное значение с появлением автоматизации в ходе промышленных революций XX века. Применение сервомоторов очень распространено в отрасли промышленности, использующие автоматизированные машины, такие как роботы Сервоприводы позволяют точно и без вибраций перемещать детали, обеспечивая сборку, сварку или перемещение материалов. В контексте производства серводвигателей, контроллеры хода, относящиеся к категории серводвигателей, значительно помогают сократить время цикла в некоторых производственных процессах. Более того, в упаковочной промышленности серводвигатели позволяют точно позиционировать продукт при заполнении, исключая любые повреждения или пролитие, тем самым сокращая потери. Таким образом, именно широкий спектр применения этих устройств и их надежность делают их столь востребованными в условиях развития автоматизированных систем в промышленности.
Учитывая возможности современных сервомоторов и их полезность для повышения точности измерений, следует отметить следующее:
Высокоточные задачи требуют от серводвигателей многочисленных преимуществ, обеспечивающих им постоянную точность позиционирования в различных отраслях. Обеспечение высокого качества позиционирования, скорости и управления является критически важным аспектом в приложениях, требующих определенных движений, таких как роботизированные манипуляторы и станки с ЧПУ. Серводвигатели, используемые в таких приложениях, поддерживают высокий уровень точности даже в изменяющихся условиях, поскольку они способны работать даже при проверке алгоритмов обработки ошибок. Они обладают привлекательными свойствами, такими как высокий коэффициент мощности, позволяющий экономить топливо за счет низкого энергопотребления при сохранении высокой производительности. Кроме того, высокоточные вращатели также гибки, что позволяет интегрировать даже сложные системы датчиков и контроллеров, тем самым еще больше повышая производительность интеллектуальных производственных систем. Эти преимущества делают серводвигатели предпочтительным выбором в отраслях, стремящихся к очень высокому уровню точности, надежности оборудования и круглосуточной работе в автоматическом режиме, среди прочих возможностей.
Включение обратной связи от энкодера
В поддержании рабочих характеристик и точности серводвигателя одной из основных функций является энкодер в системе обратной связи. Благодаря способности энкодера эффективно определять местоположение двигателя в реальном времени, он никогда не ошибается во время работы, и любое движение в этот момент времени изменяет состояние двигателя. В данной конструкции система в основном сосредоточена на определении местоположения, скорости и направления движения двигателя, благодаря чему необходимые корректировки выполняются быстро, а цели управления легко достигаются. Кроме того, использование новых технологий датчиков энкодера в сочетании с серводвигателями делает машины еще более точными, чем раньше, в отраслях, требующих строгого позиционирования. Сложные системы энкодеров также выводят групповую настройку на новый уровень, обеспечивая связь в общей автоматизированной системе, что способствует модернизации систем для новой, более интеллектуальной и интегрированной производственной среды.
Применение двигателей переменного тока в промышленности
Использование асинхронных двигателей в современном обществе
Неоспоримым фактом является то, что асинхронные двигатели стали неотъемлемой частью современных промышленных систем. Их долговечность в сочетании с низкими требованиями к техническому обслуживанию сделали их полезными в самых разных областях применения, от конвейерных систем и водяных насосов до мощных компрессоров и вентиляторов. Прочная конструкция и способность эффективно работать при любой нагрузке делают их идеальным решением в местах, где повреждения или поломки недопустимы. Применение частотно-регулируемых приводов (ЧРП) еще больше повысило ценность таких двигателей, обеспечив, помимо прочего, регулирование скорости и экономию энергии. Это позволяет предприятиям экономить на эксплуатационных расходах, обеспечивая при этом отличное качество работы. Благодаря своей адаптивности и стабильности в работе, асинхронные двигатели, несомненно, поддерживают современное промышленное оборудование и обеспечивают активную работу при изменяющихся нагрузках.
Развитие мощных двигателей переменного тока
Благодаря огромным преимуществам двигателей переменного тока в контексте работы на высоких мощностях, эти модели очень популярны в промышленности. К преимуществам этих двигателей по сравнению с другими относятся низкие потери энергии при высокой мощности, что делает их необходимыми для... промышленные сектора, такие как производствоасинхронные двигатели, являющиеся разновидностью двигателей переменного тока, не нуждаются в щетках и коммутаторах. Это означает, что их обслуживание требует меньше усилий, и они более надежны в течение более длительного периода эксплуатации. Кроме того, двигатели переменного тока имеют широкий диапазон скорости и крутящего момента, что позволяет эффективно интегрировать их с различным оборудованием. Технологические достижения, такие как внедрение частотно-регулируемых приводов, способствуют повышению эффективности этих двигателей за счет регулирования скорости и оптимизации энергопотребления. Это в конечном итоге способствует снижению энергопотребления и повышению экологической устойчивости за счет уменьшения загрязнения. Такой подход учитывает любые возможные отказы из-за экстремальных условий, обеспечивая тем самым надежную основу для двигателей переменного тока в мощных, критически важных системах. В долгосрочной перспективе двигатели переменного тока гораздо более экономичны и надежны благодаря своим характеристикам и дополнительным средствам управления. Следовательно, промышленные двигатели переменного тока необходимы, поскольку они обеспечивают энергосбережение, сервисное обслуживание и новые технологии управления на высоком уровне производительности.
Сравнение с бесщеточными двигателями
В промышленности и коммерческих целях часто используются двигатели переменного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока. Однако существуют различия в их конструкции, принципах работы и в том, насколько один тип двигателя подходит для конкретного применения. Двигатели переменного тока предназначены для работы с небольшим количеством простых деталей и компонентов, а также для самых сложных задач. Такие двигатели часто дешевле, проще в ремонте и лучше всего подходят для случаев, когда нет необходимости беспокоиться об эффективности двигателя в суровых условиях. Аналогично, бесщеточные двигатели постоянного тока являются одними из лучших механических изделий, известных своей точностью, минимальным энергопотреблением и длительным сроком службы благодаря отсутствию энергопотребляющих компонентов, таких как щетки. В сочетании с их небольшими размерами и способностью обеспечивать плавное и точно выверенное вращательное усилие, они хорошо подходят для задач в таких областях, как автоматизация – робототехника, бытовая техника и транспортные средства. Кроме того, для бесщеточных двигателей постоянного тока довольно часто используются передовые электронные системы управления скоростью и положением, что подходит для автоматизированных систем и высокотехнологичных областей. Хотя двигатели переменного тока могут быть более эффективными и надежными для мощных применений, в случаях, требующих сохранения точности, энергопотребления и соблюдения требований к малым размерам, целесообразнее использовать бесколлекторные двигатели постоянного тока (BLDC). Разница в использовании этих двух типов двигателей становится очевидной только при рассмотрении условий эксплуатации, поскольку каждый из них имеет определенные специфические особенности, необходимые для различных отраслей промышленности.
Выбор правильного двигателя для вашего приложения
Что следует учитывать при выборе двигателя
Прежде чем выбрать идеальный двигатель для конкретного применения, первым шагом всегда является определение эксплуатационных требований конкретного проекта. При этом следует учитывать крутящий момент, рабочую скорость, а также выходную мощность. В случаях, когда требуется высокая скорость вращения или необходимо обеспечить высокоэффективное управление, предпочтительнее может быть бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC), поскольку он обеспечивает эффективность и надежность в таких условиях. Однако для более сложных промышленных процессов, связанных с перемещением больших нагрузок и требующих высокого уровня защиты, оптимальным решением может стать двигатель переменного тока, обладающий необходимой мощностью и энергией в соответствии с заданными требованиями. Далее рассматриваются условия эксплуатации и энергопотребление как важные факторы. Если двигатель будет подвергаться воздействию высоких температур, пыли или влаги, необходимо убедиться, что заявленный класс защиты (IP-рейтинг) соответствует требованиям для работы в таких условиях. Кроме того, эффективность двигателя имеет важное значение, поскольку двигатели обычно потребляют много энергии на промышленных и коммерческих предприятиях. Правильный выбор энергоэффективных продуктов имеет и другие преимущества, включая сокращение эксплуатационных расходов, помимо снижения воздействия на окружающую среду. Кроме того, я оцениваю весь жизненный цикл, то есть учитываю первоначальную стоимость, техническое обслуживание и ожидаемый срок службы двигателя, чтобы обеспечить его ценность и надежность в долгосрочной перспективе. Я проверяю, может ли он работать с промышленным оборудованием и насколько легко его можно интегрировать в существующую систему. Для большинства недавно установленных машин двигатели, обеспечивающие превосходное управление, поскольку они относятся к более высокому технологическому уровню, например, предназначенные для частотно-регулируемых приводов или имеющие более сложную конструкцию, обладают гораздо лучшей производительностью и результатами. Соответствующие технические характеристики двигателя определяются с учетом различных факторов, чтобы ограничить стоимость, которую должен обеспечивать двигатель, а также потребности, существующие на данный момент, и прогнозируемые на будущее.
Как определить параметры источников питания
Понимание требований к таким факторам, как источник питания, становится крайне важным, поскольку это гарантирует бесперебойную и успешную работу компонентов во многих системах, в которые интегрированы приводы. Ключевым моментом в этом отношении является совместимость по напряжению, другими словами, важность обеспечения соответствия выходного напряжения выбранного источника питания номинальному напряжению двигателя или устройства. Проблемы несоответствия напряжения могут привести к неэффективности использования мощности, перегреву и даже выходу из строя. Следом по приоритету следует вопрос тока, то есть способность источника питания обеспечивать необходимый ток в любой конкретный момент времени, особенно если при запуске требуется большой ток. Кроме того, крайне важно учитывать тип источника питания — будет ли использоваться переменный или постоянный ток в зависимости от конкретного применения. Источники постоянного тока чаще используются в системах с высокой точностью и требующих регулярного технического обслуживания, в то время как источники переменного тока обычно используются в системах с крупными двигателями, например, на заводах, поскольку их легко найти и расширить. С другой стороны, крайне важно учитывать защитные характеристики источника питания, особенно эффективные меры защиты, такие как защита от перегрузки или короткого замыкания, которые позволяют повысить уровень безопасности и долговечность всей системы. Все эти стратегии позволяют улучшить производительность устройства, минимизируя при этом опасность, связанную с низким энергопотреблением. Поэтому крайне важно подобрать источник питания в соответствии со специфическими требованиями конкретного приложения.
Предложения для различных областей
- В производственном секторе: Когда речь идет о производственных предприятиях, надежность и долговечность являются основными характеристиками, которые учитываются при выборе источников питания. Применение вспомогательных методов, таких как интегрированные в трансформатор системы бесперебойного питания (ИБП) с высокими показателями энергоэффективности, является одним из инструментов, которые можно использовать для снижения перебоев в электроснабжении. Также поддерживаются модульные источники питания, которые используются для питания различных нагрузок и предназначены для легкой модернизации.
- В секторе здравоохранения: Стабильность и точность имеют решающее значение для устройств, используемых в здравоохранении, поскольку им требуется питание с высокой точностью. Для медицинских устройств, работа которых не должна нарушаться из-за сильного флуоресцентного или лазерного излучения, необходимы устройства питания с наименьшим уровнем электромагнитных помех. Резервирование повышает вероятность успеха в критических ситуациях.
- Дата-центры: Строительство ИТ-инфраструктуры, в частности центров обработки данных, требует тщательного проектирования, поскольку такие объекты предназначены для поддержки и развития современных инновационных отраслей промышленности и научно-технического прогресса со всеми сопутствующими факторами, такими как теплоотвод, энергопотребление и другие характеристики. Проектирование систем с показателем доступности «шесть девяток» и внедрение охлажденной воды в дата-залы может оказаться неэффективным, а также дорогостоящим для основной точки гибридной ИТ-инфраструктуры. Комплексная стратегия «зеленых» центров обработки данных также послужит хорошим обоснованием для таких мер.
- Сектор возобновляемой энергетики: Силовая электроника для систем возобновляемой энергии, таких как фотоэлектрические панели, ветроэнергетические установки и т. д., должна быть спроектирована для работы в условиях колебаний мощности. С помощью контроллеров отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) и инверторов напряжения с накопителями энергии можно повысить эффективность и оптимизировать работу силовых электронных преобразователей.
- Транспортная промышленность: Источники питания для электромобилей и систем общественного транспорта должны быть эффективными, легкими и компактными. Продукты, обеспечивающие быструю зарядку и обладающие хорошими функциями контроля температуры, могут не только поддерживать работу источника питания, но и снижать его эксплуатационные расходы.
Рентабельность, безопасность и охрана окружающей среды — это принципы, которыми руководствуются все отрасли промышленности. Вполне возможно и выгодно вводить в эксплуатацию правильное электрооборудование и машины для конкретных предприятий и объектов.
Справочные источники
Система микросервоуправления диаметром 4 мм в позиционере волокна.
mdpi.com
В статье обсуждается влияние сервосистем на характеристики позиционера волокна, а также приводятся сведения о применении серводвигателей.
Исполнительные механизмы для микропозиционеров и нанопозиционеров
asmedigitalcollection.asme.org
В работе исследуется роль исполнительных механизмов, включая сервоприводы и двигатели переменного тока, в системах точного позиционирования.
Автоматическая система позиционирования и управления для моторизованного параболического солнечного отражателя
researchgate.net
Рассматривается использование сервомоторов в моторизованных позиционерах для солнечных электростанций.
Ведущий производитель и поставщик сварочных позиционеров в Китае
Часто задаваемые вопросы (FAQ):
В чём сервопривод превосходит технологию приводов переменного тока в управлении положением?
Сервопривод предназначен для обеспечения динамического позиционирования оборудования. Приводы переменного тока используются для управления двигателями в машинах переменного тока, главным образом для регулирования скорости или крутящего момента. Внутренняя схема сервопривода представляет собой набор управляющих цепей, и в зависимости от предполагаемого использования к нему можно добавить контроллер движения. Такой тип управления сервоприводом позволяет быстро и легко регулировать функции компонентов, такие как положение и скорость, а также управлять током, что является наиболее подходящим вариантом. Современные конструкции приводов представляют собой улучшение по сравнению с предыдущими классами, но преимуществом сервоприводов перед приводами асинхронных двигателей по-прежнему остается вопрос простоты управления и обратной связи. Приводы переменного тока могут стать более дешевыми инструментами для простого использования, в то время как сервоприводы лучше подходят для более сложных и скоординированных операций. Существуют компании, такие как Kollmorgen, которые производят полные комплекты сервоприводов, необходимые для современного использования печатных машин.
Каковы результаты исследования характеристик сервоприводов с учетом таких факторов, как крутящий момент, мощность и скорость вращения?
До настоящего момента шаговые двигатели отличались простотой управления в разомкнутом контуре, что обеспечивало им популярность благодаря более низким ценам на позиционеры. Однако они, как правило, страдают от потери шага, минимизируют крутящий момент на высоких скоростях и имеют более низкую эффективность. Бесщеточные серводвигатели постоянного тока (BLDC), сокращенное название которых означает бесщеточные серводвигатели постоянного тока, снижают указанные риски, поскольку BLDC обладают двумя отличительными особенностями: низкими скоростями, высоким крутящим моментом и отсутствием пульсаций крутящего момента. Для каждого применения существуют свои преимущества и недостатки; поэтому использование шагового двигателя в качестве драйвера очень удобно, не требует лицензирования и не нужно беспокоиться о триггерной электронике, однако необходимо использовать сервомеханизм, который более точен и обладает выраженными динамическими характеристиками. Более мощные двигатели постоянного тока и двигатели с вращающимся винтом, приводящие в движение ходовой винт двигателя, являются редкостью на современном рынке сервоприводов, такие технологии с постоянными магнитами в настоящее время выведены из эксплуатации. Учитывая нынешние представления, как в случае со многими прецизионными таблицами перевода, проектные характеристики сервоприводов, даже если их стоимость в целом, более оправданы.
Целесообразно ли использовать серводвигатели с постоянными магнитами вместо синхронных серводвигателей переменного тока для высокоточных применений, если речь идёт о прецизионных позиционерах?
В статье представлено подробное сравнение физической конструкции и типа ротора серводвигателей переменного тока с постоянными и синхронными магнитами. Преимуществом двигателя с постоянными магнитами является использование магнитов в роторе, что позволяет достичь высокого крутящего момента и, как следствие, более высокой энергоэффективности. Все три типа двигателей с постоянными магнитами являются высокопроизводительными двигателями с прямым приводом и подходят для динамических применений. Синхронные машины переменного тока не относятся к машинам с постоянными магнитами, но также могут использоваться в приводах переменного тока. Их небольшим недостатком является сложность управления, позволяющая добиться высокой скорости реакции, характерной для двигателей с постоянными магнитами, особенно в случае машин переменного тока. Другая распространенная тенденция — использование двигателей с постоянными магнитами и бесщеточных двигателей постоянного тока (BLDC) из-за фрагментированных в пространстве движений и законов управления. Для реализации преимуществ, полученных благодаря вышеупомянутым свойствам конкретного двигателя, необходимо, чтобы электроника привода и системы управления двигателем были подходящими.
Каким образом характеристики двигателя, такие как пульсации крутящего момента и крутящий момент при нулевой скорости, могут быть полезны при выборе двигателя для системы, требующей линейного управления, например, для исполнительного механизма?
Хотя такие двигатели, как правило, бесколлекторные серводвигатели постоянного тока и двигатели с постоянными магнитами, имеют меньшую пульсацию крутящего момента благодаря специальной конструкции ротора и контроллера, это становится важным для тех применений, где предъявляются очень строгие требования к точности и позиционированию. Пульсация крутящего момента – когда крутящий момент, создаваемый двигателем, не постоянен, – также является серьезной проблемой для таких применений, поскольку в силовых системах, особенно в линейных двигателях, обычно возникают вредные вибрации. Энергоемкость двигателя, позволяющая ему поддерживать достаточный крутящий момент системы без перемещения, является еще одним важным фактором при выборе двигателя. В осевом роторе с железным сердечником и инвертором, в котором управляются выходная мощность и крутящий момент, управление крутящим моментом на выходном валу становится сложным. Главное преимущество конфигурации двигателей с общим валом заключается в исключении шестерен и сокращении методов, с помощью которых можно осуществлять точные линейные перемещения. Но это требует определенного уровня технологий линейных систем перемещения. Соответствующие технологии двигателей включают в себя правильную конструкцию магнитного поля, завершение проектирования ротора, а также электроники движения и управления.
Как определить, какой тип привода лучше использовать в позиционере: прямой или редукторный?
Применение прямого привода исключает необходимость использования редуктора, что приводит к уменьшению инерции, повышению повторяемости и минимизации амплитудных ограничений. Такие системы идеально подходят для применений, где требуется точное высокоскоростное управление. Сервопривод с редуктором позволяет расширить возможности применения за счет увеличения крутящего момента и уменьшения эффективной инерции системы, что особенно важно при больших крутящих моментах на низких скоростях или при использовании более тяжелых нагрузок. Однако прямой редуктор иногда может увеличивать объем технического обслуживания из-за возникновения люфта в редукторе. В настоящее время большинство моторных блоков представляют собой комбинацию синхронных двигателей с низкой инерцией ротора и цифровой электроники переменного тока для обеспечения высокой производительности, что и является прямым приводом. Позиционное управление и характеристики электропривода, такие как снижение пульсаций крутящего момента, становятся очень важными в системах прямого привода для обеспечения плавности движения. При выборе прямого привода или редуктора следует учитывать сложности в управлении процессом, интеграции и технических характеристиках применения.
