Bežné problémy so servomotormi počas prevádzky
Servo systémy sú kľúčovou súčasťou elektromechanických výrobkov a ponúkajú najvyššie úrovne dynamického odpovede a hustoty krútiaceho momentu. Preto sa vývojový trend pohonných systémov smeruje k náhrade tradičných hydraulických, jednosmerných, krokových a striedavých frekvenčne riadených pohonov striedavými servo pohonnými systémami, čím sa dosahuje nová úroveň výkonu systému, vrátane kratších cyklov, vyššej produktivity, lepšej spoľahlivosti a dlhšej životnosti. Aby bolo možné získať lepší výkon zo servo motorov, je nevyhnutné pochopiť ich charakteristické vlastnosti používania.
Bežné problémy so servomotormi počas prevádzky
Problém 1: Hluk a nestabilita
Zákazníci často zažívajú nadmerný hluk a nestabilný chod pri používaní servomotorov na strojoch. Mnohí používatelia ako prvé predpokladajú, že servomotor je nízkej kvality, pretože v niektorých prípadoch výmena za krokový motor alebo motor s premennou frekvenciou výrazne zníži hluk a nestabilitu. Na prvý pohľad sa zdá, že problém leží v servomotore, no dôkladná analýza jeho princípu fungovania ukazuje, že tento záver je úplne nesprávny.
AC servosystém pozostáva z: servopohonnej jednotky, servomotoru a snímača spätnej väzby (všeobecne majú servomotory zabudovaný optický enkóder). Všetky tieto komponenty fungujú v rámci uzavretej regulačnej slučky: pohonná jednotka prijíma parameter informácií z vonkajšieho prostredia, potom dodáva do motora určitý prúd, ktorý sa motor premieňa na krútiaci moment na pohánanie záťaže. Záťaž sa pohybuje alebo zrýchľuje/spomaľuje podľa svojich vlastných charakteristík. Snímače merajú polohu záťaže, čím spôsobia, že pohonná jednotka porovnáva hodnotu nastavenej hodnoty s aktuálnou hodnotou polohy. Potom úpravou prúdu dodávaného do servomotoru sa udržiava zhoda medzi aktuálnou hodnotou polohy a nastavenou hodnotou. Keď náhla zmena záťaže spôsobí zmenu rýchlosti, enkóder túto zmenu rýchlosti zaznamená a okamžite reaguje na servopohonnú jednotku. Pohonná jednotka potom upraví prúd dodávaný do servomotoru tak, aby sa prispôsobila zmene záťaže, a vráti sa na nastavenú rýchlosť. AC servosystém je vysokej citlivosti a úplne uzavretý systém. Časové oneskorenie medzi kolísaním záťaže a korekciou rýchlosti je veľmi krátke. Preto je skutočným obmedzujúcim faktorom pre odpoveď systému čas prenosu mechanických spojovacích zariadení.
Problém dva: Prispôsobenie zotrvačností
Problémy so zotrvačnosťou sa často vyskytujú pri výbere a ladení servosystémov!
Konkrétne sa to prejavuje nasledovne:
1. Pri výbere servosystému okrem faktorov, ako je krútiaci moment motora a menovitá rýchlosť, musíme tiež vypočítať zotrvačnosť mechanického systému prepočítanú na hriadeľ motora. Potom na základe skutočných požiadaviek mechanického pohybu a kvalitatívnych požiadaviek na obrobené súčiastky vyberieme motor s vhodnou hodnotou zotrvačnosti.
2. Počas ladenia (v manuálnom režime) je správne nastavenie parametra pomeru zotrvačností predpokladom na plné využitie optimálneho výkonu mechanického a servosystému. Toto je obzvlášť výrazné v systémoch vyžadujúcich vysokú rýchlosť a vysokú presnosť (parametre pomeru zotrvačností servomotorov Delta sú 1–37, JL/JM).
Vplyv: Zotrvačnosť prevodu ovplyvňuje presnosť, stabilitu a dynamickú odozvu servosystému. Veľká zotrvačnosť spôsobuje veľkú mechanickú konštantu, pomalú odozvu a zníženie vlastnej frekvencie systému, čo zvyšuje riziko rezonancie. To obmedzuje servopásmo a negatívne ovplyvňuje presnosť a rýchlosť odozvy servosystému. Prípadné zvýšenie zotrvačnosti je výhodné len na zlepšenie plazivého pohybu pri nízkych rýchlostiach. Preto by sa pri mechanickom návrhu mala zotrvačnosť minimalizovať, pokiaľ to neovplyvní tuhosť systému.
Ako určiť dynamické vlastnosti mechanického systému: Pri meraní dynamických vlastností mechanického systému platí, že čím je zotrvačnosť menšia, tým lepšia je dynamická odpoveď systému; čím je zotrvačnosť väčšia, tým vyššia je záťaž motora a tým ťažšie je systém ovládať. Zotrvačnosť mechanického systému však musí byť prispôsobená zotrvačnosti motora. Rôzne mechanizmy majú rôzne princípy prispôsobenia zotrvačností a tieto voľby majú rozdielne účinky.
Napríklad pri vysokorýchlostnom režaní na CNC obrábacích centrách s použitím servomotora bude zvýšenie záťažovej zotrvačnosti spôsobovať nasledovné javy:
1. Keď sa zmenia riadiace príkazy, motor bude potrebovať dlhší čas na dosiahnutie rýchlosti požadovanej novým príkazom;
2. Keď obrábací stroj vykonáva rýchle oblúkové režanie pozdĺž dvoch osí, vyskytnú sa významné chyby. Všeobecne platí, že za normálnych podmienok sa vyššie uvedené problémy nevyskytnú, ak je JL ≦ JM;
3. Keď je JL ≥ 3 × JM, ovládateľnosť motora výrazne klesne, najmä počas rezného obrábania kriviek pri vysokých rýchlostiach.
Rôzne mechanické pohyby a požiadavky na kvalitu spracovania určujú rôzne vzťahy medzi JL a JM. Určenie zhody zotrvačností sa musí zakladať na charakteristikách mechanického procesu a požiadavkách na kvalitu spracovania.
Otázka 3: Výber servomotora
Po výbere mechanického prenosového riešenia je potrebné vybrať a potvrdiť model a veľkosť servomotora.
(1) Podmienky výberu
Pri výbere servomotora sa zvyčajne musia splniť nasledujúce podmienky:
1. Maximálna rýchlosť motora > maximálna požadovaná rýchlosť systému.
2. Zotrvačnosť rotora motora sa zhoduje so zotrvačnosťou zaťaženia.
3. Trvalý pracovný krútiaci moment zaťaženia ≤ menovitý krútiaci moment motora.
4. Maximálny výstupný krútiaci moment motora > maximálny požadovaný krútiaci moment systému (krútiaci moment počas zrýchľovania).
(2) Výpočet výberu
1. Výpočet zhody zotrvačností (JL/JM)
2. Výpočet otáčok (rýchlosť na strane zaťaženia, rýchlosť na strane motora)
3. Výpočet krútiaceho momentu zaťaženia (trvalý prevádzkový krútiaci moment zaťaženia, krútiaci moment počas zrýchľovania)
