장비 자동화에서 서보 드라이브 사용
기술 진보와 경쟁은 생산성의 지속적인 성장과 기술 장비의 자동화 수준 증가로 이어집니다. 동시에 속도 제어 범위, 포지셔닝 정확도 및 과부하 용량과 같은 매개변수 측면에서 조정 가능한 전기 드라이브에 대한 요구 사항이 증가하고 있습니다.
요구 사항을 충족하기 위해 최신 전기 구동 장치인 서보 드라이브가 개발되었습니다. 이것은 광범위한 속도 제어에서 매우 정밀한 이동 프로세스를 보장하고 우수한 반복성을 실현하는 드라이브 시스템입니다. 서보 드라이브는 전기 드라이브의 가장 발전된 단계입니다.
DC에서 AC로
오랫동안 DC 모터는 주로 제어 드라이브에 사용되었습니다. 이는 전기자 전압 제어 법칙을 적용하는 단순성 때문입니다.자기 증폭기, 사이리스터 및 트랜지스터 조정기가 제어 장치로 사용되었고 아날로그 타코 생성기가 속도 피드백 시스템으로 사용되었습니다.
사이리스터 전기 드라이브는 전력을 공급하는 제어된 사이리스터 변환기입니다. 영구 엔진… 전기 드라이브의 전원 회로는 다음으로 구성됩니다. 정합 변압기 TV; 6상 반파 병렬 회로에 연결된 12개의 사이리스터(V01 … V12)로 조립된 제어 정류기; 전류 제한기 L1 및 L2와 DC 모터 M(독립 여기 포함). 삼상 변압기 TV에는 제어 회로에 공급하기 위해 두 개의 공급 코일과 이들로부터 차폐된 코일이 있습니다. 1차 권선은 델타로 연결되고 2차 권선은 중성 단자가 있는 6상 스타로 연결됩니다.
이러한 드라이브의 단점은 제어 시스템의 복잡성, 모터의 신뢰성을 저하시키는 브러시 전류 수집기의 존재 및 높은 비용입니다.
전자 기술의 발전과 새로운 전기 재료의 등장으로 서보 기술 분야의 상황이 바뀌었습니다. 최근의 발전으로 최신 마이크로컨트롤러와 고속, 고전압 전력 트랜지스터로 AC 드라이브 제어의 복잡성을 상쇄할 수 있습니다. 영구 자석, 네오디뮴-철-붕소 및 사마륨-코발트 합금으로 제작되어 에너지 강도가 높기 때문에 회전자에 자석이 있는 동기식 모터의 특성을 크게 개선하면서 무게와 크기를 줄였습니다. 결과적으로 드라이브의 동적 특성이 향상되고 크기가 줄었습니다.비동기식 및 동기식 AC 모터에 대한 추세는 전통적으로 DC 전기 드라이브를 기반으로 하는 서보 시스템에서 특히 두드러집니다.
비동기 서보
비동기 전기 모터는 저렴한 비용으로 간단하고 안정적인 설계로 인해 업계에서 가장 많이 사용됩니다. 그러나 이러한 형태의 모터는 토크 및 속도 제어 측면에서 복잡한 제어 대상이며, 벡터 제어 알고리즘을 구현한 고성능 마이크로 컨트롤러와 고해상도 디지털 속도 센서를 사용하여 속도 제어 범위 및 정확도 특성을 얻을 수 있습니다. 동기식 서보 드라이브보다 나쁘지 않은 비동기식 전기 드라이브입니다.
주파수 제어 AC 유도 드라이브는 50Hz 주파수의 단상 또는 3상 전압을 가변 주파수의 3상 전압으로 변환하는 트랜지스터 또는 사이리스터 주파수 변환기를 사용하여 농형 유도 모터 샤프트의 속도를 변경합니다. 0.2 ~ 400Hz 범위.
오늘 주파수 변환기 내장형 마이크로프로세서에 의해 제어되는 최신 반도체 기반의 작은 크기(유사한 전력의 비동기 전기 모터보다 훨씬 작음) 장치입니다. 가변 비동기 전기 드라이브 생산 자동화 및 에너지 절약의 다양한 문제, 특히 회전 속도 또는 기술 기계의 공급 속도에 대한 무단 조절 문제를 해결할 수 있습니다.
비용면에서 비동기식 서보 드라이브는 고전력에서 확실한 우월성을 가지고 있습니다.
동기식 서보
동기 서보 모터는 영구 자석 여자와 광전 회전자 위치 센서가 있는 3상 동기 모터입니다. 그들은 농형 또는 영구 자석 회전자를 사용합니다. 주요 이점은 개발된 토크에 비해 로터의 낮은 관성 모멘트입니다. 이 모터는 다이오드 정류기, 커패시터 뱅크 및 전력 트랜지스터 스위치 기반 인버터로 구성된 서보 증폭기와 함께 작동합니다. 정류된 전압의 리플을 완화하기 위해 서보 증폭기에는 커패시터 블록이 장착되어 있으며 제동 시 커패시터에 축적된 에너지를 방전 트랜지스터와 안정기 저항으로 변환하여 효과적인 동적 제동을 제공합니다.
가변 주파수 동기식 서보 드라이브는 신속하게 응답하고 펄스 프로그래밍 제어 시스템과 잘 작동하며 다음과 같은 드라이브 품질이 요구되는 다양한 산업에서 사용할 수 있습니다.
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높은 정확도로 작업체 위치 지정;
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높은 정확도로 토크 유지;
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이동 속도를 유지하거나 높은 정확도로 먹이기.
동기식 서보 모터 및 이를 기반으로 하는 가변 드라이브의 주요 제조업체는 Mitsubishi Electric(일본)과 Sew-Evrodrive(독일)입니다.
Mitsubishi Electric은 30~750W의 정격 전력, 3000rpm의 정격 속도 및 0.095~2.4Nm의 정격 토크를 가진 5가지 크기의 다양한 저전력 서보 드라이브인 Melservo-C를 제조합니다.
이 회사는 또한 0.5~7.0kW의 정격 출력, 2000rpm의 정격 속도 및 2.4~33.4Nm의 정격 토크를 갖는 중출력 감마 주파수 서보 드라이브를 제조합니다.
Mitsubishi의 MR-C 시리즈 서보 드라이브는 제어 시스템이 완벽하게 호환(펄스 입력)되기 때문에 스테퍼 모터를 성공적으로 대체하는 동시에 스테퍼 모터 고유의 단점이 없습니다.
MR-J2(S) 서보 모터는 최대 12개의 제어 프로그램을 포함하는 확장 메모리가 있는 마이크로 컨트롤러가 내장되어 있는 다른 서보 모터와 다릅니다. 이러한 서보 드라이브는 전체 작동 속도 범위에서 정확도 손실 없이 작동합니다. 이 장치의 중요한 장점 중 하나는 "누적된 오류"를 보상하는 기능입니다. 서보 증폭기는 특정 듀티 사이클 후 또는 센서의 신호에 따라 서보 모터를 "0으로" 재설정합니다.
Sew-Evrodrive는 개별 구성 요소와 완전한 서보 드라이브를 모든 액세서리와 함께 제공합니다. 이러한 장치의 주요 응용 분야는 프로그래밍된 공작 기계용 액추에이터 및 고속 포지셔닝 시스템입니다.
다음은 Sew-Evrodrive 동기식 서보 모터의 주요 기능입니다.
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시동 토크 - 1 ~ 68Nm, 강제 냉각용 팬이 있는 경우 - 최대 95Nm;
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과부하 용량 - 시작 토크에 대한 최대 토크의 비율 - 최대 3.6배;
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높은 보호 수준(IP65);
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고정자 권선에 내장된 서미스터는 모터의 가열을 제어하고 모든 종류의 과부하가 발생할 경우 손상을 방지합니다.
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펄스 광전 센서 1024 pulses/rev. 최대 1:5000의 속도 제어 범위 제공
결론을 내리자:
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조정 가능한 서보 드라이브 분야에서는 DC 전기 드라이브를 아날로그 제어 시스템으로 교체하고 AC 전기 드라이브는 디지털 제어 시스템으로 대체하려는 경향이 있습니다.
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현대식 소형 주파수 변환기를 기반으로 한 조정 가능한 비동기식 전기 드라이브를 사용하면 높은 수준의 신뢰성과 효율성으로 생산 자동화 및 에너지 절약의 다양한 문제를 해결할 수 있습니다. 이 드라이브는 목공 기계 및 기계의 이송 속도를 원활하게 조정하는 데 사용하는 것이 좋습니다.
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비동기식 서보 드라이브는 29-30 N / m 이상의 고출력 및 토크 (예 : 필링 기계의 스핀들 회전 드라이브)에서 동기식 서보 드라이브에 비해 확실한 이점이 있습니다.
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고속이 필요하고(자동 사이클 지속 시간이 몇 초를 초과하지 않음) 개발된 토크 값이 최대 15–20 N/m인 경우 다양한 유형의 센서가 있는 동기식 모터를 기반으로 하는 조정 가능한 서보 드라이브는 , 순간을 줄이지 않고 최대 6000rpm까지 회전 속도를 조정할 수 있습니다.
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AC 동기 모터를 기반으로 하는 가변 주파수 서보 드라이브를 사용하면 CNC를 사용하지 않고도 빠른 포지셔닝 시스템을 만들 수 있습니다.
무부하 비동기 전기 모터를 저전력 전기 모터로 교체할 때 전기 에너지 절약을 결정하는 방법