Servomoottoreiden yleisimmät käyttöongelmat
Servojärjestelmät ovat tärkeä komponentti sähkömekaanisissa tuotteissa ja tarjoavat korkeimman tason dynaamista vastetta ja vääntömomentin tiukkuutta. Siksi ajoneuvojärjestelmien kehityssuunta on korvata perinteiset hydrauli-, tasavirta-, askellus- ja vaihtovirtamuuttajajärjestelmät vaihtovirtaservoajoneuvoilla, mikä mahdollistaa uuden tason järjestelmän suorituskyvyn, mukaan lukien lyhyempiä kiertoaikoja, korkeampaa tuottavuutta, parempaa luotettavuutta ja pidempää käyttöikää. Servomoottoreiden paremman suorituskyvyn saavuttamiseksi on olennaista ymmärtää niiden käyttöominaisuudet.
Servomoottoreiden yleisimmät käyttöongelmat
Ongelma 1: Melu ja epävakaus
Asiakkaat kohtaavat usein liiallista melua ja epävakaata toimintaa käyttäessään servomoottoreita koneissa. Monien käyttäjien ensimmäinen reaktio on olettaa, että servomoottori on huonolaatuinen, sillä joskus sen korvaaminen askellusmoottorilla tai taajuusmuuttajamoottorilla johtaa huomattavasti vähemmän meluun ja epävakautta. Pintapuolisesti tämä vaikuttaa siltä, että virhe kuuluisi servomoottorille, mutta tarkempi analyysi sen toimintaperiaatteesta paljastaa tämän päätelmän täysin vääräksi.
AC-servojärjestelmä koostuu: servokäytöstä, servomoottorista ja takaisinkytkentäanturista (yleensä servomoottoreissa on sisäänrakennettu optinen kooderi). Kaikki nämä komponentit toimivat suljetussa säätöpiirissä: käyttölaite saa parametritiedot ulkopuolelta, jonka jälkeen se syöttää tietyn virran moottoriin, joka muuntaa tämän virran momentiksi ja siitä aiheutuvalla voimalla liikuttaa kuormaa. Kuorma liikkuu tai kiihtyy/jarruttaa omien ominaisuuksiensa mukaisesti. Anturit mitaavat kuorman sijaintia, mikä saa käytön vertailemaan asetettua tavoitearvoa todelliseen sijaintiarvoon. Sitten moottorivirran säätämällä todellinen sijaintiarvo pidetään yhteneväisenä asetetun tavoitearvon kanssa. Kun äkillinen kuorman muutos aiheuttaa nopeuden muutoksen, kooderi havaitsee tämän nopeuden muutoksen ja reagoi välittömästi servokäyttöön. Käyttö sitten säätää servomoottorille syötettävää virtaa sopeutuakseen kuorman muutokseen ja palauttaakseen nopeuden asetettuun arvoon. AC-servojärjestelmä on erinomaisen herkkä, täysin suljettu järjestelmä. Aikaero kuorman vaihteluun ja nopeuden korjaamiseen on erinomaisen pieni. Siksi järjestelmän vastauksen todellinen rajoittava tekijä on mekaanisten yhteyslaitteiden siirtovaihteluaika.
Ongelma kaksi: Hitausmassan sovittaminen
Hitausmassaan liittyviä ongelmia tulee vastaan usein servojärjestelmän valinnassa ja virheenkorjauksessa!
Tämä ilmenee erityisesti seuraavilla tavoilla:
1. Kun valitaan servojärjestelmää, on huomioitava paitsi moottorin vääntömomenttia ja nimellisnopeutta myös mekaanisen järjestelmän hitausmassa, joka on muunnettava moottorin akselille. Tämän jälkeen valitaan moottori, jonka hitausmassa vastaa todellisia mekaanisia toimintavaatimuksia ja työstettyjen osien laatuvaatimuksia.
2. Virheenkorjauksen aikana (käsin tilassa) oikea hitausmassasuhteen parametrin asettaminen on edellytys sille, että mekaanisen ja servojärjestelmän parhaat ominaisuudet voidaan hyödyntää täysimittaisesti. Tämä on erityisen tärkeää järjestelmissä, joissa vaaditaan korkeaa nopeutta ja tarkkuutta (Delta-servojen hitausmassasuhteen parametrit ovat 1–37, JL/JM).
Vaikutus: Siirtoherkkyys vaikuttaa servojärjestelmän tarkkuuteen, vakaisuuteen ja dynaamiseen vastaukseen. Suuri hitaus aiheuttaa suuren mekaanisen aikavakion, hidasta vastausta ja alentaa järjestelmän luontaista taajuutta, mikä tekee siitä alttiin resonanssille. Tämä rajoittaa servon kaistanleveyttä ja vaikuttaa servon tarkkuuteen ja vastausnopeuteen. Hitauden sopiva lisääminen on hyödyllistä ainoastaan alhaisen nopeuden kriipimisen parantamiseksi. Siksi mekaanisessa suunnittelussa hitautta tulisi pienentää mahdollisimman paljon ilman, että järjestelmän jäykkyys kärsii.
Mekaanisen järjestelmän dynaamisten ominaisuuksien määrittäminen: Kun mitataan mekaanisen järjestelmän dynaamisia ominaisuuksia, sitä pienempi inertia on, sitä parempi järjestelmän dynaaminen vastaus on; sitä suurempi inertia on, sitä suurempi kuorma moottorille kohdistuu ja sitä vaikeampaa on säätää. Kuitenkin mekaanisen järjestelmän inertian tulee vastata moottorin inertiatasoa. Eri mekanismit vaativat erilaisia inertiaan sovitusperiaatteita, ja nämä valinnat vaikuttavat eri tavoin.
Esimerkiksi kun CNC-työstökone keskus suorittaa korkean nopeuden leikkausta servomoottorin avulla, kuorman inertian kasvu aiheuttaa seuraavat ilmiöt:
1. Kun ohjauskäskyt muuttuvat, moottori tarvitsee pidemmän ajan saavuttaakseen uuden käskyn vaatiman nopeuden;
2. Kun työstökone suorittaa nopeaa kaarimaista leikkausta kahden akselin suunnassa, tapahtuu merkittäviä virheitä. Yleensä normaalissa tilanteessa, jos JL≦JM, edellä mainitut ongelmat eivät esiinny;
3. Kun JL ≥ 3 × JM, moottorin ohjattavuus heikkenee merkittävästi, erityisesti korkealla nopeudella suoritettaessa kaarevia leikkaustoimintoja.
Eri mekaaniset toiminnot ja käsittelylaatua koskevat vaatimukset edellyttävät erilaisia suhteita JL:n ja JM:n välillä. Hitausmomenttien sovittamisen määrittäminen perustuu mekaanisen prosessin ominaisuuksiin ja käsittelylaatua koskeviin vaatimuksiin.
Kysymys 3: Servomoottorin valinta
Mekaanisen voimansiirtojärjestelmän valinnan jälkeen servomoottorin malli ja koko on valittava ja vahvistettava.
(1) Valintaehtojen määrittely
Yleensä servomoottorin valinnassa on täytettävä seuraavat ehdot:
1. Moottorin enimmäisnopeus > järjestelmän vaadittu enimmäisnopeus.
2. Moottorin roottorin hitausmomentti vastaa kuorman hitausmomenttia.
3. Jatkuvan kuorman käyttötorque ≤ moottorin nimellistorque.
4. Moottorin enimmäistorque > järjestelmän vaadittu enimmäistorque (torque kiihdytyksen aikana).
(2) Valintalaskelma
1. Hitausmomentin sovituslaskelma (JL/JM)
2. Pyörimisnopeuden laskelma (kuorman päässä mitattu nopeus, moottorin päässä mitattu nopeus)
3. Kuormavääntömomentin laskelma (jatkuva kuormavääntömomentti, kiihdytyksen aikainen vääntömomentti)
