Probleme frecvente cu motoarele servo în timpul utilizării
Sistemele servo reprezintă un component esențial al produselor electromecanice, oferind cele mai înalte niveluri de răspuns dinamic și densitate de cuplu. Prin urmare, tendința de dezvoltare a sistemelor de acționare este de a înlocui acționările hidraulice, de curent continuu, cu pași și cu frecvență variabilă în curent alternativ cu acționări servo în curent alternativ, obținând un nou nivel de performanță a sistemului, inclusiv timpi de ciclu mai scurți, productivitate mai ridicată, fiabilitate superioară și durată de viață mai lungă. Pentru a obține o performanță superioară de la motoarele servo, este esențial să se înțeleagă caracteristicile lor de utilizare.
Probleme frecvente cu motoarele servo în timpul utilizării
Problema 1: Zgomot și instabilitate
Clienții experimentează adesea zgomot excesiv și funcționare instabilă atunci când folosesc motoare servo pe mașini. Prima reacție a multor utilizatori este să presupună că motorul servo este de calitate scăzută, deoarece, uneori, înlocuirea acestuia cu un motor pas cu pas sau cu un motor cu frecvență variabilă duce la o reducere semnificativă a zgomotului și a instabilității. La prima vedere, această situație pare să fie vina motorului servo, dar o analiză atentă a principiului său de funcționare arată că această concluzie este complet incorectă.
Un sistem servo AC include: un variator servo, un motor servo și un senzor de reacție (în general, motoarele servo au un codificator optic integrat). Toate aceste componente funcționează într-un sistem de comandă în buclă închisă: variatorul primește informații despre parametri din exterior, apoi furnizează un anumit curent motorului, care transformă acest curent în cuplu pentru a antrena sarcina. Sarcina se deplasează sau accelerează/decelează în funcție de propriile sale caracteristici. Senzorii măsoară poziția sarcinii, determinând variatorul să compare valoarea setată cu valoarea reală a poziției. Apoi, prin ajustarea curentului motorului, valoarea reală a poziției este menținută constantă cu valoarea setată. Când o schimbare bruscă a sarcinii provoacă o modificare a vitezei, codificatorul detectează această modificare și răspunde imediat variatorului servo. Variatorul ajustează ulterior curentul furnizat motorului servo pentru a compensa schimbarea sarcinii și pentru a reveni la viteza setată. Un sistem servo AC este un sistem complet în buclă închisă, cu o mare rapiditate de răspuns. Întârzierea temporală dintre fluctuațiile sarcinii și corecția vitezei este foarte mică. Prin urmare, factorul limitativ real al răspunsului sistemului este timpul de transmisie al dispozitivelor mecanice de conectare.
Problema doi: Potrivirea inerției
Problemele de inerție sunt frecvent întâlnite în timpul selecției și depanării sistemelor servo!
Mai exact, acestea se manifestă în următoarele moduri:
1. La selecția unui sistem servo, pe lângă luarea în considerare a factorilor precum cuplul motorului și viteza nominală, trebuie, de asemenea, să calculăm inerția sistemului mecanic transmisă la arborele motorului. Apoi, pe baza cerințelor reale privind acțiunea mecanică și a cerințelor de calitate ale pieselor prelucrate, selectăm un motor cu o valoare adecvată a inerției.
2. În timpul depanării (în modul manual), configurarea corectă a parametrului raportului de inerție este o condiție prealabilă pentru exploatarea completă a performanței optime a sistemelor mecanice și servo. Acest aspect este deosebit de evident în sistemele care necesită viteză ridicată și precizie ridicată (parametrii raportului de inerție ai servomotoarelor Delta sunt 1–37, JL/JM).
Impact: Inerția transmisiei afectează precizia, stabilitatea și răspunsul dinamic al sistemului servo. O inerție mare conduce la o constantă mecanică mare, un răspuns lent și o scădere a frecvenței naturale a sistemului, făcându-l predispus la rezonanță. Aceasta limitează lățimea de bandă a sistemului servo și afectează atât precizia, cât și viteza de răspuns a acestuia. Creșterea corespunzătoare a inerției este benefică doar pentru îmbunătățirea mișcării lente („crawling”) la viteze joase. Prin urmare, în proiectarea mecanică, inerția trebuie minimizată cât mai mult posibil, fără a compromite rigiditatea sistemului.
Cum se determină caracteristicile dinamice ale unui sistem mecanic: La măsurarea caracteristicilor dinamice ale unui sistem mecanic, cu cât inerția este mai mică, cu atât răspunsul dinamic al sistemului este mai bun; cu cât inerția este mai mare, cu atât sarcina asupra motorului este mai mare și cu atât este mai dificil de controlat. Totuși, inerția sistemului mecanic trebuie să corespundă inerției motorului. Mecanismele diferite implică principii diferite de potrivire a inerției, iar aceste alegeri au efecte diferite.
De exemplu, când un centru de prelucrare CNC efectuează tăiere la viteză înaltă folosind un motor servo, o creștere a inerției sarcinii va provoca următoarele efecte:
1. Când comenzile de comandă se modifică, motorul va necesita mai mult timp pentru a atinge viteza cerută de noua comandă;
2. Când mașina-unealtă efectuează tăiere rapidă în arc pe două axe, vor apărea erori semnificative. În general, în condiții normale, dacă JL ≦ JM, problemele de mai sus nu apar.
3. Când JL ≥ 3 × JM, controlabilitatea motorului scade semnificativ, în special în timpul tăierii curbelor la viteză ridicată.
Diferitele acțiuni mecanice și cerințele privind calitatea prelucrării impun relații diferite între JL și JM. Determinarea potrivirii inerțiale trebuie să se bazeze pe caracteristicile procesului mecanic și pe cerințele privind calitatea prelucrării.
Întrebarea 3: Selectarea motorului servo
După alegerea schemei de transmisie mecanică, trebuie selectat și confirmat modelul și dimensiunea motorului servo.
(1) Condiții de selecție
În general, trebuie îndeplinite următoarele condiții la selectarea unui motor servo:
1. Viteza maximă a motorului > viteza maximă necesară sistemului.
2. Inerția rotorului motorului corespunde inerției sarcinii.
3. Cuplul de funcționare continuu sub sarcină ≤ cuplul nominal al motorului.
4. Cuplul de ieșire maxim al motorului > cuplul maxim necesar sistemului (cuplul în timpul accelerării).
(2) Calculul selecției
1. Calculul potrivirii inerției (JL/JM)
2. Calculul vitezei de rotație (viteza la capătul sarcinii, viteza la capătul motorului)
3. Calculul cuplului de sarcină (cuplul de funcționare continuu al sarcinii, cuplul în timpul accelerării)
