Серводвигатели: Сервопривод: что это такое, виды, принцип работы сервомотора

Сервопривод. Что это такое и когда его применять

Логотип РусАвтоматизация


Что такое сервопривод?

Сервопривод это электрический мотор с обратной связью. С функциональной точки зрения это обозначает, что это такой мотор, который можно очень точно позиционировать. Точность позиционирования достигается с помощью обратной связи – датчика, встроенного в мотор.

Работа сервопривода заключается в следующем:

На двигатель подается управляющий импульс, который запускает его. Останов двигателя происходит в момент достижения необходимой позиции, о которой сигнализирует обратная связь, в виде датчика;

Стандартная схема сервопривода состоит из следующих основных узлов (см.рис.):

Сервопривод. Что это такое и когда его применять
  1. Редуктор;
  2. Вал;
  3. Подшипник вала;
  4. Втулка;
  5. Датчик обратной связи;
  6. Плата управления;
  7. Винты;
  8. Электродвигатель;
  9. Передача электродвигателя (шестерня).

Рассмотрим более подробно, как происходит управление сервоприводом:

Сервопривод. Что это такое и когда его применять

При подаче управляющего сигнала на сервопривод специальная электросхема производит сравнение поступившего напряжения и напряжения на датчике обратной связи (потенциометре). Если разность напряжений не равна нулю, то привод приходит в движение. Движение происходит до тех пор, пока разность сигналов не станет равна нулю.


Для чего применяются сервоприводы?

Сервоприводы очень распространены в различных сферах производства, и не только. Особенную популярность они получили в тех отраслях, где требуется очень точное позиционирование, это:

  • Фасовочные и упаковочные машины;
  • Разливные машины;
  • Этикеровочные машины;
  • Промышленная робототехника;
  • Производство печатных плат;
  • Станки с ЧПУ;
  • Авиамодельное дело.

Также сервопривода используют для установки на различные клапаны и задвижки, требующие особенной точности и надежности.


Какие сервоприводы применяются?

Широкое распространение серводвигателей повлекло за собой появление их различных видов, которые можно разделить по следующим критериям:


Подбор сервопривода. Почему это важно?

Когда встает вопрос о выборе необходимого сервопривода, важно знать основные технические параметры, по которым следует делать выбор:

  • Момент на валу – сила, которую может преодолеть двигатель при вращении;
  • Скорость – на сколько градусов повернется вал двигателя за единицу времени;
  • Питающие напряжение – определяет величину напряжения, подключаемого к сервоприводу;
  • Угол вращения – максимальный поворот вала, обычно 180 или 360 градусов;
  • По углу поворота – бывают постоянного поворота (то есть только на 90 или любой другое значение), а могут быть на любой угол в определённых пределах;
  • Тип управления устройством – цифровой, либо аналоговый.

Правильно подобранный сервопривод будет очень надежно и долго служить вам, и выполнять поставленную перед ним задачу с максимальной точностью.


Вывод

Для того чтобы подвести итог о сервоприводах, выделим его плюсы и минусы: 

  • Плюсы:
    • Универсальность – широкий выбор вида и уровня мощности;
    • Точность и надёжность повышенные;
    • Высокая скорость, в сравнении с другими видами двигателей;
    • Бесшумная работа;
    • Точная работа на малых оборотах.
  • Минусы:
    • Более «громоздкая» система за счет наличия датчика обратной связи;
    • Управление сложнее, чем, например, шаговым двигателем;
    • Высокая стоимость. 


Как получить подробную информацию?

Для того чтобы купить сервопривод или получить более подробную информацию, обратитесь к нашим специалистам. Компания «РусАвтоматизация» поможет в выборе необходимого для решения поставленной задачи серводвигателя. При этом вы сэкономите время и деньги за счёт выбора оптимального функционала.

Виды и типы сервомоторов ( серводвигателей )

  • Основные показатели.
  • Особенности.
  • Обзор современной техники.
  • Устройство.

Cерводвигатели имеют общие черты с электродвигателями, но они имеют линейную характеристику управления.

Рассмотрим свойства для ранжирования

  • степень точности позиционирования;
  • динамические характеристики;
  • перегрузочная способность.

Серводвигатели имеют ряд известных особенностей:

  • малые габаритные размеры;
  • мылый удельный вес;
  • момент инерции низкий по сравнению с двигателями постоянного тока;
  • повышенное значение пускового момента;
  • малое время реакции на задание скорости;
  • высокая динамика разгона;
  • возможность поддержания скорости с высокой точностью во всём диапазоне своих скоростей работы;
  • им можно задать необходимую точность частоты вращения;

На картинке мы видим сервомотор ABB 8N02409A0079 после диагностики и ремонта.

Cтандартный серводвигатель имеет в своём составе:

  • статор;
  • ротор;
  • датчик обратной связи;
  • разъемы для штекеров, коробку с клеммной колодкой;

Электродвигатели бывают со щётками и без. Электродвигатели со щётками работают на постоянном токе. Электродвигатели для переменного тока обычно не имеют щёток.

Машины постоянного и переменного тока могут иметь в своем составе постоянные магниты. Двигатели переменного тока могут быть асинхронными и управляться потокосцеплением ротора по вектору тока.

Теперь глубже вникнем в техническое особенности.

Раньше были распространены двигатели со щётками, работающие на постоянном токе, возбуждение происходило от постоянных магнитов. Для управления применялись транзисторные и тиристорные преобразователи.

Но уже в 90-x годах прошлого столетия началось активное применение синхронных электродвигателей.

В наше время синхронный принцип работы уже в значительной мере захватил солидную или подавляющую долю рынка. Асинхронный принцип определенно уступает по охвату применения. Поэтому, перед тем как купить серводвигатель сравним характеристики этих двух типов.

Синхронные серводвигатели обладают следующими характеристиками:

  • Достаточно удачные характеристики для больших моментов инерции нагрузки.
  • Перегрузочная способность составляет до 6 Мн (номинальный момент) и определяется типом двигателя).
  • Высокая допустимая тепловая нагрузка в длительном режиме по всему диапазону частоты вращения.
  • Охлаждение производится за счет конвекции, либо теплоотвода и теплового излучения.
  • Высокие показатели по качеству настройки частоты вращения.
  • Может долго работать с пусковым моментом на низких скоростях.
  • Частоту вращения можно настроить в широком диапазоне, 1:5000 и более (зависит от преобразователя).
  • Динамичность на высоком уровне.

Асинхронные двигатели обладают следующими характеристиками:

  • Динамика может быть средней или иметь повышенное значение.
  • Вращающий момент не даёт пульсации.
  • Частота вращения обладает широким диапазоном, 1:5000 и более (определяется моделью преобразователя).
  • Получается высокая тепловая нагрузка, которая делает невозможной длительную работу в нижнем диапазоне частоты вращения. Нужен вентилятор принудительного охлаждения.
  • Отлично регулируется частота вращения.
  • Можно охлаждать крыльчаткой на валу, либо принудительно.
  • Допускается воздействие высоких температур в длительном режиме, зависит от частоты вращения.
  • Практически 3-х кратная перегрузочная способность.
  • Для больших моментов инерции нагрузки обладают хорошими возможностями регулирования.

Серводвигатели – синхронные и асинхронные

Для динамичных и точных сервоприводных систем у нас тоже есть модульная система двигателей. Выберите из трех синхронных и одной асинхронной серий свой оптимальный серводвигатель: компактный, малоинерционный и мощный. Множество типоразмеров и вариантов конструктивной длины обеспечивают широкую сферу применения и надежный пусковой момент.

Что такое серводвигатели?

Серводвигатели

Серводвигатель – это двигатель, который позволяет контролировать точное положение вала двигателя, а также частоту вращения и/или ускорение. Для этого применяются соответствующие датчики и способы автоматического регулирования. Раньше серводвигатели были вспомогательными приводами, которые конструировались для применения в станках. Впрочем, своим названием серводвигатель обязан латинскому слову „servus“, что по-русски означает „слуга“. В качестве серводвигателей может использоваться асинхронный двигатель, синхронный двигатель или двигатель постоянного тока. То есть различие между этими двигателями заключается не в самом принципе привода, а только в их возможностях регулирования.

Какие серводвигатели существуют?

Серводвигатели можно разделить на синхронные и асинхронные. Но это всегда привод, работающий в условиях электронного регулирования положения, скорости или момента – либо комбинации этих параметров. При этом предъявляются очень высокие требования к динамике, диапазонам регулирования и/или к точности движения. Серводвигатели обычно применяются в сочетании с системами автоматизации и управления

, например в упаковочных машинах.

Наше предложение: Синхронные и асинхронные серводвигатели

Асинхронные серводвигатели

Асинхронные серводвигатели подходят для применения в таких системах, где большие внешние моменты инерции нужно перемещать в установках и машинах, обеспечивая высокую надежность регулирования. Для этого SEW-EURODRIVE предлагает в серии двигателей DRL.. соответствующие решения для привода.

Синхронные серводвигатели

Синхронные серводвигатели – это приводы, в которых ротор с помощью закрепленных на нем постоянных магнитов синхронно приводится в движение вращающимся полем в статоре. Синхронный двигатель вращается синхронно подаваемой частоте вращающегося поля.

Этот вариант привода работает от преобразователя частоты, который обеспечивает подходящий, управляемый трехфазный ток. Для этого в ассортименте SEW-EURODRIVE есть различные исполнения. Оптимизированные серводвигатели серии CMP.. можно в зависимости от применения адаптировать к высокой динамике или высоким нагрузкам. Классические сферы применения – пищевая промышленность, строительство, автомобилестроение, упаковочная техника и деревообработка.

Основной особенностью синхронных серводвигателей серии CM..являются оптимальные характеристики регулирования, высокий вращающий момент и динамика. Эти двигатели идеально подходят для применения в логистике, например в качестве приводов портальных подъемников или стеллажных кранов-штабелеров.

Принципы работы и виды сервоприводов

Отличительной особенностью сервопривода является возможность управления через отрицательную обратную связь с использованием заданных параметров. Все оборудование данного типа можно разделить на две группы – сервоприводы постоянного тока и трехфазные сервоприводы переменного тока.

Устройство сервоприводов постоянного тока

Как правило, сервоприводы постоянного тока используются в маломощных устройствах позиционирования. Классическая область их применения – робототехника.

Конструкция современных сервоприводов довольно проста, но при этом весьма эффективна, так как позволяет обеспечить максимально точное управление движением. Сервопривод состоит из:

  • двигателя постоянного тока
  • шестерни редуктора
  • выходного вала
  • потенциометра
  • платы управления, на которую подается управляющий сигнал

Двигатель и редуктор образуют привод. Редуктор используется для снижения скорости вращения двигателя, которую необходимо адаптировать для практического применения. К выходному валу редуктора крепится необходимая нагрузка. Это может быть качалка, вращающийся вал, тянущие или толкающие механизмы.

Для того, чтобы угол поворота превратить в электрический сигнал, необходим датчик. Его функции в сервоприводе постоянного тока с успехом выполняет потенциометр. Он выдает аналоговый сигнал (как правило, от 0 до 10 В) с дискретностью, ограниченной АЦП (аналогово-цифровым преобразователем), на который поступает этот сигнал.

Самой важной деталью сервопривода, пожалуй, является электронная плата сервоусилителя, которая принимает и анализирует управляющие импульсы, соотносит их с данными потенциометра, отвечает за запуск и выключение двигателя.

Принцип работы

Принцип действия устройств основан на использовании импульсного сигнала, который имеет три важные характеристики – частоту повторения, минимальную и максимальную продолжительность. Именно продолжительность импульса определяет угол поворота двигателя.

Импульсные сигналы, получаемые сервоприводом, имеют стандартную частоту, а вот их продолжительность в зависимости от модели может составлять от 0,8 до 2,2 мс. Параллельно с поступлением управляющего импульса активируется работа генератора опорного импульса, который связан с потенциометром. Тот, в свою очередь, механически сопряжен с выходным валом и отвечает за корректирование его положения.

Электронная схема анализирует импульсы с учетом длительности и на основе разностной величины определяет разницу между ожидаемым (заданным) положением вала и реальным (измеренным при помощи потенциометра). Затем производится корректировка путем подачи напряжения на питание двигателя.

Основные положения устройства

Если продолжительность опорного и управляющего импульсов совпадает, наступает так называемый нулевой момент. В это время двигатель сервопривода не работает, вал привода находится в исходном (неподвижном) положении.

При увеличении длительности управляющего импульса плата фиксирует разбежку показателей, двигатель получает напряжение и приходит в движение. В свою очередь, редуктор начинает воздействовать на выходной вал, который поворачивается таким образом, чтобы достигнуть увеличения продолжительности опорного импульса. Как только он сравняется с управляющим импульсом, двигатель прекратит свою работу.

При уменьшении длительности управляющего импульса происходит все то же самое, только с точностью до наоборот, так как двигатель начинает вращаться в обратную сторону. Как только импульсы сравнялись, двигатель останавливается.

Сервопривод переменного тока

В сервоприводах переменного тока используется синхронный двигатель с мощными постоянными магнитами. В таких двигателях частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля, наводимого в обмотке статора.

Принцип работы сервопривода на основе трехфазного синхронного электродвигателя состоит в следующем. На обмотки статора поступает трехфазное напряжение, которое создает внутри него вращающееся магнитное поле. Это поле взаимодействует с постоянными магнитами, расположенными в роторе. В результате ротор вращается с частотой магнитного поля.

На валу ротора закреплен энкодер с высокой разрешающей способностью. Сигнал от него поступает по отдельному кабелю на специальный вход сервоусилителя. В то же время на управляющий вход сервоусилителя подается сигнал управления. В результате сравнения этих двух сигналов выделяется сигнал рассогласования, величина которого прямо пропорциональна разнице между целевыми и актуальными показателями вращения двигателя. На основании данного сигнала формируется трехфазное напряжение с такими параметрами, которые обеспечивают максимально быстрое уменьшение рассогласования до нуля.

Режимы управления

Существуют три основных режима работы сервопривода переменного тока.

Режим управления положением. Главное в этом режиме – контроль за углом поворота вала ротора. Управление производится последовательностью импульсов, которые могут приходить, например, с контроллера. Этот режим используется для точного позиционирования различных узлов технологического оборудования.

Комбинация импульсов для управления положением может передавать информацию не только по положению, но также по скорости и направлению вращения двигателя. Для этого могут использоваться три типа сигналов: 1) квадратурные импульсы (со сдвигом фаз на 90 градусов), 2) импульсы вращения по или против часовой стрелки, действующие поочередно и 3) импульсы скорости и потенциал направления, подающиеся на два входа.

Как правило, во всех сервоусилителях входы управления именуются как PULSE, SIGN.

Режим управления скоростью. В данном случае управление производится аналоговым сигналом. Значения скорости также могут переключаться на фиксированные величины подачей сигналов на соответствующие дискретные входы. В случае использования разнополярного аналогового управляющего сигнала возможна смена направления вращения серводвигателя.

Режим управления скоростью схож с работой асинхронного двигателя, управляемого преобразователем частоты. Задаются такие параметры, как время разгона и замедления, максимальная и минимальная скорости и другие.

Режим управления моментом.

В этом режиме двигатель может вращаться либо стоять на месте, но при этом момент на валу будет заданным. Управление может производиться дискретным либо аналоговым двухполярным сигналом. Этот режим может использоваться для машин, где необходимо менять усилие прижима, давление и т. п.

Оценка текущего момента двигателя, необходимого для управления, производится за счет встроенного датчика тока.

Процесс рекуперации

Рекуперация происходит при изменении направления (знака) момента нагрузки по отношению к вращающему моменту серводвигателя. Если энергия рекуперации невелика, она накапливается на конденсаторах звена постоянного тока, повышая напряжение на них.

Если разница абсолютных значений моментов нагрузки и серводвигателя составляет значительную величину, напряжение на конденсаторах шины постоянного тока может превысить пороговый уровень. В этом случае энергия рекуперации сбрасывается в тормозной резистор.

Другие полезные материалы:
Выбор оптимального типоразмера электродвигателя
Сервопривод или шаговый двигатель?
Принципы программирования ПЛК

какова разница и что выбрать? обновлено 31.05.2020 — MULTICUT

Обновлено: 31.05.2020

В качестве электропривода порталов и исполнительных узлов фрезерно-гравировальных станков с чпу и оборудования для плазменной резки с ЧПУ применяются шаговые двигатели и сервоприводы. Что лучше: шаговый двигатель или сервопривод, и в каких случаях применение того или иного электропривода экономически и технически оправданно, рассмотрим в данной статье.

Сервопривод станка с ЧПУ

Устройство шагового привода

Шаговый привод состоит из синхронной электрической машины и управляющего контроллера. Последний обеспечивает подачу управляющих сигналов на обмотки двигателя и их попеременное включение в соответствии с заданной программой.

Устройство шагового двигателя

Шаговый двигатель — электрическая машина, преобразующая управляющие сигналы в перемещение вала на определенный угол и фиксацию его в заданном положении. Количество шагов таких электродвигателей составляет от 100 до 400, угол шага — от 0,9-3,6°.

Принцип работы шагового двигателя

Состоит это электромеханическое устройство из статора, где размещены катушки возбуждения, и вращающейся части с постоянными магнитами или обмотками. Такая конструкция ротора обеспечивает его фиксацию после отработки управляющей команды.

На статоре расположено несколько обмоток. При подаче напряжения на катушку, под воздействием магнитного поля ротор поворачивается на определенный угол в соответствии с пространственным положением обмотки. При ее обесточивании и подаче управляющего сигнала на другую катушку вращающаяся часть электродвигателя занимает другую позицию. Каждый поворот вала соответствует углу шага. При обратной последовательности подачи напряжения на катушки ротор вращается в противоположном направлении.

Для поворота ротора на меньший угол одновременно включаются 2 обмотки. Количество шагов ограничено и зависит от числа полюсов статора электромотора. Для обеспечения плавного вращения ротора на катушки статора подают разные токи, разность которых определяет положение ротора. Такой способ управления позволяет снизить дискретность и увеличить количество шагов до 400.

К числу недостатков шаговых двигателей можно отнести довольно низкую скорость, пропуск шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке на валу, снижение момента при высокой частоте вращения и большое время разгона.

Шаговые двигатели

Устройство сервопривода

Сервопривод состоит из синхронного двигателя, датчика скорости и положения, а также управляющего контроллера. Основная разница между шаговым двигателем и сервоприводом состоит в наличии обратной связи по положению, скорости, моменту на валу ротора.

Электропривод такого типа построен на базе следящей схемы автоматического регулирования. При несоответствии скорости или другой величины контроллер будет подавать сигналы на отработку, пока требуемый параметр или положение вала не будет соответствовать заданному. В качестве датчика обратной связи используют абсолютные и относительные энкодеры различных типов и конструкций.

Устройство сервопривода

Принцип действия сервопривода

Управляющее устройство в соответствии с заданной программой подает напряжение на сервопривод, который соединен с порталом станка. Двигатель перемещает рабочий орган. При этом энкодер вырабатывает импульсы, поступающие на контроллер. Подсчет их числа осуществляет управляющее устройство. Количество импульсов пропорционально перемещению портала. При достижении рабочим органом заданного положения на электромотор перестает поступать напряжение. Портал фиксируется. Пока число импульсов, зафиксированных контроллером с датчика, не достигнет запрограммированной величины, двигатель будет осуществлять перемещение рабочего органа.

Шаговый сервопривод можно также настроить на поддержание постоянной частоты вращения вне зависимости от нагрузки или постоянного момента при разной скорости.

К достоинствам сервоприводов относятся точность позиционирования, динамика разгона и отсутствие снижения момента при высоких скоростях. Ограничивает применение сервопривода, как правило, достаточно большая стоимость.

Чем отличается сервопривод от шагового двигателя?

Критерий сравнения Шаговые двигатели Сервоприводы
Эксплуатационный ресурс Шаговые электромоторы не имеют коллекторного узла, подверженного износу. Также они не имеют частей, нуждающихся в регулярном техобслуживании и замене Коллекторные серводвигатели необходимо регулярно обслуживать. Максимальный срок службы коллекторного узла — 5000 часов непрерывной работы. При этом бесщеточные сервомоторы не уступают в надежности шаговым двигателям
Точность перемещений исполнительного органа

Современные шаговые электродвигатели обеспечивают перемещение рабочей части с точностью до 0,01 мм.

Отличие шагового двигателя от сервопривода заключается в пропуске шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке, что значительно снижает качество обработки

Сервопривод для поворотного стола фрезерного станка или портала другого оборудования обеспечивает точность до 0,002 мкм.

Позиционирование по следящей схеме обеспечивает высокое качество обработки независимо от нагрузки

Время разгона и скорость перемещения портала

Максимальная скорость перемещения рабочих органов при использовании шагового электропривода — 25 м.

Время разгона — 120 об/мин за секунду

Сервопривод может перемещать портал со скоростью более 60 м/мин.

Время разгона составляет до 1000 об/мин за 0,2 секунды

Реакция на принудительную остановку Шаговые двигатели хорошо переносят механические перегрузки и не выходят из строя при аварийных остановках Сервоприводы необходимо оснащать дополнительной защитой, отключающей электромотор при принудительной остановке портала. В противном случае обмотки электрической машины могут сгореть
Стоимость За счет простоты конструкции шаговый двигатель имеет относительно невысокую цену За счет датчиков обратной связи (энкодеров) и более сложной схемы регулирования сервопривод считается дорогостоящим оборудованием

Привод станка с ЧПУ

Критерии выбора

Тип приводного двигателя для станков выбирают по следующим характеристикам:

  • Производительность.

    По этому параметру сервоприводы значительно превосходят шаговые электромоторы. На станок с ЧПУ для обработки крупных деталей или заготовок из твердых материалов лучше уставить сервомотор, например, ESTUN 1000 Вт. Такой электропривод обеспечит более высокую скорость обработки твердых материалов. Для малогабаритного промышленного оборудования (например, настольного фрезерного станка) среднего класса точности, предназначенного для обработки мягких материалов, лучше выбрать шаговый двигатель.

  • Эксплуатационные расходы.

    Программирование и настройка сервопривода на станке с ЧПУ требуют высокой квалификации исполнителя. Такой привод намного дороже в обслуживании, соответственно расходы на его эксплуатацию будут выше.

  • Точность.

    Сервоприводы для станков с ЧПУ необходимы для высокоточной автоматизированной обработки. Такой привод позволяет позиционировать положение рабочего органа с точностью до 0,02 мкм, в то время как максимальная точность шаговой электрической машины — 0, 01 мм.

  • Цена.

    Стоимость шагового двигателя значительно ниже цены сервопривода. При невысоком бюджете лучше предпочесть первый вариант.

  • Уровень шума.

    По этому показателю сервомоторы предпочтительней. Работа шаговых электродвигателей сопровождается звуком, соответствующим частоте шагов на различных оборотах.

Таким образом, выбор сервопривода или шагового двигателя в качестве привода на фрезерно-гравировальный станок и оборудование для плазменной резки следует совершать, руководствуясь исключительно экономической и технической целесообразностью.

Читайте также

Фрезерные станки с ЧПУ для малого бизнеса

Обновлено: 18 Января 2019

Для построения и развития успешного бизнеса, связанного с работой на фрезерном станке с ЧПУ, важно наличие значительных преимуществ перед конкурентами: например, высочайшего качества продукции и доступных цен. В данной статье расскажем, какие именно станки с ЧПУ подходят для малого бизнеса, какова стоимость того или иного оборудования, и насколько рентабелен такой вид деятельности...

Технические характеристики и сфера применения фрезерных станков с ЧПУ

Обновлено: 18 Января 2019

Станки с ЧПУ значительно повлияли на сферу металлообработки и на работу с другими материалами. Программируемые установки обеспечиваюют повышенную точность фрезеровки, что приводит к значительному увеличению производительности труда. Процесс обработки заготовок проходит беспрерывно и в строгом соответствии заданной программе, а результат работы отличается высокой точностью. В статье мы рассмотрим важнейшие технические характеристики фрезерных станков с ЧПУ и основные сферы их применения...

Фрезы для деревообрабатывающих станков с ЧПУ

Обновлено: 18 Января 2019

Рабочий режущий инструмент станков с ЧПУ — это фреза. Конструктивно она является вращающейся деталью с заточенными зубьями. Фрезы для станков с ЧПУ по дереву производят из разных сплавов и делят на категории. Их выбор зависит от характеристик обрабатываемой поверхности, типа работы и степени твердости древесины. Правильно выбрать подходящий инструмент для программных станков поможет наша статья, которая познакомит вас с типами фрез и их назначением...

Характеристики шагового двигателя

Обновлено: 6 Декабря 2018

Шаговое устройство — бесщеточный двигатель с несколькими обмотками, функционирующий по синхронному принципу. Принцип работы шагового двигателя заключается в поочередной активации обмоток, которые обеспечивают вращение / остановку ротора...

Специфика сверлильных станков с ЧПУ

Обновлено: 6 Декабря 2018

Современные сверлильные станки с ЧПУ используются на производствах, на которых в больших объемах осуществляется обработка деталей всевозможного назначения, например, на мебельных фабриках. Сегодня производители предлагают покупателям модели сверлильных станков с ЧПУ во всем функциональном многообразии...

Что такое серводвигатель

Серводвигатель – это специальный электродвигатель с отрицательной обратной связью, который предназначен для применения в станках с ЧПУ. Серводвигатели обладают достаточно высокими скоростными характеристиками, а также высокой точностью позиционирования.

Серводвигатель – это неприхотливый рабочий элемент, который входит в состав промышленного оборудования. При правильной эксплуатации серводвигатель способен работать 24 часа в сутки.

История серводвигателя

Современные серводвигатели соединили в себе все достижения научно-технического инновационного прогресса, поэтому способны развивать огромные скорости вращения при весьма высокой мощности. Большой диапазон регулировки вращения вала серводвигателя средствами программного обеспечения при существенном ускорении или торможении, делает это оборудование просто незаменимым для применения в станках или поточных линиях и многих других конструкциях.

Сравнение шаговых двигателей и серводвигателей

Как известно серводвигатели сочетают в себе достаточно большую мощность и компактность. Однако данные моторы могут функционировать, только если в наличии имеется электронный блок. Связка сервомотора и электронного управляющего модуля именуется – сервоприводом. Одно из основных достоинств сервомоторов перед ШД (шаговыми двигателями), это, безусловно, плавностью хода. Присутствие обратной связи создает условия для точного позиционирования положения, а также скорости вращения вала сервомотора.

Отличие шаговых двигателей

Как правило, шаговые двигатели для управления их работой тоже требуют наличия электронных блоков, однако в отличие от сервомоторов они не требуют обратной связи и функционируют в своем дискретном режиме. Непосредственно сам шаговый двигатель – это электродвигатель особой конструкции, который преобразует задающие ему импульсы в дискретное перемещение с определенным количеством шагов.

В целом же, шаговые двигатели применяются в тех случаях, когда за счет полного отсутствия модуля обратной связи требуется уменьшить стоимость привода. По принципу работы, серводвигатели с шаговыми электромоторами во многом схожи и в некоторых случаях даже могут использовать стандартные электронные устройства.

Применение шаговых двигателей

Шаговые двигатели можно использовать в современных наукоемких устройствах, потому как точность их функционирования достаточно высока. Поэтому, даже, несмотря на интенсивность реализовываемых функций, в работе они неприхотливы, долговечны и очень надежны. Шаговые электродвигатели интегрируются в различные системы автоматизации производства, например, начиная от станков с ЧПУ (числовым программным управлением) и оканчивая аналитическими приборами.

Если нет потребности в слишком высокой точности работы исполняющего механизма и плавности движения при «не» больших скоростях подачи, то приобретение дискретного устройства позволит существенно сократить расходы на оборудование, тем самым сэкономив средства, потому как стоимость шагового двигателя вместе с управляющим блоком, существенно ниже сервопривода.

Шаговые двигатели относятся к типу безколлекторного оборудования постоянного тока. Поэтому, как и любые двигатели, где отсутствует коллектор, они обладают достаточно высокой надежностью и значительным сроком службы. По сравнению с традиционным включением двигателей постоянного тока, шаговые двигатели требуют присутствия электронных схем коммутации специальных обмоток во время работы. Шаговый двигатель, это весьма и весьма дорогое устройство, поэтому если точность позиционирования не значительна, в место них целесообразней всего использовать обычные коллекторные двигатели.

что это такое, устройство, принцип работы, виды

Вряд ли сегодня кого-то можно удивить тем количеством электрических приборов, которые окружают человека в повседневной жизни. Многие из которых давно взяли на себя часть человеческого труда и обязанностей. Повсеместная автоматизация процессов охватила самые разнообразные отрасли, начиная автомобилестроением, и заканчивая устройствами в быту. Львиную долю нагрузки относительно автоматического управления параметрами работы  умных машин берет на себя сервопривод.

Что такое сервопривод?

Под сервоприводом следует понимать такое устройство, которое обеспечивает возможность управления рабочим органом посредством обратной связи. Само название произошло от латинского servus, что в переводе означает помощник. Изначально сервопривод использовался в качестве вспомогательного оборудования для различных станков, машин и механизмов. Однако с развитием технологий и постоянно растущей необходимостью повышать точность электронных устройств им начали отводить куда более значимую роль.

Устройство и принцип работы

Устройство сервоприводаРис. 1. Устройство сервопривода

Устройство и принцип работы каждого сервопривода может кардинально отличаться от других моделей. Однако в качестве примера мы рассмотрим наиболее актуальные варианты.

Конструктивно он может состоять из:

  • Привода – устройства, приводящего в движение рабочий орган. Может выполняться посредством синхронного или асинхронного двигателя, пневмоцилиндра и т.д.
  • Передаточный механизм – система шестеренчатой кривошипной или другой передачи, редуктор.
  • Рабочий элемент – управляет перемещением в пространстве, непосредственно вал редуктора, передаточный механизм и т.д.
  • Датчик – сигнализирует о достигнутом положении и передает информацию по каналу обратной связи.
  • Блок питания – может применяться в случае прямого подключения сервопривода к сети, где требуется преобразование уровня и типа напряжения.
  • Блок управления – осуществляет подачу управляющих сигналов на сервомотор для передвижения или корректировки места положения. Для этого применяются микропроцессоры, микроконтроллеры и т.д. К примеру, очень популярна плата Arduino.

Принцип действия заключается в подаче управляющего импульса на асинхронный или синхронный двигатель, который начинает вращаться, пока рабочий орган не окажется в нужной позиции. Как только будет достигнуто установленное положение, на датчике обратной связи появится нужный сигнал, который, перейдя на блок управления, прекратит питание электромеханического устройства. Движение сервопривода прекратится до появления новых электрических сигналов.

Далее начнется новый цикл работы устройства, число команд и последовательность их выполнения определяется заложенной программой.

Сравнение с шаговым двигателем

Сравнение с сервопривода с шаговым двигателемРис. 2. Сравнение с сервопривода с шаговым двигателем

Вполне вероятно вы могли слышать, что та же функция часто выполняется шаговыми двигателями, однако между этими двумя устройствами имеется существенное отличие. Шаговый привод действительно осуществляет точное  позиционирование объекта за счет четкого числа подаваемых на электрическую машину импульсов, они достаточно тихоходны и не создают лишнего шума. В остальном сервоприводы обладают рядом весомых преимуществ по сравнению с шаговыми электродвигателями:

  • Могут использовать для привода любой тип электрической машины – синхронный, асинхронный, электродвигатель постоянного тока и т.д.
  • Точность механического привода не зависит от износа деталей, появления люфтов, термических и механических изменений конструктивных элементов.
  • Диагностирование неисправностей происходит моментально за счет обратной связи.
  • Скорость вращения – любой обычный электродвигатель вращается быстрее шагового привода.
  • Экономичность – вращение вала у шаговой электрической машины осуществляется при максимально допустимом напряжении питания, чтобы обеспечить максимальный момент.

Но кроме перечисленных преимуществ есть ряд позиций, по которым сервопривод уступает шаговому двигателю:

  • Сложность системы управления и необходимость реализации ее работы – шаговый двигатель контролируется обычным счетчиком числа импульсов.
  • Необходимость контролировать как частоту вращения, так и принимать меры для принудительного затормаживания в нужной точке – это приводит к дополнительным затратам энергии, программных и механических ресурсов.
  • Обязательно используется дополнительный измерительный блок, контролирующий положение рабочего органа.
  • Сервопривод обладает значительно большей стоимостью, поэтому применение шагового двигателя обходится дешевле.

Назначение

Область примененияРис. 3. Область применения

Сервопривод используется в самых различных направлениях науки и техники, где электрический привод, помимо функции вращения каких-либо элементов, должен выполнить и точное позиционирование. На практике они повсеместно используются в ЧПУ станках, автоматических задвижках, электронных клапанах, заводских станках с программным управлением, робототехнике.

В бытовых системах сервомоторы устанавливаются в системах отопления для регулировки подачи теплоносителя, топлива, управления нагревательным элементом, контроля переключения между центральными и автономными системами энергетических ресурсов и т.д. В автомобилях их используют для отпирания, запирания багажника, электронных блокировок.

Разновидности

За счет многолетнего развития сервоприводов сегодня можно встретить самые различные виды устройства. Поэтому мы рассмотрим наиболее распространенные критерии разделения.

По типу привода:

  • асинхронные сервоприводы – получаются дешевле, чем с  синхронным электродвигателем, могут обеспечить точность даже при низких оборотах выходного вала;
  • синхронные – более дорогой вариант, но быстрее разгоняется, что повышает скорость выполнения операций;
  • линейные – не используют классических электрических моторов, но способны развивать большое ускорение.

По принципу действия выделяют:

  • электромеханический сервопривод – движение обеспечивается электрической машиной и шестеренчатым редуктором;
  • гидромеханический серводвигатель – движение осуществляется при помощи поршневого цилиндра, обладают значительно большей скоростью перемещения;

По материалу передаточного механизма:

  • полимерные – износоустойчивые и легкие, но плохо переносят большие механические нагрузки;
  • металлические – наиболее тяжелый вариант, относительно быстро изнашиваются, но могут выдерживать любые нагрузки;
  • карбоновые – имеют средние характеристики по прочности и износоустойчивости, в сравнении с двумя предыдущими, но имеют более высокую стоимость.
По материалу шестернейРис. 4. По материалу шестерней

По типу вала двигателя:

  • с монолитным ротором – тяжелые сервоприводы, создают вибрацию при вращении;
  • с полым ротором – самые легкие модели, быстро реагируют на команды и набирают обороты, их легче контролировать;
  • с бесколлекторным ротором – не имеют подвижных контактов, которые создают дополнительное сопротивление вращению, наиболее дорогой вариант.
По типу валаРис. 5. По типу вала

Технические характеристики

При выборе конкретной модели сервопривода необходимо руководствоваться основными техническими параметрами, которые изготовитель указывает в паспорте устройства.

Наиболее значимыми характеристиками сервомотора являются:

  • Усилие на валу серводвигателя – определяет механический момент и способность перемещать определенный вес, создавать усилие при резке, фрезеровке и т.д.
Усилие на валуРис. 6. Усилие на валу
  • Скорость вращения – показывает, сколько поворотов вала может совершить устройство за единицу времени.
  • Величина питающего напряжения – чаще всего электроснабжение сервопривода выполняется постоянным током, хотя встречаются модели и с переменным током выходного напряжения. Подключение питания к сервоприводу осуществляется тремя проводами: питающим, управляющим и общим.
  • Угол вращения сервопривода – поворот выходного элемента, как правило, выпускается на 180° и 360°.
  • Скорость поворота – подразделяется на сервоприводы с постоянным вращением и с переменной частотой.

Способы управления

Способ управления сервоприводомРис. 7. Способ управления сервоприводом

По способу управления могут быть аналоговые или цифровые сервоприводы, первый из них подает сигналы с разной частотой, которая задается специальной микросхемой, контролирующей работу устройства. Цифровые сервоприводы, в свою очередь, отличаются наличием процессора, который принимает команды и реализует их в качестве различных режимов работы на приводе.

Их практическое отличие заключается в наличии мертвых зон у аналоговых способов,  цифровые лишены этого недостатка, к тому же они быстрее реагируют на изменения и обладают большей точностью. Однако цифровой способ управления имеет большую себестоимость и на свою работу он расходует больше электроэнергии.

На рисунке 8 приведен пример управления сервоприводом с помощью подаваемых импульсов:

Схема управления сервоприводомРис. 8. Схема управления сервоприводом

Как видите на рисунке, сигнал поступает к генератору опорных импульсов (ГОП), подключенному к потенциометру. Далее сигнал поступает на компаратор (К), сравнивающий величины на выходе схемы и поступающие от датчика на рабочем органе. После этого прибор управления мостом (УМ) открывает нужную пару транзисторов моста для вращения вала мотора (М) по часовой или против часовой стрелки, также может задавать усилие за счет полного или частичного открытия перехода.

Преимущества и недостатки

К преимуществам сервопривода следует отнести:

  • Универсальность устройства – может с легкостью устанавливаться в самые различные приборы, так как технические особенности редко влияют на конечный результат.
  • Может реализовать широкий спектр крутящего момента за счет использования редуктора и изменения передаточного числа.
  • Обладает большим ускорением, что значительно повышает продуктивность и сокращает сроки выполнения работы.
  • Точное выставление позиции благодаря проверке места положения на датчике.
  • Не боится перегрузок, что увеличивает срок службы, позволяет работать и в аварийных ситуациях.

К недостаткам следует отнести:

  • Относительно большую стоимость – наличие обратной связи, датчиков и прочего вспомогательного оборудования обуславливает повышение себестоимости сервопривода.
  • Износ передаточного механизма – в значительной мере ухудшает точность и эффективность, требует замены.
  • Более сложная настройка работы – требует изменения параметров программного обеспечения или полной замены сервопривода.

Введение в сервомоторы

Убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript. Если вы оставите JavaScript отключенным, вы получите доступ только к части контента, который мы предоставляем. Вот как.

Что такое серводвигатель?

Серводвигатели (или сервоприводы) представляют собой автономные электрические устройства (см. Рис. 1 ниже), которые вращают или толкают детали машины с большой точностью. Сервоприводы можно найти во многих местах: от игрушек до бытовой электроники, автомобилей и самолетов.Если у вас есть радиоуправляемая модель автомобиля, самолета или вертолета, вы используете как минимум несколько сервоприводов. В модельном автомобиле или самолете сервоприводы перемещают рычаги вперед и назад для управления рулем или регулировки поверхностей крыла. При вращении вала, соединенного с дросселем двигателя, сервопривод регулирует скорость автомобиля или самолета, работающих на топливе. Сервоприводы также появляются за кулисами на устройствах, которые мы используем каждый день. Электронные устройства, такие как проигрыватели DVD и Blu-ray Disc TM , используют сервоприводы для выдвижения или втягивания лотков для дисков.В автомобилях 21-го века сервоприводы управляют скоростью автомобиля. Педаль газа, аналогичная регулятору громкости на радио, посылает электрический сигнал, который сообщает компьютеру автомобиля, насколько сильно она нажата. Компьютер автомобиля вычисляет эту информацию и другие данные от других датчиков и отправляет сигнал сервоприводу, прикрепленному к дроссельной заслонке, для регулировки скорости двигателя. Коммерческие самолеты используют сервоприводы и связанные с ними гидравлические технологии, чтобы толкать и тянуть практически все в самолете.

Рисунок 1. Этот ассортимент сервоприводов доступен в магазинах и по почте. Диапазон сервоприводов по цене и применению.

И, конечно же, роботы не могут существовать без сервоприводов. Вы видите сервоуправляемых роботов почти в каждом фильме (у этих сложных аниматронных марионеток есть десятки сервоприводов), и вы, вероятно, видели несколько игрушек-роботов на продажу. Маленькие лабораторные роботы также используют сервоприводы для перемещения своих суставов. Сервоприводы для хобби бывают разных форм и размеров для различных применений.Вы можете захотеть большой, мощный для перемещения руки большого робота, или маленький, чтобы брови робота поднимались и опускались. Рисунок 2 ниже показывает два размера, которые вы можете найти в хобби-магазине - недорогой обычный размер и более дорогой миниатюрный.

Рисунок 2. Два типоразмера сервоприводов. Стандартный сервопривод слева может варьироваться по мощности или скорости для быстрого перемещения чего-либо, или он может выдерживать более тяжелую нагрузку, например, управление большим радиоуправляемым грузовиком-монстром или подъем лезвия на радиоуправляемой игрушке-землеройке.Миниатюрный сервопривод размером примерно с четверть в США и предназначен для приложений, где малость является критическим фактором, а большая мощность - нет.

Как работает серводвигатель?

Простота сервопривода входит в число функций, которые делают их такими надежными. Сердцем сервопривода является небольшой двигатель постоянного тока (DC), похожий на тот, который вы можете найти в недорогой игрушке. Эти двигатели работают на электричестве от батареи и вращаются на высоких об / мин (оборотов в минуту), но производят очень низкий крутящий момент (крутящая сила, используемая для работа - вы прикладываете крутящий момент, когда открываете банку).Расположение зубчатых колес принимает высокую скорость двигателя и замедляет ее, одновременно увеличивая крутящий момент. (Основной закон физики: работа = сила х расстояние.) Крошечный электродвигатель не имеет большого крутящего момента, но он может вращаться очень быстро (малая сила, большое расстояние). Конструкция редуктора внутри корпуса сервопривода преобразует выходной сигнал в гораздо более медленную скорость вращения, но с большим крутящим моментом (большая сила, небольшое расстояние). Объем реальной работы такой же, просто полезнее. Зубчатые колеса в недорогом серводвигателе, как правило, сделаны из пластика, чтобы сделать его легче и дешевле (см. Рис. 3 ниже).На сервоприводе, предназначенном для обеспечения большего крутящего момента для более тяжелой работы, зубчатые колеса сделаны из металла (см. Рис. 4 ниже) и их сложнее повредить.

Рисунок 3. Зубчатые передачи в типичном сервоприводе стандартного размера изготовлены из пластика и преобразуют быстрое маломощное движение двигателя (справа) в выходной вал (слева).
Рисунок 4. В высокомощном сервоприводе пластмассовые шестерни заменяются на металлические для прочности. Двигатель обычно более мощный, чем в недорогом сервоприводе, а общий выходной крутящий момент может быть в 20 раз выше, чем у более дешевого пластикового. Лучшее качество дороже, а высокопроизводительные сервоприводы могут стоить в два-три раза дороже, чем стандартные.

С небольшим двигателем постоянного тока вы подаете питание от батареи, и двигатель вращается. В отличие от простого двигателя постоянного тока, вал вращающегося серводвигателя замедлен с помощью зубчатых колес.Датчик положения на последней передаче соединен с небольшой платой (см. Рисунок 5 ниже). Датчик сообщает этой печатной плате, как далеко повернулся вал серво-выхода. Электронный входной сигнал от компьютера или радиоприемника в автомобиле с дистанционным управлением также подается на эту печатную плату. Электроника на плате декодирует сигналы, чтобы определить, как далеко пользователь хочет вращать сервопривод. Затем он сравнивает желаемое положение с фактическим положением и решает, в каком направлении вращать вал, чтобы он достиг желаемого положения.

Рисунок 5. Печатная плата и двигатель постоянного тока в мощном сервоприводе. Вы заметили, как мало деталей на плате? Сервоприводы превратились в очень эффективный дизайн на протяжении многих лет.

Представьте, что вы играете в мяч с другом на спортивной площадке. Вы стоите на одном конце и хотите, чтобы ваш друг вышел на длинный бросок. Вы можете продолжать кричать «все дальше, дальше, дальше», пока она не уйдет так далеко, как вы хотели.Но если она вышла дальше, чем вы можете бросить, вам придется крикнуть «ближе», пока она не вернется в нужное место. Если бы она была простым двигателем в руке робота, а вы - микропроцессором, вам бы пришлось потратить некоторое время на то, чтобы посмотреть, что она сделала, и дать ей команды, чтобы переместить ее обратно в нужное место (это называется петлей обратной связи ). ). Если бы она была серводвигателем, вы могли бы просто сказать «выходите ровно на 4,5 метра» и знать, что она найдет правильное место. Вот что делает серводвигатели такими полезными: как только вы говорите им, что вы хотите сделать, они делают работу без вашей помощи.Это автоматическое поведение поиска серводвигателей делает их идеальными для многих роботизированных приложений.

Типы серводвигателей

Сервоприводы

бывают разных размеров и трех основных типов: позиционное вращение, непрерывное вращение и линейное.

  • Серводвигатель позиционного вращения : Это наиболее распространенный тип серводвигателя. Выходной вал вращается примерно на половину круга или на 180 градусов. Он имеет физические упоры, размещенные в зубчатом механизме для предотвращения поворота за эти пределы для защиты датчика вращения.Эти общие сервоприводы можно найти в радиоуправляемых автомобилях и водных и воздушных судах, игрушках, роботах, и много других приложений.
  • Сервопривод непрерывного вращения : Это очень похоже на обычный серводвигатель позиционного вращения, за исключением того, что он может вращаться в любом направлении бесконечно. Управляющий сигнал, а не установка статического положения сервопривода, интерпретируется как направление и скорость вращения. Диапазон возможных команд заставляет сервопривод вращаться по часовой стрелке или против часовой стрелки по желанию, с различной скоростью, в зависимости от командного сигнала.Вы можете использовать сервопривод такого типа на радиолокационной антенне, если вы установите его на роботе. Или Вы можете использовать один в качестве двигателя на мобильном роботе.
  • Линейный сервопривод : Это также похоже на сервомотор позиционного вращения, описанный выше, но с дополнительными шестернями (обычно механизм с реечной передачей ) для изменения выходного сигнала с кругового на вперед и назад. Эти сервоприводы нелегко найти, но иногда их можно найти в хобби-магазинах, где они используются в качестве исполнительных механизмов в больших моделях самолетов.

Выбор серводвигателя

При запуске проекта, который использует сервоприводы, обратите внимание на требования вашего приложения. Как быстро сервопривод должен вращаться из одной позиции в другую? Насколько сложно это будет толкать или тянуть? Нужно ли мне позиционное вращение, непрерывное вращение или линейный сервопривод? Насколько допустимо превышение ? Чем меньше вы платите за сервопривод, тем меньше механической силы он будет собирать и тем меньше будет точность его движений. Вы можете заплатить немного больше и получить тот, который движется быстро, но у него может не быть большой силы.Вы также можете купить тот, который будет тянуть или толкать большие грузы, но он не может двигаться быстро или точно. На веб-сайтах производителей и в онлайн-руководствах по хобби будет много информации, которую можно использовать для сравнения моделей. Вы также обнаружите, что в хобби-магазинах есть набор сервоприводов, которые обычно могут помочь вам решить, какой из них подходит для вашего проекта и бюджета.

Управление серводвигателем

Сервоприводы принимают команды из серии импульсов, посылаемых с компьютера или радио. Импульс представляет собой переход от низкого напряжения к высокому напряжению, которое остается высоким в течение короткого времени, а затем возвращается к низкому.В батарейных устройствах, таких как сервоприводы, «низкий» считается заземлением или 0 вольт, а «высокий» - напряжением аккумулятора. Сервоприводы, как правило, работают в диапазоне от 4,5 до 6 вольт, поэтому они очень любители компьютеров.

Вы когда-нибудь брали один конец веревки, которая была привязана к дереву, или держали один конец скакалки, пока друг держал другой? Представьте, что, удерживая конец веревки, вы двигали руку вверх и вниз. Веревка создаст большой горб, который будет перемещаться от вашего конца к другому.То, что вы сделали, применили импульс , и он прошел вниз по веревке как волна . Когда вы поднимаете руку вверх и вниз, если вы дольше держите руку в воздухе, кто-то, наблюдающий за этим экспериментом со стороны, увидит, что пульс в веревке будет длиннее или шире. Если вы опустите руку раньше, пульс будет короче или более узким. Это ширина импульса . Если вы продолжаете движение вверх и вниз, выполняя целую кучу этих импульсов один за другим, вы создали последовательность импульсов (см. Рисунок 6 ниже).Как часто вы поднимали и опускали свой конец? Это частота вашей последовательности импульсов и измеряется в импульсах в секунду, или Гц (сокращение от «герц»).

Примечание : Микропроцессор в вашем компьютере использует импульсы от специальных схем синхронизации, чтобы выполнить работу. Слышали ли вы о скорости вашего компьютера, упоминаемой как 1,7 гигагерца (ГГц)? Это способ сказать, что импульсы приходят с частотой 1,7 миллиарда импульсов в секунду, или 1 700 000 000 Гц.Представьте, что вы пытаетесь так быстро переместить свою веревку!

На скриншоте показан график, на котором три шипа одинаковой высоты расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Эти пики являются импульсами, которые повторяются каждые двадцать миллисекунд.

Рисунок 6. Пример последовательности импульсов, которую вы можете сгенерировать для управления сервоприводом, как показано на снимке экрана с недорогого цифрового осциллографа , инструмента для наблюдения напряжений).Здесь импульс генерируется один раз каждые 20 миллисекунд или примерно при 50 Гц. В этом примере ширина импульса составляет около 2 миллисекунд, что приводит к повороту сервопривода почти до одного конца его вращения. Осциллограф невероятно полезен для тестирования и отладки систем, которые используют сервоприводы.

Ваш сервопривод должен быть подключен к источнику питания (от 4,5 до 6 вольт), и должен поступить управляющий сигнал от компьютера или другой схемы. Требования к каждому сервоприводу немного различаются, но последовательность импульсов (как в Рисунок 6 выше) с частотой от 50 до 60 Гц хорошо работает для большинства моделей.Ширина импульса будет варьироваться от приблизительно от 1 миллисекунды до 2 или 3 миллисекунд (одна миллисекунда составляет 1/1000 секунды). Популярный У любителей компьютеров, таких как Arduino TM , есть программные команды на языке для генерируя эти последовательности импульсов. Но любой микроконтроллер может быть запрограммирован для генерации этих сигналов. Система, которая передает информацию на основе ширины импульсов, использует широтно-импульсную модуляцию (или ШИМ) и является очень распространенным способом управления скоростью двигателя и яркостью светодиодов, а также положением серводвигателя.

Ресурсы

Следующее руководство по выбору поможет вам определить, какой сервопривод Futaba® соответствует вашим потребностям:

Вот руководство пользователя Hitec, другого производителя сервоприводов:

Кредиты

Говард Эглоштайн, друзья науки

Изучите наши научные видео

Создайте Лимонный Вулкан - Веселый Научный Эксперимент

Как сделать Bristlebot

Сделай самодельную мухоловку

,
Серво Моторс Работа | Как работают серводвигатели

Как работают серводвигатели

Этот маленький мотор отличается высокой эффективностью и мощностью. Серводвигатели существуют уже давно и используются во многих областях. Они небольшие по размеру, но имеют большой удар и очень энергоэффективны. Эти функции позволяют использовать их для управления игрушечными автомобилями, роботами и самолетами с дистанционным или радиоуправлением. Серводвигатели также используются в промышленных приложениях, робототехнике, поточном производстве, фармацевтике и общественном питании.Но как работают маленькие парни?

Сервосистема встроена прямо в моторный блок и имеет позиционируемый вал, который обычно оснащен шестерней (как показано ниже). Двигатель управляется электрическим сигналом, который определяет величину движения вала.

Что внутри сервопривода?

Чтобы полностью понять, как работает сервопривод, нужно заглянуть под капот. Внутри есть довольно простая установка: небольшой двигатель постоянного тока, потенциометр и схема управления.Мотор прикреплен шестернями к колесу управления. Когда двигатель вращается, сопротивление потенциометра изменяется, поэтому схема управления может точно регулировать интенсивность движения и направление движения.

Когда вал двигателя находится в нужном положении, питание, подаваемое на двигатель, прекращается. Если нет, двигатель вращается в соответствующем направлении. Требуемая позиция посылается через электрические импульсы через сигнальный провод. Скорость двигателя пропорциональна разнице между его фактическим положением и желаемым положением.Таким образом, если двигатель находится в нужном положении, он будет вращаться медленно, в противном случае он будет вращаться быстро. Это называется пропорциональным управлением . Это означает, что двигатель будет работать настолько сильно, насколько это необходимо для выполнения поставленной задачи, очень эффективный маленький парень.

Как контролируется сервопривод?

Внутренности серводвигателя (L) и сервопривода в сборе (R) Сервоприводы
управляются путем подачи электрического импульса переменной ширины или широтно-импульсной модуляции (ШИМ) через управляющий провод.Существует минимальный импульс, максимальный импульс и частота повторения. Серводвигатель обычно может поворачиваться только на 90 ° в любом направлении, что в общей сложности составляет 180 °. Нейтральное положение двигателя определяется как положение, в котором сервопривод имеет одинаковую величину потенциального вращения как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. ШИМ, отправляемый на двигатель, определяет положение вала и зависит от длительности импульса, передаваемого по управляющему проводу; ротор повернется в нужное положение. Серводвигатель ожидает увидеть импульс каждые 20 миллисекунд (мс), и длительность импульса будет определять, как далеко двигатель поворачивается.Например, импульс 1,5 мс заставит двигатель повернуться в положение 90 °. Короче 1,5 мс перемещает его в направлении против часовой стрелки в направлении положения 0 °, а если длина больше 1,5 мс, сервопривод поворачивается в направлении по часовой стрелке в направлении положения 180 °. Сервоуправление с переменной шириной импульса
Когда этим сервоприводам приказано двигаться, они переместятся в положение и удержат это положение. Если внешняя сила оказывает давление на сервопривод, когда сервопривод удерживает позицию, сервопривод будет сопротивляться выходу из этой позиции.Максимальное усилие, которое может оказать сервопривод, называется номинальным моментом сервопривода. Серво не будет занимать свою позицию вечно, хотя; импульс положения должен быть повторен, чтобы дать команду сервоприводу оставаться в положении.

Типы сервомоторов

Существует два типа серводвигателей - переменного и постоянного тока. Сервопривод переменного тока может выдерживать скачки тока и, как правило, используется в промышленном оборудовании. Сервоприводы постоянного тока не предназначены для сильных скачков тока и обычно лучше подходят для небольших приложений.Вообще говоря, двигатели постоянного тока дешевле, чем их аналоги переменного тока. Это также серводвигатели, которые были созданы специально для непрерывного вращения, что облегчает движение вашего робота. Они оснащены двумя шарикоподшипниками на выходном валу для уменьшения трения и легкого доступа к потенциометру регулировки точки покоя.

Применение серводвигателя

Сервоприводы используются в радиоуправляемых самолетах для позиционирования управляющих поверхностей, таких как лифты, рули направления, ходьба робота или управление захватами . Серводвигатели имеют небольшой размер, встроенную схему управления и хорошую мощность для своих размеров.

В сфере общественного питания и фармацевтики инструменты предназначены для использования в более жестких условиях, где существует высокая вероятность коррозии из-за неоднократной стирки при высоких давлениях и температурах для соблюдения строгих гигиенических норм. Сервоприводы также используются в поточной , где требуется многократное повторение, но точная работа.

Конечно, вам не нужно знать, как сервопривод работает, чтобы использовать его, но, как и с большинством электроники, чем больше вы понимаете, тем больше дверей открывается для расширенных проектов и возможностей проектов.Являетесь ли вы любителем строительных роботов, инженером, разрабатывающим промышленные системы, или просто любопытным, куда вас приведут серводвигатели?

Servo Motor Руководство покупателя


Если у вас есть электронная история или проект, которым вы хотели бы поделиться, пожалуйста, напишите [электронная почта защищена]. ,Сервомоторы
- принцип работы, управление и применение Это также требует, как правило, сложного контроллера, часто выделенного модуля, специально разработанного для использования с серводвигателями. Серводвигатели - это двигатели постоянного тока, которые позволяют точно контролировать угловое положение. Это двигатели постоянного тока, скорость которых медленно снижается за счет зубчатых колес. Серводвигатели обычно имеют обороты, отсекаемые от 90 ° до 180 °.Некоторые серводвигатели также имеют обороты вращения 360 ° и более. Но серводвигатели не вращаются постоянно. Их вращение ограничено между фиксированными углами.

Серводвигатель представляет собой сборку из четырех элементов: обычный двигатель постоянного тока, редуктор, устройство определения положения и схема управления. Двигатель постоянного тока соединен с зубчатым механизмом, который обеспечивает обратную связь с датчиком положения, который в основном является потенциометром. От коробки передач выходной сигнал двигателя подается через шлиц сервопривода на рычаг сервомотора.Для стандартных серводвигателей редуктор обычно изготавливается из пластика, а для сервоприводов высокой мощности - из металла.

Серводвигатель состоит из трех проводов: черный провод, подключенный к земле, белый / желтый провод, подключенный к блоку управления, и красный провод, подключенный к источнику питания.

Функция серводвигателя состоит в том, чтобы принимать управляющий сигнал, который представляет желаемое выходное положение серводвигателя, и подавать питание на его двигатель постоянного тока, пока его вал не повернется в это положение.

Он использует устройство определения положения для определения положения вращения вала, поэтому он знает, в каком направлении должен вращаться двигатель, чтобы переместить вал в указанное положение. Вал обычно не вращается вокруг, как двигатель постоянного тока, но может поворачиваться на 200 градусов.

Servo Motor Servo Motor Серводвигатель

Из положения ротора создается вращающееся магнитное поле, которое эффективно генерирует ток. Ток протекает в обмотке для создания вращающегося магнитного поля.Вал передает мощность двигателя. Нагрузка приводится через механизм передачи. Высокофункциональный редкоземельный или другой постоянный магнит расположен снаружи вала. Оптический датчик всегда отслеживает количество оборотов и положение вала.

PCBWay PCBWay

Работа серводвигателя

Сервомотор

состоит из двигателя постоянного тока, системы зубчатой ​​передачи, датчика положения и цепи управления. Двигатели постоянного тока питаются от аккумулятора и работают на высокой скорости и с низким крутящим моментом.Узел редуктора и вала, соединенный с двигателями постоянного тока, понижает эту скорость до достаточной скорости и более высокого крутящего момента. Датчик положения определяет положение вала в определенном положении и передает информацию в цепь управления. Схема управления соответственно декодирует сигналы от датчика положения и сравнивает фактическое положение двигателей с требуемым положением и соответственно управляет направлением вращения двигателя постоянного тока, чтобы получить требуемое положение. Серводвигатель обычно требует питания постоянного тока 4.От 8 В до 6 В.

Управление серводвигателем

Серводвигатель управляется путем управления его положением с использованием метода широтно-импульсной модуляции. Ширина импульса, подаваемого на двигатель, варьируется и отправляется на фиксированное количество времени.

Ширина импульса определяет угловое положение серводвигателя. Например, длительность импульса 1 мс вызывает угловое положение 0 градусов, тогда как длительность импульса 2 мс вызывает угловую ширину 180 градусов.

Преимущества:

  • Если на двигатель ложится тяжелая нагрузка, то водитель будет увеличивать ток на катушке двигателя при попытке вращения двигателя.Нет никакого пошагового условия.
  • Возможна высокоскоростная работа.

Недостатки:

  • Так как серводвигатель пытается вращаться в соответствии с командными импульсами, но запаздывает, он не подходит для точного управления вращением.
  • Более высокая стоимость.
  • При остановке ротор двигателя продолжает двигаться вперед и назад на один импульс, поэтому он не подходит, если вам нужно предотвратить вибрацию

7 Применение серводвигателей

Серводвигатели используются в приложениях, требующих быстрых колебаний скорости без перегрева двигателя.

  • В промышленности они используются в станках, упаковке, автоматизации производства, погрузочно-разгрузочных работах, обработке печатных материалов, сборочных линиях и во многих других сложных областях робототехники, станков с ЧПУ или автоматизированного производства.
  • Они также используются в радиоуправляемых самолетах для управления расположением и движением лифтов.
  • Они используются в роботах благодаря плавному включению и выключению и точному позиционированию.
  • Они также используются в аэрокосмической промышленности для поддержания гидравлической жидкости в их гидравлических системах.
  • Они используются во многих радиоуправляемых игрушках.
  • Они используются в электронных устройствах, таких как DVD-диски или проигрыватели дисков Blue-ray, для расширения или воспроизведения лотков для дисков.
  • Они также используются в автомобилях для поддержания скорости транспортных средств.

Схема применения серводвигателя

Из схемы применения ниже: Каждый двигатель имеет три входа: VCC, заземление и периодический прямоугольный сигнал. Ширина импульса прямоугольной волны определяет скорость и направление серводвигателей.В нашем случае нам просто нужно изменить направление, чтобы устройство могло двигаться вперед, назад и поворачиваться влево и вправо. Если длительность импульса находится под определенным периодом времени, двигатель будет двигаться по часовой стрелке. Если длительность импульса превышает этот временной интервал, двигатель будет двигаться против часовой стрелки. Средний таймфрейм можно отрегулировать с помощью встроенного потенциометра внутри двигателя.

Servo Motor Circuit Servo Motor Circuit

3 Различия между шаговым двигателем и серводвигателем:

  • Шаговые двигатели имеют большое количество полюсов, магнитных пар, генерируемых постоянным магнитом, или электрический ток.Серводвигатели имеют очень мало полюсов; каждый полюс предлагает естественную точку остановки для вала двигателя.
  • Крутящий момент шагового двигателя на низких скоростях больше, чем у серводвигателя того же размера.
  • Работа шагового двигателя синхронизируется с помощью сигналов командных импульсов, выводимых из генератора импульсов. Напротив, работа серводвигателя отстает от командных импульсов.

Теперь у вас есть представление о работе сервометра, если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме или проекты в области электротехники и электроники оставьте комментарии ниже.

Фото Кредит

.
Серводвигатели (только мотор)

1-800-GO-VEXTA (468-3982)



Тюнинг Бесплатный Серво Моторс

Tuning Free Servo Motors

Бесконтактные серводвигатели серии NX способны к высокоточному управлению с простым управлением, подобно шаговым двигателям. Эти серводвигатели предназначены для высокоточного и высокоточного позиционирования. В качестве двигателя, способного точно контролировать угол поворота и скорость, он может использоваться для различного оборудования.

  • Тюнинг Бесплатно
  • Компактный и большой мощности
  • Широкий диапазон переменной скорости
  • Стандартный или Планетарный редуктор типа
  • Типы электромагнитных тормозов
  • Требуется драйвер серии NX *

гибридный сервомотор / шаговый двигатель

Hybrid Servo Motor / Stepper Motors

Эти продукты используют нашу технологию замкнутого контура AlphaStep для поддержания позиционирования даже во время резких колебаний нагрузки и ускорений без поиска или настройки усиления.Датчик определения положения ротора контролирует скорость и величину вращения. При обнаружении состояния перегрузки он мгновенно восстанавливает управление в режиме замкнутого контура. Когда состояние перегрузки продолжается, он выдаст сигнал тревоги, что обеспечит надежность.

Использование энергосберегающей технологии обеспечивает более низкую тепловую мощность двигателя и на 47% меньше потребляемую мощность. Усовершенствованная технология драйверов обеспечивает низкую вибрацию, а также 2 типа драйверов в зависимости от конфигурации вашей системы.Используйте программу настройки данных MEXE02 для простой настройки и мониторинга.

  • Абсолютный механический кодер или резольвер типа
  • Нет Охота или Настройка Gain
  • Высокоэффективный
  • Широкий выбор типов редукторов
  • Электромагнитный вариант
  • Требуется соответствующий драйвер
  • (встроенный контроллер или импульсный вход).



,

0 comments on “Серводвигатели: Сервопривод: что это такое, виды, принцип работы сервомотора

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *