Bevezetés
Az automatizálás egy olyan terület, amely elsősorban az ipari alkalmazásokra összpontosít, ahol a szervomotorok kulcsszerepet játszanak,{0}}jellemzően hajtóalkatrészként szolgálnak olyan rendszerekben, amelyeknél pontos sebesség- vagy helyzetszabályozásra van szükség. Az automatizált berendezések tervezői gyakran szembesülnek a megfelelő motor kiválasztásával; a beszállítók által kínált modellek és paraméterek sokasága miatt a kiválasztási folyamat zavaró lehet az újoncok számára. Ez a cikk a szerző szakmai tapasztalataiból merített gyakorlati meglátásokat oszt meg, hogy segítse az olvasókat a folyamatban való eligazodásban.
Alkalmazási forgatókönyvek
Az automatizálási vezérlőrendszerekben használt motorok közé tartoznak a szervomotorok, a léptetőmotorok és a változtatható -frekvenciájú (inverter-hajtású) motorok. A szervomotorokat általában akkor választják, ha egy adott alkatrész viszonylag nagy pontosságot igényel a fordulatszám vagy a helyzetszabályozás tekintetében.
A változtatható-frekvenciás meghajtó (VFD) rendszerek a bemeneti frekvencia változtatásával szabályozzák a motor sebességét. Ezt a módszert általában csak sebességszabályozási célokra alkalmazzák.
A szervomotorok és a léptetőmotorok összehasonlítása a következő különbségeket tárja fel:
a) A szervomotorok zárt{0}}hurkú vezérlőrendszereket használnak, míg a léptetőmotorok általában nyitott{1}}hurkú üzemmódban működnek.
b) A szervomotorok forgó jeladókat használnak a helyzet nagy pontosságú mérésére, míg a léptetőmotorok diszkrét lépésszögekre támaszkodnak. A tipikus termékkínálatban a szervomotor helyzeti pontossága nagyságrendekkel nagyobb lehet, mint a léptetőmotoroké.
c) Mindkét típusú motor vezérlőfelülete hasonló lehet (pl. impulzus- és irányjeleket használva).
Tápegység
A szervomotorok az áramforrástól függően AC szervomotorok vagy DC szervomotorok közé sorolhatók. A kiválasztási folyamat jellemzően egyszerű: mivel a szabványos automatizált berendezéseket általában 380 V-os ipari vagy 220 V-os hálózati tápellátás táplálja, olyan szervomotort kell választani, amely közvetlenül kompatibilis a rendelkezésre álló áramforrással, hogy elkerülje az áramátalakítás szükségességét. A mobil rendszerek-, mint például az automatizált raktárakban lévő száguldó platformok-gyakran fedélzeti egyenáramot használnak, és ennek következtében jellemzően egyenáramú szervomotorokat alkalmaznak.
Tartófékek
A mechanizmus megtervezésekor feltétlenül mérlegelni kell, hogy -és milyen körülmények között (pl. áramszünet vagy rendszerleállás esetén)-a terhelés elfordulhat-e vagy süllyedhet-e a gravitáció hatására. Ha fennáll ilyen forgás vagy mozgás lehetősége, akkor tartófékkel felszerelt szervomotort kell választani.
Méretezési számítások
A korábban meghatározott méretek alapján határozza meg a végrehajtási pozícióra és sebességre vonatkozó követelményeket, majd válassza ki az átviteli mechanizmust. Ebben a szakaszban kiválaszthatja a megfelelő szervorendszert és sebességváltót.
A méretezési folyamat során figyelembe veendő legfontosabb paraméterek a következők:
Erő és sebesség
Számítsa ki a szükséges motorteljesítményt és fordulatszámot a mechanizmus típusa és a terhelés sebességi követelményei alapján. Általában a választott motor fordulatszám-jellemzőinek megfelelő sebességváltó-áttételt is kiválaszthat.
A gyakorlatban a vízszintes mozgásnál a súrlódási tényező és az erőátviteli mechanizmusra ható aerodinamikai terhelések gyakran bizonytalanok; ezért a P=T * N / 9549 képlet nem használható a szükséges nyomaték abszolút pontosságú meghatározására. A valóságban a szervomotortól megkövetelt csúcsteljesítmény gyakran a gyorsítási és lassítási fázisokban jelentkezik. A T=F * R=m * a * R képlet segítségével ésszerűen megbecsülhető a szükséges motornyomaték és a sebességváltó áttétele, ahol *m* a terhelés tömegét, *a* a terhelés gyorsulását, *R* pedig a terhelés forgási sugarát jelenti.
További szempontok a következők:
a) Motor teljesítmény tartalék.
b) Erőátviteli mechanizmus hatékonysága.
c) A sebességváltó bemeneti és kimeneti nyomatékértékei megfelelő biztonsági tényező mellett megfelelnek-e a követelményeknek.
d) A megnövelt sebesség lehetséges jövőbeni követelményei.
Bizonyos hagyományos iparágakban,{0}}például a darugyártásban, ahol a gyorsítási követelmények nem túl szigorúak,{1}}a tervezők gyakran tapasztalati képleteket alkalmaznak a méretezéshez.
Megjegyzés: Függőleges mozgással járó terheléseknél a gravitációs gyorsulást figyelembe kell venni a számításokban.
Tehetetlenségi illesztés
A terhelés nagy pontosságú-szabályozása érdekében elengedhetetlen annak mérlegelése, hogy a motor tehetetlensége megfelelően illeszkedik-e a rendszer tehetetlenségéhez.
Nincs egyetlen végleges magyarázat az interneten arra vonatkozóan, hogy pontosan miért van szükség a tehetetlenségi illesztésre. Általános gyakorlati ökölszabály, hogy gondoskodni kell arról, hogy a visszavert rendszer tehetetlenségi nyomatékának (a motor tengelyén) és a motor saját tehetetlenségéhez viszonyított aránya ne haladja meg a 10:1 értéket (bár ez a határérték gyártónként változhat-pl. Siemens). Az alacsonyabb arány általában nagyobb vezérlési stabilitást eredményez, de nagyobb motorra van szükség, ami csökkenti a költséghatékonyságot. A részletes számítási módszerekért kérjük, olvassa el a mechanikus mechanizmusokkal kapcsolatos egyetemi-szintű elméleti forrásokat.
Pontossági követelmények
A sebességváltó csökkentési áttételének és az erőátviteli mechanizmusnak a figyelembevétele után ellenőrizze, hogy a motor vezérlési pontossága megfelel-e a terhelésre vonatkozó speciális követelményeknek. Ügyeljen arra, hogy vegye figyelembe a sebességváltón belüli holtjátékot (hézagot), valamint a sebességváltó alkatrészeiben lévő holtjátékot vagy lazaságot.
Vezérlő kompatibilitás
Egyeztessen az elektromos tervezővel a vezérlő interfészek -kompatibilitását illetően, konkrétan, hogy a szervovezérlő kommunikációs módja megegyezik-e a PLC-vel és a kódoló típusával, és hogy a kódoló adatait ki kell-e tárni.