מנועי סרוו

מהו מנוע סרוו

 

מנוע סרוו הוא מנוע השולט על פעולת רכיבים מכניים במערכת סרוו. זהו סוג של מנוע עזר עם שינוי מהירות עקיפה.

 

מנוע סרוו יכול לשלוט במהירות עם דיוק מיקום מדויק במיוחד, להמיר אותות מתח למומנט ומהירות כדי להניע את האובייקט הנשלט. מהירות הרוטור של מנוע סרוו נשלטת על ידי אות קלט ומגיבה במהירות. הוא משמש כמפעיל במערכות בקרה אוטומטיות וכולל זמן אלקטרומכני קטן קבוע וליניאריות גבוהה. זה ממיר את האות החשמלי שהתקבל לעקירה זוויתית או לתפוקת מהירות זוויתית על פיר המנוע. מנועי סרוו מסווגים לשתי קטגוריות: DC ו- AC. המאפיינים העיקריים שלהם הם שהם לא מציגים סיבוב עצמי {}}} כאשר מתח האות הוא אפס, ומהירותם יורדת באופן אחיד ככל שהמומנט גדל.

 

עיקרון עובד של מנוע סרוו

 

מערכת סרוו היא מערכת בקרה אוטומטית המאפשרת משתנה פלט (למשל, מיקום, אוריינטציה או מצב) לעקוב אחר שינויים שרירותיים ביעד קלט (או נקודת הגדרה). סרוו מסתמך בעיקר על פולסים למיקום. בעיקרון, כאשר מנוע סרוו מקבל דופק, הוא מסתובב בזווית המתאימה לדופק זה, ובכך משיג תזוזה. מכיוון שמנוע הסרוו עצמו פולט פולסים, הוא שולח מספר מקביל של פולסים לכל זווית שהוא מסתובב, ויוצר לולאה סגורה עם הפולסים שהוא מקבל. זה מבטיח שהמערכת יודעת כמה פולסים היא שלחה למנוע הסרוו וכמה פולסים היא קיבלה בחזרה. זה מאפשר שליטה מדויקת בסיבוב המנוע, ומשיג דיוק מיקום נמוך עד 0.001 מ"מ. מנועי סרוו של DC מסווגים כמוברשים וחסרי מברשות. מנועים מוברשים מציעים עלות נמוכה, מבנה פשוט, מומנט התחלה גבוה, טווח מהירות רחב וקלות שליטה. בעוד שהם דורשים תחזוקה, הם לא נוחים (בגלל החלפת מברשת פחמן), מייצרים הפרעות אלקטרומגנטיות ובעלי דרישות סביבתיות. לכן הם מתאימים לעלות - יישומי תעשייה וצרכנים כלליים רגישים.

מנועים ללא מברשות הם קומפקטיים וקלים, ומציעים תפוקה גבוהה, תגובה מהירה, מהירות גבוהה, אינרציה נמוכה, סיבוב חלק ומומנט יציב. אמנם קל ליישם בקרה מורכבת עם טכנולוגיה אינטליגנטית, אך המסירה האלקטרונית שלהם גמישה, ותומכת הן בכיכר - גל וסינוס - הגלות גל. הם תחזוקה - חינם, יעילים מאוד, מפעילים מגניבים, פולטים קרינה אלקטרומגנטית מינימלית, ויש להם אורך חיים ארוך, מה שהופך אותם למתאימים לשימוש במגוון סביבות.

 

מנועי סרוו AC הם גם מנועים ללא מברשות ומסווגים כמנועים סינכרוניים ואסינכרוניים. בדרך כלל משתמשים במנועים סינכרוניים בבקרת תנועה. יש להם טווח כוח רחב ויכולים להשיג כוח גבוה מאוד. האינרציה הגבוהה שלהם מביאה למהירות מקסימאלית נמוכה היורדת במהירות ככל שהספק גדל, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים הדורשים מהירות נמוך {}}}, פעולה יציבה.

 

הרוטור בתוך מנוע סרוו הוא מגנט קבוע. שלושת הזרם - שלב u/n/n הנשלט על ידי הנהג יוצר שדה אלקטרומגנטי, וגורם לרוטור להסתובב. במקביל, המנוע הבנוי של המנוע- במקודד מספק משוב לנהג, המשווה את המשוב לערך היעד ומתאים את זווית הסיבוב של הרוטור. הדיוק של מנוע הסרוו נקבע על ידי דיוק המקודד (ספירת קו).

 

ההבדל התפקודי בין מנועי סרוו AC למנועי סרוו DC ללא מברשות הוא ש- AC SERCOs עדיף מכיוון שהם משתמשים בבקרת גל סינוסואידית, וכתוצאה מכך אדווה מומנט נמוך. DC Servos משתמש בבקרת גל טרפזואלי.

 

השוואת בחירת מנוע סרוו

 

מנוע סרוו AC

מבנה הסטטור של מנוע סרוו AC דומה במהותו לזה של קבלים - פיצול בודד - שלב מנוע אסינכרוני. הסטטור מצויד בשני פיתולים, ממוקמים זה מזה של 90 מעלות: ה- RF המתפתל המתפתל, המחובר תמיד למתח AC; ה- Linding Linding L, המחובר למתח אות הבקרה UC. לכן, מנועי סרוו AC נקראים גם שני מנועי סרוו שלב -.

 

הרוטור של מנוע סרוו AC הוא בדרך כלל סוג כלוב סנאי -. עם זאת, כדי להבטיח טווח ויסות מהירות רחב, מאפיינים מכניים לינאריים, לא תופעה "עצמית- סיבוב", ותגובה מהירה, על מנוע הסרוו להיות בעל עמידות לרוטור גבוהה ורגע נמוך של אינרציה בהשוואה למנועים רגילים. שני מבני רוטור נפוצים הם: סנאי - רוטור כלוב עם סרגלי התנגדות גבוהים {}}} העשויים מחומר מוליך התנגדות גבוה {}}. כדי להפחית את רגע האינרציה של הרוטור, הרוטור דק. השני הוא רוטור כוס חלול העשוי מסגסוגת אלומיניום עם קיר דק מאוד, רק 0.2-0.3 מ"מ. כדי להפחית את ההתנגדות המגנטית של המעגל המגנטי, מוצב סטטור פנימי קבוע בתוך הרוטור של כוס החלול. הרוטורים של גביע חלול מציעים רגע נמוך של אינרציה, תגובה מהירה ופעולה חלקה, מה שהופך אותם לאומץ נרחב.

 

כאשר לא מופעל מתח בקרה, הסטטור של מנוע סרוו AC נתון רק לשדה המגנטי הפועם שנוצר על ידי מתפתל העירור, והרוטור נשאר נייח. כאשר מופעל מתח בקרה, נוצר שדה מגנטי מסתובב בתוך הסטטור, וגורם לרוטור להסתובב בכיוון של השדה המגנטי המסתובב. בתנאי עומס קבועים, מהירות המנוע משתנה בעוצמת מתח הבקרה. כאשר מתח הבקרה אינו בשלב, מנוע הסרוו הופך.

 

מנוע סרוו AC מגנט קבוע

 

מאז שנות השמונים, עם פיתוח מעגלים משולבים, טכנולוגיית חשמל אלקטרוניקה וטכנולוגיית כונן מהירות משתנה של AC, טכנולוגיית Servo -Drive של מגנט AC של מגנט AC עשתה התקדמות יוצאת מן הכלל. יצרני חשמל מפורסמים במדינות שונות השיקו ברציפות מוצרי מנוע סרוו וסרוו כונן סרוו משלהם ושיפרו אותם ברציפות ועדכנו אותם. מערכת סרוו AC הפכה לכיוון הפיתוח העיקרי של מערכת סרוו של ביצועים עכשוויים-, מה שהופך את סרוו DC המקורי לפנים למשבר של ביטול. לאחר שנות התשעים, מערכת הסרוו של AC שמסחרה במדינות שונות ברחבי העולם משתמשת בכונן סרוו מנועי סינוס מוטורי מבוקר דיגיטלי לחלוטין. פיתוח מכשירי כונן סרוו AC בשדה ההולכה משתנה עם כל יום שעובר.

 

בהשוואה למנועי סרוו של DC, היתרונות העיקריים של מנועי סרוו AC מגנט קבועים הם:

(1) אין מברשות וקומוטטורים, כך שזה עובד באופן אמין ובעל דרישות תחזוקה ושירות נמוכות.

(2) פיזור החום המתפתל בסטטור נוח יחסית

(3) אינרציה קטנה, קל לשיפור מהירות המערכת

(4) הסתגלו ל- - מהירות וגבוהים - תנאי עבודה של מומנט

(5) נפח ומשקל קטנים יותר באותו כוח

 

השוואה בין Servomotors לבין יחיד - שלב מנועים אסינכרוניים

 

אף על פי שעיקרון ההפעלה של Servomotors AC דומה לזה של פיצול - שלב יחיד - שלב מנועים אסינכרוניים, התנגדות הרוטור של Servomotors גדולה בהרבה. לפיכך, ל- Servomotors יש שלושה יתרונות מובחנים על פני מנועים יחידים - שלב מנועים אסינכרוניים:

 

1. מומנט התחלה גבוה

התנגדות רוטור גבוהה זו שונה באופן משמעותי מהעקומה האופיינית למומנט של מנועים אסינכרוניים רגילים. זה מאפשר ל- STIC Crictive S0 להיות גדול מ- 1, מה שהופך את המאפיין למומנט (מאפיינים מכניים) ליניארי יותר ומספק מומנט התחלה גבוה יותר. לכן, ברגע שמופעל מתח בקרת הסטטור, הרוטור מסתובב מייד, וכתוצאה מכך התחלה מהירה ורגישות גבוהה.

2. טווח הפעלה רחב

3. אין עצמי - סיבוב

 

מוטורי סרוו -מוטורי המפעיל בדרך כלל יפסיק מייד עם אובדן מתח בקרה. כאשר מנוע סרוו מאבד מתח בקרה, הוא פועל במצב שלב- יחיד. בשל התנגדות הרוטור הגבוהה, האינטראקציה בין שני השדות המגנטיים המסתובבים בניגוד בסטטור והרוטור מייצר שני מאפייני מומנט (T1 - S1 ו- T2-S2 עקומות) ומאפיין מומנט משולב (עקומת TS).

 

כוח הפלט של מנוע סרוו AC בדרך כלל נע בין 0.1 ל- 100W. כאשר תדר אספקת החשמל הוא 50 הרץ, המתחים הם 36V, 110V, 220V ו- 380V; כאשר תדר אספקת החשמל הוא 400 הרץ, המתחים הם 20V, 26V, 36V ו- 115V.

 

מנועי סרוו AC פועלים בצורה חלקה ובשקט. עם זאת, מאפייני הבקרה שלהם אינם לינאריים, ובשל עמידות לרוטור הגבוהה, ההפסדים גבוהים והיעילות נמוכה. לכן, בהשוואה למנועי סרוו של DC באותה קיבולת, הם גדולים וכבדים יותר, מה שהופך אותם למתאימים רק למערכות בקרת חשמל נמוכות- בטווח 0.5-100W.

 

שיטת ניפוי מנוע סרוו

 

1. אתחול פרמטרים

לפני החיווט, אתחלו את הפרמטרים.
בכרטיס הבקרה: בחר במצב הבקרה; נקה את פרמטרי ה- PID לאפס, והשבית את האות האפשר כברירת מחדל כאשר כרטיס הבקרה מופעל; שמור מצב זה כדי להבטיח שכרטיס הבקרה במצב זה כאשר הוא מופעל שוב.
על מנוע הסרוו: הגדר את מצב הבקרה: הפעל חיצונית; הגדר את יחס ההילוכים עבור פלט האות המקודד; וקבע את היחס בין אות הבקרה למהירות המנוע. באופן כללי, מומלץ למהירות העיצוב המרבית של הסרוו יוגדר למתח בקרת 9V. לדוגמה, לאחת מהסדרות שלנו יש הגדרת מהירות של 500 למתח 1 וולט. אם אתה מתכנן רק להפעיל את המנוע במהירויות מתחת ל 1000 סל"ד, הגדר פרמטר זה ל- 111.

 

2. חיווט
נתק את כרטיס הבקרה וחבר את כבלי האות בין כרטיס הבקרה לסרוו. הכבלים הבאים נדרשים: כבל הפלט האנלוגי מכרטיס הבקרה, כבל האות האפשר וכבל האות המקודד מפלט הסרוו. לאחר אימות החיווט, ההפעלה בכרטיס המנוע והבקרה (ו- PC). המנוע לא אמור לזוז וצריך להסתובב בקלות בכוח. אם לא, בדוק את הגדרות האיתות והחיווט. סובב את המנוע כדי לוודא כי כרטיס הבקרה יכול לאתר נכון שינויים במצב המנוע. אם לא, בדוק את החיווט וההגדרות של אות המקודד.

 

3. כיוון מבחן
עבור מערכת בקרת לולאה סגורה -, כיוון אות משוב שגוי יכול להיות הרסני. אפשר את האות הפעל את האות באמצעות כרטיס הבקרה. הסרוו אמור כעת להסתובב במהירות איטית יותר, המכונה "סחף אפס". כרטיס הבקרה כולל בדרך כלל פקודה או פרמטר לדיכוי סחף אפס. השתמש בפקודה או בפרמטר זה כדי לבדוק אם ניתן לשלוט על המהירות והכיוון של המנוע. אם לא, בדוק את הגדרות הפרמטרים של חיווט ושיטת בקרה אנלוגי. ודא שערכים חיוביים מצביעים על סיבוב מנוע קדימה וספירת מקודדים גדלים, בעוד שערכים שליליים מצביעים על סיבוב מנוע הפוך וספירות מקודדים יורדות. אל תשתמש בשיטה זו אם המנוע נטען ויש לו נסיעות מוגבלות. הימנע מתח מתח מוגזם במהלך הבדיקה; מומלץ לשמור עליו מתחת ל -1 וולט. אם הכיוון אינו עקבי, התאם את הפרמטרים בכרטיס הבקרה או המנוע כדי ליישר.

 

4. אפס דיכוי סחף
במהלך בקרת לולאה סגורה -, סחף אפס יכול להשפיע על יעילות השליטה, ולכן עדיף לדכא אותה. השתמש בפרמטרים של דיכוי סחף אפס בכרטיס הבקרה או בשרת כדי להתאים בזהירות את מהירות המנוע לאפס קרוב. מכיוון שאפס סחף עצמו יש אקראיות מסוימת, אין צורך לדרוש את מהירות המנוע להיות אפס לחלוטין.

 

5. קבע סגור - בקרת לולאה
Re - הפעל את האות Servo הפעלה דרך כרטיס הבקרה. הזן רווח פרופורציונלי קטן בכרטיס הבקרה. באשר לכמה גדול נחשב קטן, אתה יכול להשתמש רק בתחושת הבטן שלך. אם אתה ממש לא בטוח, הזן את הערך המינימלי המותר בכרטיס הבקרה. הפעל את אותות האפשרות הן לכרטיס הבקרה והן לסרוו. בשלב זה, המנוע אמור להיות מסוגל לעקוב בערך בפקודות התנועה.

 

6. התאם את פרמטרי הלולאה סגורים -
התאמת דק של פרמטרי הבקרה כדי להבטיח שהמנוע יעבור לפי הוראות כרטיס הבקרה הוא חיוני, וחלק זה של התהליך מסתמך מאוד על הניסיון.

 

השוואת ביצועים של מנועי סרוו ומנועי צעד

 

כמערכת בקרת לולאה פתוחה -, מנועי צעד קשורים באופן מהותי לטכנולוגיית הבקרה הדיגיטלית המודרנית. מנועי צעד נמצאים בשימוש נרחב במערכות בקרה דיגיטליות מקומיות. עם הופעתן של מערכות סרוו AC דיגיטליות לחלוטין, מנועי סרוו AC משמשים גם יותר ויותר במערכות בקרה דיגיטלית. כדי להסתגל למגמת הפיתוח של שליטה דיגיטלית, מערכות בקרת תנועה משתמשות בעיקר במנועי צעד או במנועי סרוו AC דיגיטליים לחלוטין כמנועי מפעיל. למרות ששיטות הבקרה שלהם דומות (אותות רכבת דופק וכיוון), הם נבדלים באופן משמעותי בתרחישי ביצועים ויישומים. מאמר זה משווה את הביצועים שלהם.

 

1. דיוק בקרה שונה
זוויות הצעד של שני מנועי צעד היברידיים שלב - הם בדרך כלל 1.8 מעלות ו -0.9 מעלות, ואילו אלה של חמש מנועי צעד היברידיים שלב- הם בדרך כלל 0.72 מעלות ו -0.36 מעלות. כמה מנועי צעד ביצועים גבוהים - יכולים להשיג זוויות צעד קטנות עוד יותר באמצעות חלוקת משנה.

דיוק הבקרה של מנועי סרוו AC מובטח על ידי מקודד סיבוב בקצה האחורי של פיר המנוע. נטילת מנועי סרוו AC הדיגיטליים שלנו כדוגמה, עבור מנוע עם מקודד סטנדרטי 2000 קו, טכנולוגיית תדר הרביעי הפנימי של הנהג מניבה דופק שווה ערך לתואר 360 מעלות /8000=0.045. עבור מנוע עם מקודד 17 סיביות, הנהג מקבל 131,072 קטניות לכל מהפכה מוטורית, וכתוצאה מכך שווה דופק של 360 מעלות /131, 072=0.0027466 מעלות, שהיא 1/655 מהדופק המקביל למנוע דרכה עם זווית צעד של 1.8 מעלות.

 

2. מאפייני תדר נמוכים שונים -
מנועי צעד מועדים לרעידות תדרים נמוכות {}}} במהירויות נמוכות. תדר הרטט תלוי בביצועי העומס ובנהג, ובדרך כלל נחשב למחצית המנוע ללא - תדר התחלת עומס. רטט התדרים הזה- זה, שנקבע על ידי עקרון ההפעלה של מנועי צעד, פוגע בפעולה הרגילה של המכונה. כאשר מנועי צעד פועלים במהירויות נמוכות, בדרך כלל משתמשים בטכניקות דעיכה כדי להתגבר על רטט תדרים נמוך {}}, כגון הוספת מנחת למנוע או ליישום טכנולוגיית חלוקת המשנה בנהג.

מנועי סרוו AC פועלים בצורה חלקה מאוד, ללא רטט אפילו במהירויות נמוכות. למערכות סרוו AC יש יכולות דיכוי תהודה לטיפול במחסור בקשיחות מכנית. יתר על כן, המערכת בנויה של המערכת - בתדר - פונקציית רזולוציה (FFT) יכולה לאתר נקודות תהודה מכניות, הקלה על התאמות מערכת.

 

3. מומנט שונה - מאפייני תדר
מומנט הפלט של מנוע צעד יורד ככל שהמהירות עולה, ויורד בחדות במהירויות גבוהות יותר. לפיכך, מהירות ההפעלה המרבית שלה היא בדרך כלל בין 300 ל 600 סל"ד. מנועי סרוו AC מציעים תפוקת מומנט קבועה, כלומר הם יכולים לספק מומנט מדורג עד למהירותם המדורגת (בדרך כלל 2000 או 3000 סל"ד). מעל המהירות המדורגת הם מספקים כוח קבוע.

 

4. יכולות עומס יתר שונות.

בדרך כלל מנועי צעד חסרים יכולת עומס יתר. עם זאת, מנועי סרוו AC הם בעלי יכולת עומס יתר חזקה. לדוגמה, מערכות סרוו של Sanyo AC מציעות גם יכולות עומס יתר מהירות וגם מומנט. המומנט המרבי שלהם הוא פעמיים עד שלוש מהמומנט המדורג, אותו ניתן להשתמש כדי להתגבר על רגע האינרציה של עומסים אינרציאליים בעת ההפעלה. מכיוון שמנועי צעד חסרים יכולת עומס יתר זו, לרוב נדרש מומנט גבוה יותר כדי להתגבר על רגע האינרציה הזה במהלך בחירת הדגם. עם זאת, מומנט גבוה זה אינו נדרש במהלך פעולת מכונה רגילה, וכתוצאה מכך מומנט מבוזבז.

 

5. ביצועי הפעלה שונים
מנועי צעד פתוחים - נשלטים על לולאה. תדרי התחלה גבוהים או עומסים מוגזמים יכולים להוביל בקלות לצעדים אבודים או להתעכב. מהירויות גבוהות במהלך עצירה יכולות גם לגרום לפיקוח יתר. לכן, כדי להבטיח דיוק בקרה, יש לטפל בהאצה והאטתה נאותה. מערכות כונן סרוו AC משתמשות בסגירת - בקרת לולאה. הנהג מדגם ישירות את אות המשוב של מקודד המנוע, ויוצר באופן פנימי לולאת מיקום ולולאת מהירות. זה בדרך כלל מונע את הצעדים האבודים או את ההפעלה הקשורה למנועי צעד, וכתוצאה מכך ביצועי בקרה אמינים יותר.

 

6. ביצועי תגובת מהירות שונים
מנוע צעד לוקח 200 עד 400 אלפיות שנייה כדי להאיץ ממצב עד מהירות ההפעלה שלו (בדרך כלל כמה מאות מהפכות בדקה). מערכות סרוו AC מציעות ביצועי תאוצה מעולים. לדוגמה, מנועי הסרוו AC שלנו מאיצים מהקיפאון למהירות המדורגת שלהם של 3000 סל"ד רק בכמה אלפיות השנייה, מה שהופך אותם למתאימים ליישומי בקרה הדורשים זמני התחלה ועצירה מהירים.

לסיכום, מערכות סרוו AC עולות על מנועי צעד בהיבטי ביצועים רבים. עם זאת, מנועי צעד משמשים לרוב כמנועי מפעיל ביישומים פחות תובעניים. לכן, בעת תכנון מערכת בקרה, חשוב לשקול באופן מקיף גורמים מרובים, כולל דרישות בקרה ועלות, לבחירת מנוע הבקרה המתאים.

 

חישוב בחירת מנוע סרוו

 

1. אשר את הרזולוציה של המהירות והקודד.
2. המיר את מומנט העומס על פיר המנוע וחשב את מומנט ההאצה וההאטה.
3. חשב את האינרציה של העומס והתאם לאינרציה. לדוגמה, בסדרה שלנו, מוצרים מסוימים יכולים להתאים לאינרציה עד 50 פעמים, אך ככל שנמוך יותר ככל שיהיה טוב יותר, כך טוב יותר לדיוק ולמהירות התגובה.
4. חישוב ובחר את הנגד המחודש. עבור סרוו מעל 2 קילוואט, נדרש בדרך כלל נגן חיצוני.
5. בחירת כבלים: יש לסובב ולהגנות על כבל המקודד. עבור המוצרים שלנו, למקודד המוחלט יש 6 ליבות, ולקידוד המצטבר יש 4 ליבות.

 

מצב בלימה

 

משתמשים לעתים קרובות מבלבלים בין פונקציות הבלימה האלקטרומגנטית, בלימה התחדשות ובלימה דינאמית, ובוחרים באביזרים הלא נכונים.

הבלם הדינמי מורכב מנגד בלימה דינאמי, המקצר את מרחק ההזנה המכני של מנוע הסרוו דרך בלימת צריכת אנרגיה במקרה של תקלה, עצירת חירום או הפסקת חשמל.

בלימה רגנרטיבית מתייחסת לאנרגיה הנוצרת על ידי מנוע הסרוו כאשר היא מפעילה או עוצרת, המוזנת לאוטובוס DC דרך מעגל המהפך ונספג על ידי המעגל הקבלים של הנגד {}}.

 

בלימה אלקטרומגנטית נועלת את פיר המנוע דרך מכשיר מכני.

 

ההבדלים בין השלושה:

(1) בלימה רגנרטיבית חייבת להיות יעילה כאשר הסרוו פועל כרגיל. זה לא יכול לבלום את המנוע במקרה של תקלה, עצירת חירום או הפסקת חשמל. בלמים דינמיים ובלמים אלקטרומגנטיים אינם דורשים כוח כאשר הם עובדים.

(2) בלימה רגנרטיבית מבוצעת אוטומטית על ידי המערכת, ואילו בלמים דינמיים ובלמים אלקטרומגנטיים דורשים בקרת ממסר חיצוני.

(3) בלימה אלקטרומגנטית מופעלת בדרך כלל לאחר SVOFF, אחרת היא עלולה לגרום לעומס יתר של מגבר. בלמים דינאמיים מופעלים בדרך כלל לאחר SV, OFF או המעגל הראשי כבוי, אחרת זה עלול לגרום לנגד הבלמים הדינאמי לחימום יתר.