Servopohon: co to je, typy, princip činnosti servomotoru – jak to funguje a schéma zařízení servomotoru s fotografií

Pojďme k mechanismu, který je instalován v řadě strojů a aktivně se podílí na automatizaci výrobních procesů. Podívejme se, co znamená servopohon: struktura a princip činnosti, obvody a oblasti použití – všechny tyto a další důležité body jsou v centru naší pozornosti. Po přečtení informací budete vědět, co je tato pohonná jednotka zač, jak se liší od ostatních typů, proč a kdy ji používat.

Ujasněme si to hned: jeho poptávka není omezena na průmyslový sektor, potřebuje ho nejen zařízení. Funguje v topných zařízeních a klimatizačních systémech, v automobilech a dokonce i v amatérských rádiových instalacích. Relevantní všude tam, kde je potřeba nastavit pohyb a upravit zrychlení nebo zpomalení.

Servopohon – co to je?

Tento koncept obvykle znamená mechanismus vybavený elektromotorem, který lze umístit v požadovaném úhlu a zaaretovat v jedné poloze. Tato definice však není dostatečně obsáhlá, takže může a měla by být doplněna.

Toto je také pohonná jednotka, řízená prostřednictvím negativní zpětné vazby. Právě to druhé umožňuje citlivě ovládat zadané parametry pohybu. A prostě musí mít snímač – poloha, zatížení, rychlost – a řídící jednotku, která potřebné podmínky automaticky udržuje.

Mezi nejrozšířenější dnes patří modely, které zachovávají nastavený úhel a/nebo intenzitu technologické operace.

Zařízení servomotoru

Obecně má následující funkční jednotky:

1. Samotný pohon je motor, který přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii (rotační sílu); Pro snížení otáček na požadovanou úroveň je vybaven převodovkou, která přenáší točivý moment.
2. Kodér je snímač zpětné vazby, který převádí úhel natočení na řídicí signál, který řídí otáčení výstupního hřídele (k němu je připojen nástroj nebo nějaký jiný orgán pro provádění akce). K řešení tohoto problému se dobře hodí i potenciometr, který při pohybu jezdce proporcionálně mění svůj odpor a zajišťuje tak přesné polohování.
3. Elektronické plnění, které přijímá vstupní parametry, čte a porovnává hodnoty a provádí operace zapnutí/vypnutí, je také to, z čeho se servopohon skládá; všechny EPE jsou umístěny na desce s plošnými spoji, která pomáhá udržovat zpětnou vazbu a ve skutečnosti je nejdůležitější součástí motoru.
4. Elektroinstalace – nastaví se připojení napájení (dva kabely) a dodání řídícího signálu (další), zajišťující správnou polohu hřídele, potažmo použitého nástroje.

Tato konfigurace je dostatečně jednoduchá, aby zajistila nepřetržitou údržbu režimů a zůstala spolehlivá. Žádný takový uzel, který by se stal „slabým článkem“, prostě neexistuje, takže problémy s provozem vznikají poměrně zřídka. Trvání zdroje je také usnadněno specifiky fungování, k jejichž vlastnostem přejdeme.

Jak funguje servopohon?

Princip jeho fungování je založen na využití pulzního signálu, který má tři klíčové vlastnosti – frekvenci, nejkratší a nejvyšší trvání a právě ta druhá, tedy délka, nastavuje úhel natočení. Může být v rozsahu 0,8-2,2 ms. Jakmile dorazí na plošný spoj, aktivuje kodér (potenciometr) a přes mechanický převod i výstupní hřídel.

Elektronický obvod porovnává skutečnou polohu hřídele s naprogramovanou. V tomto případě jsou možné 3 stavy. A první z nich je nulový točivý moment, tedy úplná náhoda, což znamená, že pohonná jednotka nefunguje (zastavila se). U druhého je řídicí signál vyšší než referenční signál, což vyvolává rotaci v jednom směru, u třetího je nižší, což má za následek pohyb rotující části v druhém směru.

Princip činnosti servomotoru tedy spočívá v následujícím:

• pohon přijímá vstupní impuls, například příkaz ke změně úhlu;
• řídicí jednotka koreluje přijatý signál se skutečnými hodnotami získanými snímačem;
• Na základě výsledků analýzy tato deska vydává povel – pohyb po nějakém vektoru, zrychlení nebo zpomalení – a je nezbytně zaměřen na přivedení skutečné figury k danému a potřebnému.

Porovnání se provádí na základě rozdílových hodnot a zohledňuje parametr trvání, a proto určuje rozložení ukazatelů s maximální přesností. Tato funkce umožňuje zajistit potřebné polohování nástroje.

Typy serv

Jsou klasifikovány hlavně podle typu použitého motoru, se zvýrazněním:

• synchronní – vyznačuje se rychlým zvýšením rychlosti a přesností otáčení;
• asynchronní – jejich klíčovou vlastností je vysoká stabilita chování hřídele;
• univerzální – vybavené komutátorovou napájecí jednotkou, ať už AC nebo DC.

První jmenované jsou obzvláště žádané v automobilovém průmyslu a jsou aktivně instalovány v automatických převodovkách pro bezproblémové řazení. Jsou také relevantní pro speciální zařízení přepravující náklady o hmotnosti nad 100 kg. Druhý a třetí jsou více zaměřeny na různá průmyslová zařízení.

Pokud se na servomotor podíváme komplexně – co to je, jeho princip činnosti, jeho typy – pak je třeba věnovat pozornost jeho hlavním provozním parametrům. Seznam klíčových vlastností všech jejích modelů:

• kroutící moment (vytvořená síla) – musí být zapsán do pasu, a to ve dvou množstvích najednou, pro různá napájecí napětí;
• možnost dodávaného impulsu, protože jej lze ovládat pomocí digitálního i analogového signálu;
• rychlost – určuje dobu, po kterou se hřídel pohybuje (ve směru nebo proti směru hodinových ručiček) o 60 stupňů;
• podporovaný úhel natočení – obvykle je to buď 180 0 (poloviční cyklus) nebo 360 0 (plný); i když dnes existují upravené modely, ve kterých je rotace kontinuální;
• materiál pro převody – může to být plast, uhlík, mosaz nebo kompozit;
• napětí – pohybuje se v rozmezí od 4,8 do 7,2 V (pro hlavní skupinu pohonných jednotek);
• barvy vodičů a vývody jsou obvykle všechny standardní: černá – obecná, červená – napájení, bílá (žlutá nebo hnědá) – ovládání.

Několik dalších nuancí: konstrukce servomotoru může vyžadovat přítomnost motoru s jádrem. Toto není nejlepší volba, protože jeho provoz způsobuje vibrace, které snižují přesnost otáčení hřídele. Proto je praktičtější volit modely, u kterých bude kinetická energie rotoru v praxi minimální, i když jsou poněkud dražší. To platí zejména v případech s provozem CNC strojů, které vyrábějí složité díly.

A pár slov k převodovce: může být ozubená nebo šneková. První je dnes více žádaný, protože je cenově dostupnější a poměrně účinně snižuje rychlost otáčení a poskytuje požadovaný točivý moment. Druhý, navzdory lepšímu převodovému poměru, se vyrábí a je méně obvyklý, protože jeho výroba má za následek vážnější náklady.

Dalším důležitým faktorem rozdílu mezi typy jsou celkové rozměry, a to poměr DxŠxV a hmotnost. V souladu s nimi se rozlišují tři skupiny pohonných jednotek:

• malé – 22 x 15 x 25 mm a do 25 g;
• standardní (střední) – 40 x 20 x 37 mm a do 80 g;
• velké – 49 x 25 x 40 mm a do 90 g.

Další rozdíl je v rozhraní:

• analog – impulsy jsou zpracovávány mikroobvodem;
• digitální – signály jsou čteny procesorem.

Při rozhodování, k čemu je servopohon potřeba, nezapomeňte, že nuance jsou ve výplni, ale vnější design může být naprosto stejný.

Různé modely lze také rozdělit podle materiálu ozubených kol – do následujících skupin:

• s plastem (nylon) – lehký, odolný proti opotřebení, ale ne proti velkému zatížení;
• s uhlíkovými – odolnější, nemají významnou hmotnost, ale také stojí několikrát více než předchozí;
• s kovem (mosaz, titan) – těžký, vydrží i ten nejzávažnější kroutící moment, ale tře se o sebe.

A nakonec jsou možnosti s jádrem (kolektorem) a bez něj. První z nich mají dutý rotor v několika sekcích, mezi kterými dochází při rotaci k vibracím. Proto jsou méně přesné než ty, jejichž pohyblivá část je dutá, a také jsou těžší a poskytují delší odezvu, i když jsou levnější.

Aplikace serv

Dnes jsou široce používány v různých oblastech:

• v robotice a vytváření manipulátorů; k jejich ovládání zase využívají hardware a software Arduino;
• implementovat systém vyhřívané podlahy – pomáhají automaticky regulovat teplotu, podle potřeby ji snižovat nebo zvyšovat;
• v automobilovém průmyslu – pro integraci se zámky, dodávání kapaliny do topení, řazení v automatických převodovkách;
• v nákladním zařízení – nastavují režimy uchopování, zvedání, přepravy, spouštění a uvolňování předmětů velmi rozdílných hmotností a rozměrů.

To nejsou všechny možné oblasti a výklenky – tyto pohonné jednotky jsou ve skutečnosti relevantní všude tam, kde je nutné přesně řídit pohyb hřídele.

Vlastnosti zařízení AC Servo Drive

Jedná se o podtyp synchronního modelu, ve kterém se rotor otáčí stejnou frekvencí, jaká je vlastní magnetickému poli vytvářenému vinutím statoru. Do posledně jmenovaného je odesláno třífázové napětí, čímž se spustí celý proces fungování.

K pohyblivé části je připevněn kodér, jehož rozlišení je poměrně vysoké. Jeden signál je z něj vysílán na první vstup a další signál je posílán z elektronické desky na druhý. Tato dvojice je porovnávána a rozdíl mezi nimi je indikátorem nesouladu, na základě kterého je nutné nastavit povel k dodání příslušného napětí pro co nejčasnější výskyt nulového momentu.

Při čtení o tom, jak model funguje, se v technické literatuře často můžete setkat s pojmem „servozesilovač“: co to je? Tato deska je řídicí jednotka a už jsme zjistili, co to je a k čemu je potřeba, takže se nové definice nebojte.

Výhody a nevýhody

Uvažované pohonné jednotky mají celou řadu funkcí, a pokud je porovnáme s krokovými, lze identifikovat řadu výhod.

Mezi objektivní výhody:

• přesné, často dokonce přesné polohování;
• rychlé zvýšení točivého momentu a snížení rychlosti pomocí převodovky;
• bezproblémová korekce – změny v programu lze provádět v řádu minut úpravou pohybu pracovního nástroje podle prvních získaných praktických výsledků;
• vynikající odolnost vůči fyzikálním, teplotním a jiným zátěžím po dlouhou dobu nepřetržitého provozu;
• vývoj významných zrychlení zajišťujících vynikající kompatibilitu s vysokorychlostními zařízeními, například s univerzálními obráběcími stroji od výrobce Iževsk – závod Sarmat;
• udržování rovnoměrného točivého momentu v celém provozním rozsahu.

Použití servopohonu není úplné jen proto, že má také některé nevýhody.

V seznamu relativních mínusů:

• v přítomnosti plastových ozubených kol nebo měkkých kovových částí se převodovka stává „slabým článkem“, který selže při intenzivních nárazech;
• odporové stopy se opotřebují v relativně krátké době (relevantní pro modely s potenciometrem);
• taková pohonná jednotka je dražší než kroková jednotka;
• program vhodný pro vysokou přesnost se v praxi často ukazuje jako obtížně nastavitelný.

Je zřejmé, že přínosy mají mnohem důležitější dopad a jsou zodpovědné za významnou míru poptávky v různých oblastech.

Režimy ovládání

Servo provoz lze provádět ve třech různých formátech. Podívejme se na každou z nich.

Ovládání polohy

Zde musíte udržovat daný úhel otáčení hřídele tím, že dáváte sekvenci signálů. Nechte je vycházet z ovladače – lze tak zajistit přesné polohování, což je důležité zejména u součástí výrobních strojů.

Upozorňujeme, že pomocí sady impulsů není problém upřesnit informace nejen o poloze v prostoru, ale také o vektoru rotace nebo rychlosti pohybu. To lze provést jedním ze tří způsobů – nasměrováním napětí:

• s fázovým posunem 90 stupňů;
• na dva vstupy najednou (SIGN, PULSE – standardní názvy);
• pohyb ve směru nebo proti směru hodinových ručiček.

Ovládání rychlosti

Zde je servořízení zvýšení nebo snížení analogového signálu o diskrétní hodnotu, když je aplikováno na odpovídající vinutí. A pokud je navíc multipolární, pak není těžké rychle změnit směr otáčení.

Tento režim připomíná provoz asynchronní pohonné jednotky s frekvenčním měničem. Protože v jeho rámci je nutné neustále provádět zrychlování a zpomalování, nastavovat minima a maxima a podobně. Hlavní věcí je implementovat nepříliš složitý algoritmus, aby se z běžného praktického úkolu nestal zdrcující programovací úkol.

Řízení točivého momentu

V tomto případě je účelem serva poskytovat stabilní rychlost bez ohledu na to, zda se motor točí nebo ne. Tohoto cíle je dosaženo dodáním buď diskrétního signálu nebo analogového bipolárního signálu. Metoda je více než relevantní pro zařízení, která během provozu vyžadují změnu tlaku, tlaku nebo jiných parametrů.

Pozor, pohonná jednotka musí být navíc vybavena vestavěným proudovým snímačem, protože právě ten vyhodnocuje hodnotu aktuálního točivého momentu, aby jej pak mohla elektronika porovnat s požadovanou hodnotou.

Proces obnovy

Často se spouští při přepínání provozních režimů servomotoru: co to je? Jedná se o vratnou energii, která se uvolní, když se znaménko (směr pohybu) změní vzhledem k točivému momentu. Obvykle není příliš velký, ale stále se shromažďuje na kondenzátorech, čímž se zvyšuje napětí na stejnosměrném meziobvodu.

V případech, kdy tato nerovnost absolutních hodnot dosáhne vážné úrovně, dojde k prolomení prahové úrovně kapacity sběrnice. A pak bude veškerý přebytek vyhozen do brzdového odporu.

Snažili jsme se zvážit všechny vlastnosti těchto mechanismů a zdůraznit pohodlí a vyhlídky jejich použití. Doporučujeme také podívat se na schémata servopohonů, fotografie a videa na toto téma, abyste mohli svůj nápad dokončit.

Servopohon je mechanismus se speciálním snímačem pro sledování zadaných parametrů, řídící jednotkou a motorem. Tento mechanismus je určen pro instalaci do různých obráběcích strojů a také pro použití v procesech automatizace výroby. Servopohony se také aktivně používají v topných a klimatizačních systémech. Obecně jsou žádané všude tam, kde je potřeba nastavit pohyb, stejně jako zajistit úpravu pro zrychlení či zpomalení.

Co je to servopohon, k čemu a kde se používá.

Servo je mechanismus, který musí být umístěn v požadovaném úhlu, aby se zajistil v požadované poloze. Jedná se o pohonnou jednotku, která je řízena prostřednictvím negativní zpětné vazby. Díky tomu je zajištěno citlivé ovládání zadaných parametrů pohybu. Servopohony musí být také vybaveny senzory a řídicí jednotkou pro automatické udržování požadovaných podmínek.

Vzhledem k tomu, že hlavní funkce mechanismu má na starosti servopohon, je v případě jeho poruchy nutná rychlá oprava servomotorů. Proto je důležité svěřit jeho provoz výhradně zkušeným řemeslníkům. Údržba servopohonu zahrnuje výměnu enkodérů a resolverů, opotřebovaných ložisek atd. Před opravou servomotorů je však také důležité postarat se o odbornou diagnostiku. Současně stojí za to vyloučit pokusy o nezávislé určení problému, aby se problém následně odstranil. Mohou vést pouze k opakované poruše a úplnému selhání servomotoru.

Pokud se podíváte na oblasti použití, serva se nejčastěji používají v robotice a v procesu vytváření manipulátorů. Jsou také nezbytné pro provoz systémů podlahového vytápění. Použití servomotorů umožňuje automatické nastavení teploty jejím snížením nebo zvýšením.

Servomotory si našly cestu i do automobilového průmyslu. Jsou integrovány se zámky. Kromě toho se používají ke změně rychlosti v automatické převodovce a přepínání režimů klimatizace.

Bez servopohonů v nákladním zařízení se to neobejde. Tyto mechanismy jsou určeny k výběru vhodného provozního režimu. Jsou nezbytné k uchopení, zvedání, přepravě, spouštění nebo uvolňování předmětu jakékoli velikosti a hmotnosti.

Je třeba poznamenat, že servopohony lze použít v mnoha dalších průmyslových odvětvích. Budou žádané všude tam, kde je potřeba přesné řízení pohybu hřídele.

Princip činnosti a konstrukce zařízení

Činnost servomotorů je založena na řídicích povelech obsažených ve speciálním programu. Například u CNC strojů se řízení provádí pomocí numerického řídicího stojanu. Když je přijat příkaz, vytvoří se určité napětí a přenese se na napájení měniče. V důsledku tohoto působení se začne otáčet vodicí šroub v servomotoru, se kterým je spojen snímač a akční člen strojního zařízení.

Software zajišťuje, že určitý počet signálů ze snímače odpovídá určité vzdálenosti, kterou akční člen urazil. Následně, když je přijat požadovaný počet impulsů, je dána nulová hodnota výstupního napětí. Poté se servomotor zastaví.

Konstrukce servomotoru zajišťuje přítomnost:

• rotor;
• stator;
• komponenty pro přepínání;
• kodér;
• řídicí a monitorovací jednotka;
• systémy zapínání a vypínání;
• bydlení.

Hlavním konstrukčním rysem servomotorů je schopnost ovládat tyto pohonné jednotky změnou otáček rotoru, točivého momentu a polohy. Další funkcí je přítomnost zpětné vazby.

K zapnutí a vypnutí takového motoru se používají odpory, potenciometry a mikroprocesory. Činnost servomotorů je založena na principu porovnávání nastavené hodnoty a indikátorů snímačů.

Hlavní charakteristiky.

Při výběru servomotorů byste měli věnovat pozornost takovým vlastnostem, jako jsou:

• Výztuž na hřídeli. Točivý moment závisí na tomto indikátoru. Jde tedy o určující charakteristiku. Datový list servomotoru často uvádí několik indikátorů pro různé hodnoty napětí.
• Rychlost otáčení. Tento parametr také ovlivňuje činnost servopohonu. Rychlost otáčení je uvedena v parametru čas.
• Typ zařízení. K dispozici jsou 2 možnosti – digitální a analogové. K ovládání první možnosti se používají kódové příkazy, jejichž sériový přenos se provádí přes rozhraní. Pro ovládání analogových zařízení jsou dodávány frekvence s určitými parametry.
• Výživa. Nejčastěji je tento indikátor v rozmezí od 4,8 do 7,2 V.
• Úhel natočení. Tento parametr se může rovnat 180 nebo 360 stupňům.

Jak je servomotor ovládán servomotory podle následujícího algoritmu:

• Příjem příchozích řídicích impulsů s hodnotou úhlu otáčení nebo rychlosti a směru otáčení.
• Porovnání získané hodnoty s indikátory na snímači.
• Činnost elektrického pohonu odpovídající přijatému příkazu. Může to být zatáčení, zpomalování, zrychlování atd.

Chcete-li nastavit servomotor k provedení požadované akce, musíte vyslat řídicí signál. Určení polohy, kterou má servo zaujmout, závisí na délce pulsů. Přijatý impuls je porovnán s hodnotami vložených příkazů. Pokud je například délka dvou pulsů různá, pak se zapne elektromotor. Pokud jsou délky pulsů stejné, pak se zastaví.

Kde a k čemu slouží?

Nejčastěji se servomotory používají v přesných přístrojích, programovatelných obráběcích strojích, robotice atd. Tyto mechanismy našly svou oblibu v leteckém modelářství.

Dnes se servopohony vyvíjejí a mění. U servomotorů, které se dnes na trhu vyrábějí, se zvýšil počet vinutí. Došlo také ke zvýšení zrychlení a rychlosti otáčení. Nyní jsou vinutí dokonce umístěna mimo magnet. Díky tomuto řešení se zvyšuje účinnost zařízení.

Moderní technologie také umožnily opustit kolektor a použít permanentní magnety rotoru. Dnes jsou na trhu nejoblíbenější servomotory ovládané z programovatelného regulátoru. Použití takových zařízení umožňuje vytvářet vysoce přesné přístroje a moderní technologie.

K vývoji a poptávce po servomotorech přispěl faktor jako vysoká přesnost. Kromě toho moderní digitální vývoj používá počítač ke konfiguraci a ovládání těchto zařízení. To zjednodušuje práci.

Zbývá dodat, že servomotory jsou nutné k posunutí výstupního hřídele do požadované polohy a automatickému přidržení. Navíc se s jejich pomocí nastavují pohyby mechanismu, které jsou koordinovány rotacemi hřídele.