Servomoteur

Qu'est-ce qu'un servomoteur

 

Un servomoteur est un moteur qui contrôle le fonctionnement des composants mécaniques dans un système de servo. Il s'agit d'un type de moteur auxiliaire avec un changement de vitesse indirecte.

 

Un servomoteur peut contrôler la vitesse avec une précision de positionnement extrêmement précise, convertissant les signaux de tension en couple et vitesse pour conduire l'objet contrôlé. La vitesse du rotor d'un servomoteur est contrôlée par un signal d'entrée et répond rapidement. Il est utilisé comme actionneur dans les systèmes de contrôle automatique et dispose d'une petite constante de temps électromécanique et d'une linéarité élevée. Il convertit le signal électrique reçu en un déplacement angulaire ou une sortie de vitesse angulaire sur l'arbre du moteur. Les servomoteurs sont classés en deux catégories: DC et AC. Leurs principales caractéristiques sont qu'ils ne présentent aucune rotation de soi - lorsque la tension du signal est nulle et que leur vitesse diminue uniformément à mesure que le couple augmente.

 

Principe de travail du servomoteur

 

Un système de servomoteur est un système de contrôle automatique qui permet à une variable de sortie (par exemple, position, orientation ou état) de suivre les modifications arbitraires d'une cible d'entrée (ou point de consigne). Un servo repose principalement sur des impulsions pour le positionnement. Fondamentalement, lorsqu'un servomoteur reçoit une impulsion, il tourne par l'angle correspondant à cette impulsion, atteignant ainsi le déplacement. Parce que le servomoteur lui-même émet des impulsions, il envoie un nombre correspondant d'impulsions pour chaque angle qu'il tourne, créant une boucle fermée avec les impulsions qu'il reçoit. Cela garantit que le système sait combien d'impulsions il a envoyées au servomoteur et combien d'impulsions il a reçu. Cela permet un contrôle précis de la rotation du moteur, atteignant une précision de positionnement aussi faible que 0,001 mm. Les servomoteurs DC sont classés comme brossés et sans balais. Les moteurs brossés offrent un faible coût, une structure simple, un couple de démarrage élevé, une large gamme de vitesse et une facilité de contrôle. Bien qu'ils nécessitent l'entretien, ils sont gênants (en raison du remplacement des brosses de carbone), générent des interférences électromagnétiques et ont des exigences environnementales. Par conséquent, ils conviennent au coût - applications générales industrielles et consommateurs sensibles.

Les moteurs sans balais sont compacts et légers, offrant une puissance élevée, une réponse rapide, une vitesse élevée, une inertie faible, une rotation lisse et un couple stable. Bien que le contrôle complexe soit facile à mettre en œuvre avec une technologie intelligente, leur commutation électronique est flexible, prenant en charge les ondes carrées - et la commutation sine -. Ce sont des entretien - sans efficacité, très efficaces, cool, émettent un rayonnement électromagnétique minimal et ont une longue durée de vie, ce qui les rend adaptés à une utilisation dans une variété d'environnements.

 

Les servomoteurs AC sont également des moteurs sans balais et sont classés comme moteurs synchrones et asynchrones. Les moteurs synchrones sont généralement utilisés dans le contrôle du mouvement. Ils ont une large gamme de puissance et peuvent atteindre une puissance très élevée. Leur inertie élevée se traduit par une faible vitesse maximale qui diminue rapidement à mesure que la puissance augmente, ce qui les rend adaptées aux applications nécessitant une vitesse - basse, un fonctionnement stable.

 

Le rotor à l'intérieur d'un servomoteur est un aimant permanent. Le courant de phase U / N / N - contrôlé par le pilote crée un champ électromagnétique, ce qui fait tourner le rotor. Simultanément, le moteur construit - dans l'encodeur fournit une rétroaction au pilote, qui compare les commentaires avec la valeur cible et ajuste l'angle de rotation du rotor. La précision du servomoteur est déterminée par la précision de l'encodeur (nombre de lignes).

 

La différence fonctionnelle entre les servomoteurs AC et les servomoteurs à courant continu sans balais est que les servos AC sont supérieurs car ils utilisent un contrôle des ondes sinusoïdales, entraînant une ondulation de couple faible. Les servos CC utilisent le contrôle des ondes trapézoïdales.

 

Comparaison de sélection des servomcoles

 

Servomoteur AC

La structure du stator d'un servomoteur AC est essentiellement similaire à celle d'un condensateur - Split Single - Moteur asynchrone à phase. Le stator est équipé de deux enroulements, positionnés à 90 degrés: l'enroulement d'excitation RF, qui est toujours connecté à la tension AC UF; L'enroulement de commande L, qui est connecté à la tension du signal de commande UC. Par conséquent, les servomoteurs AC sont également appelés deux servomoteurs de phase -.

 

Le rotor d'un servomoteur AC est généralement un type d'écureuil -. Cependant, pour garantir une plage de régulation à grande vitesse, des caractéristiques mécaniques linéaires, pas de "self - rotation" phénomène, et une réponse rapide, le servomoteur doit avoir une résistance élevée au rotor et un faible moment d'inertie par rapport aux moteurs ordinaires. Deux structures de rotor couramment utilisées sont: un rotor d'écureuil - cage avec des barres de résistivité élevées - en matériau conducteur de résistivité élevé -. Pour réduire le moment d'inertie du rotor, le rotor est mince. L'autre est un rotor de tasse creuse en alliage d'aluminium avec une paroi très mince, seulement 0,2-0,3 mm. Pour réduire la résistance magnétique du circuit magnétique, un stator intérieur fixe est placé à l'intérieur du rotor de tasse creuse. Les rotors de tasse creuse offrent un moment faible d'inertie, de réponse rapide et de fonctionnement en douceur, ce qui les rend largement adoptés.

 

Lorsqu'aucune tension de contrôle n'est appliquée, le stator d'un servomoteur AC est soumis uniquement au champ magnétique pulsé généré par l'enroulement d'excitation, et le rotor reste stationnaire. Lorsqu'une tension de commande est appliquée, un champ magnétique rotatif est généré dans le stator, ce qui fait tourner le rotor dans le sens du champ magnétique rotatif. Dans des conditions de charge constantes, la vitesse du moteur varie avec l'amplitude de la tension de commande. Lorsque la tension de commande est détrempée, le servomoteur s'inverse.

 

Aimant permanent AC Servomoteur

 

Depuis les années 1980, avec le développement de circuits intégrés, la technologie de l'électronique de puissance et la technologie de conduite variable AC, la technologie permanente AC Servo Drive a réalisé des progrès exceptionnels. Les fabricants d'électricité célèbres dans divers pays ont successivement lancé leurs propres produits AC Servo Motor et Servo Drive Series et les ont en permanente et les ont mis à jour. AC Servro System est devenu la principale direction de développement du système de servo de performance élevé contemporain -, ce qui fait que le servo de DC d'origine est confronté à la crise de l'élimination. Après les années 1990, le système de servomoteur AC qui a été commercialisé dans divers pays du monde utilise un service de servo à moteur à onde sinusoïdale à commande sinusoïdale entièrement numérique. Le développement de dispositifs de conduite AC Servo dans le champ de transmission change chaque jour qui passe.

 

Par rapport aux servomoteurs DC, les principaux avantages des servomoteurs permanents AC sont:

(1) Pas de pinceaux et de commutateurs, il fonctionne donc de manière fiable et a des exigences à faible entretien et à l'entretien.

(2) La dissipation de chaleur de l'enroulement du stator est relativement pratique

(3) petite inertie, facile à améliorer la vitesse du système

(4) s'adapter à la vitesse - élevée et aux conditions de travail élevées -

(5) plus petit volume et poids à la même puissance

 

Comparaison entre les servomoteurs et les moteurs asynchrones à phase unique -

 

Bien que le principe de fonctionnement des servomoteurs AC soit similaire à celui des moteurs asynchrones de phase Split- -, la résistance au rotor des servomoteurs est beaucoup plus grande. Par conséquent, les servomoteurs ont trois avantages distincts par rapport aux moteurs asynchrones de phase - simples:

 

1. Couple de départ élevé

Cette résistance élevée au rotor diffère considérablement de la courbe caractéristique du couple des moteurs asynchrones ordinaires. Cela permet au glissement critique S0 d'être supérieur à 1, ce qui rend la caractéristique du couple (caractéristiques mécaniques) plus linéaire et fournissant un couple de départ plus élevé. Par conséquent, dès que la tension de commande du stator est appliquée, le rotor tourne immédiatement, entraînant un démarrage rapide et une sensibilité élevée.

2. Plage de fonctionnement large

3. Pas de rotation de soi -

 

Un servomoteur normalement opérationnel s'arrêtera immédiatement après la perte de tension de contrôle. Lorsqu'un servomoteur perd la tension de contrôle, il fonctionne dans un seul état de phase -. En raison de la forte résistance au rotor, l'interaction entre les deux champs magnétiques rotatifs opposés dans le stator et le rotor produit deux caractéristiques de couple (T1 - S1 et T2-S2) et une caractéristique de couple combinée (courbe TS).

 

La puissance de sortie d'un servomoteur AC varie généralement de 0,1 à 100 W. Lorsque la fréquence d'alimentation est de 50 Hz, les tensions sont 36 V, 110 V, 220 V et 380 V; Lorsque la fréquence d'alimentation est de 400 Hz, les tensions sont de 20 V, 26V, 36V et 115 V.

 

AC Servo Motors fonctionne en douceur et en douceur. Cependant, leurs caractéristiques de contrôle sont non linéaires et en raison de la résistance élevée au rotor, les pertes sont élevées et l'efficacité est faible. Par conséquent, par rapport aux servomoteurs DC de la même capacité, ils sont plus grands et plus lourds, ce qui les rend adaptés uniquement aux systèmes de contrôle de puissance faibles - dans la plage de 0,5-100W.

 

Méthode de débogage des servomotes

 

1. Initialisation des paramètres

Avant le câblage, initialisez les paramètres.
Sur la carte de contrôle: sélectionnez le mode de contrôle; Effacer les paramètres PID à zéro, désactivant le signal Activer par défaut lorsque la carte de contrôle est mise sous tension; Enregistrez cet état pour vous assurer que la carte de contrôle est dans cet état lorsqu'elle est à nouveau montée.
Sur le servomoteur: définissez le mode de contrôle: activer à l'extérieur; Réglez le rapport de vitesse pour la sortie du signal du codeur; et définir le rapport entre le signal de commande et la vitesse du moteur. D'une manière générale, il est recommandé que la vitesse de conception maximale du servo soit réglée sur une tension de commande 9V. Par exemple, une de nos séries a un réglage de vitesse de 500 pour une tension 1V. Si vous prévoyez de faire fonctionner le moteur à des vitesses inférieures à 1000 tr / min, définissez ce paramètre sur 111.

 

2. Câblage
Débranchez la carte de commande et connectez les câbles de signal entre la carte de commande et le servo. Les câbles suivants sont nécessaires: le câble de sortie analogique de la carte de commande, le câble de signal Activer et le câble de signal du codeur de la sortie du servo. Après avoir vérifié le câblage, l'alimentation sur le moteur et la carte de commande (et le PC). Le moteur ne doit pas se déplacer et doit tourner facilement avec la force. Sinon, vérifiez les paramètres du signal Activer et le câblage. Faites pivoter le moteur pour vérifier que la carte de commande peut détecter correctement les modifications de la position du moteur. Sinon, vérifiez le câblage et les paramètres du signal de l'encodeur.

 

3. Direction de test
Pour un système de contrôle de boucle fermé -, la direction du signal de rétroaction incorrect peut être désastreuse. Activez le signal d'activation de servo via la carte de contrôle. Le servo devrait maintenant tourner à une vitesse plus lente, connue sous le nom de «dérive zéro». La carte de commande comprend généralement une commande ou un paramètre pour supprimer la dérive zéro. Utilisez cette commande ou cette paramètre pour tester si la vitesse et la direction du moteur peuvent être contrôlées. Sinon, vérifiez les paramètres du paramètre de câblage et de contrôle analogique. Assurez-vous que les valeurs positives indiquent que la rotation du moteur avant et le nombre de coder augmentent, tandis que les valeurs négatives indiquent la rotation du moteur inverse et les dénombrements du coder diminuent. N'utilisez pas cette méthode si le moteur est chargé et a des déplacements limités. Évitez une tension excessive pendant les tests; Il est recommandé de le garder en dessous de 1 V. Si la direction est incohérente, ajustez les paramètres de la carte de commande ou du moteur pour aligner.

 

4. Suppression de la dérive zéro
Pendant le contrôle de la boucle fermé -, la dérive zéro peut affecter l'efficacité du contrôle, il est donc préférable de le supprimer. Utilisez les paramètres de suppression de dérive zéro sur la carte de commande ou le serveur pour régler soigneusement la vitesse du moteur à près de zéro. Étant donné que Zero Drift lui-même a un certain hasard, il n'est pas nécessaire de nécessiter que la vitesse du moteur soit absolument nulle.

 

5. établir le contrôle de la boucle fermé -
Re - Activer le signal d'activation Servo via la carte de contrôle. Entrez un petit gain proportionnel sur la carte de contrôle. Quant à la taille considérée comme petite, vous ne pouvez utiliser que votre sensation d'intestin. Si vous n'êtes pas sûr, entrez la valeur minimale autorisée par la carte de contrôle. Allumez les signaux d'activation pour la carte de contrôle et le servo. À ce stade, le moteur devrait être en mesure de suivre à peu près les commandes de mouvement.

 

6. Ajuster les paramètres de boucle fermée -
L'ajustement finement des paramètres de contrôle pour s'assurer que le moteur se déplace en fonction des instructions de la carte de contrôle est essentiel, et cette partie du processus repose fortement sur l'expérience.

 

Comparaison des performances des servomoteurs et des moteurs pas à pas

 

En tant que système de contrôle de boucle - ouvert, les moteurs pas à pas sont intrinsèquement liés à la technologie de contrôle numérique moderne. Les moteurs pas à pas sont largement utilisés dans les systèmes de contrôle numérique nationaux. Avec l'avènement des systèmes AC entièrement numériques, les servomoteurs AC sont également de plus en plus utilisés dans les systèmes de contrôle numérique. Pour s'adapter à la tendance de développement du contrôle numérique, les systèmes de contrôle de mouvement utilisent principalement des moteurs pas à pas ou des servocoméateurs à courant alternatif entièrement numériques comme moteurs d'actionneur. Bien que leurs méthodes de contrôle soient similaires (trains d'impulsions et signaux de direction), ils diffèrent considérablement en performances et en scénarios d'application. Cet article compare leurs performances.

 

1. Différente précision de contrôle
Les angles de pas de deux moteurs à pas de pas de stepper hybrides de phase - sont généralement de 1,8 degrés et 0,9 degrés, tandis que ceux de cinq - moteurs à pas de pas à phase sont généralement 0,72 degrés et 0,36 degrés. Certains moteurs à pas de pas de performance - élevés peuvent obtenir des angles de pas encore plus petits à travers la subdivision.

La précision de commande des servomoteurs AC est assuré par un codeur rotatif à l'extrémité arrière de l'arbre du moteur. Prenant l'exemple de nos servomoteurs numériques AC, pour un moteur avec un encodeur standard de 2000, la technologie de fréquence quadruple interne du conducteur donne un équivalent d'impulsion de 360 ​​degrés / 8000=0.045. Pour un moteur avec un codeur de 17 bits, le conducteur reçoit 131 072 impulsions par révolution du moteur, ce qui donne un équivalent d'impulsion de 360 ​​degrés / 131, 072=0.0027466, qui est de 1/655 de l'équivalent d'impulsion d'un moteur pas à pas avec un angle de pas de 1,8 degré.

 

2. Différentes caractéristiques de fréquence -
Les moteurs pas à pas sont sujets à des vibrations de fréquence faibles - à basse vitesse. La fréquence de vibration dépend de la charge et des performances du pilote et est généralement considérée comme la moitié de la fréquence de démarrage de charge - du moteur. Cette faible vibration de fréquence -, déterminée par le principe de fonctionnement des moteurs pas à pas, est préjudiciable au fonctionnement normal de la machine. Lorsque les moteurs pas à pas fonctionnent à basse vitesse, les techniques d'amortissement sont généralement utilisées pour surmonter les vibrations de fréquence faibles -, telles que l'ajout d'un amortisseur au moteur ou la technologie de subdivision de mise en œuvre du conducteur.

Les servomoteurs AC fonctionnent très bien, sans vibration même à basse vitesse. Les systèmes de servomotes AC ont des capacités de suppression de résonance pour aborder les carences de rigidité mécanique. De plus, la fonction - du système en fréquence - La fonction de résolution (FFT) peut détecter les points de résonance mécaniques, facilitant les ajustements du système.

 

3. Différentes caractéristiques de fréquence du couple -
Le couple de sortie d'un moteur pas à pas diminue à mesure que la vitesse augmente et baisse fortement à des vitesses plus élevées. Par conséquent, sa vitesse de fonctionnement maximale se situe généralement entre 300 et 600 tr / min. Les servomoteurs AC offrent une sortie de couple constante, ce qui signifie qu'ils peuvent fournir un couple nominal jusqu'à leur vitesse nominale (généralement 2000 ou 3000 tr / min). Au-dessus de la vitesse nominale, ils fournissent une puissance constante.

 

4. Différentes capacités de surcharge.

Les moteurs pas à pas manquent généralement de capacité de surcharge. Les servomoteurs AC, cependant, ont une forte capacité de surcharge. Par exemple, les systèmes Sanyo AC Servo offrent à la fois des capacités de surcharge de vitesse et de couple. Leur couple maximal est deux à trois fois le couple nominal, qui peut être utilisé pour surmonter le moment d'inertie des charges inertiels au démarrage. Parce que les moteurs pas à pas n'ont pas cette capacité de surcharge, un couple plus élevé est souvent nécessaire pour surmonter ce moment d'inertie pendant la sélection du modèle. Cependant, ce couple élevé n'est pas nécessaire pendant le fonctionnement normal de la machine, ce qui entraîne un couple gaspillé.

 

5. Différentes performances opérationnelles
Les moteurs pas à pas sont ouverts - boucle contrôlée. Des fréquences de démarrage élevées ou des charges excessives peuvent facilement entraîner des étapes perdues ou un stalling. Des vitesses élevées pendant l'arrêt peuvent également provoquer un dépassement. Par conséquent, pour garantir la précision du contrôle, une accélération et une décélération appropriées doivent être traitées. Les systèmes AC Servo Drive utilisent le contrôle de boucle fermé -. Le pilote échantillonne directement le signal de rétroaction du codeur moteur, formant en interne une boucle de position et une boucle de vitesse. Cela empêche généralement les étapes ou le dépassement perdus associés aux moteurs pas à pas, ce qui entraîne des performances de contrôle plus fiables.

 

6. Différentes performances de réponse à la vitesse
Un moteur pas à pas prend 200 à 400 millisecondes pour accélérer de l'arrêt à sa vitesse de fonctionnement (généralement plusieurs centaines de révolutions par minute). Les systèmes de servomotes AC offrent des performances d'accélération supérieures. Par exemple, nos servomoteurs AC accélèrent de l'arrêt à leur vitesse nominale de 3000 tr / min en quelques millisecondes, ce qui les rend adaptés aux applications de contrôle nécessitant des temps de démarrage et d'arrêt rapides.

En résumé, les systèmes de servomotes AC surpassent les moteurs pas à pas dans de nombreux aspects de performance. Cependant, les moteurs pas à pas sont souvent utilisés comme moteurs d'actionneur dans des applications moins exigeantes. Par conséquent, lors de la conception d'un système de contrôle, il est important de considérer de manière approfondie plusieurs facteurs, notamment les exigences de contrôle et le coût, de sélectionner le moteur de contrôle approprié.

 

Calcul de sélection des servomcoles

 

1. Confirmez la vitesse et la résolution de l'encodeur.
2. Convertissez le couple de charge sur l'arbre du moteur et calculez le couple d'accélération et de décélération.
3. Calculez l'inertie de charge et faites correspondre l'inertie. Par exemple, dans notre série, certains produits peuvent correspondre à l'inertie jusqu'à 50 fois, mais le plus bas, mieux c'est, mieux c'est pour la précision et la vitesse de réponse.
4. Calculez et sélectionnez la résistance régénérative. Pour les servos supérieurs à 2 kW, une résistance externe est généralement requise.
5. Sélection du câble: Le câble de l'encodeur doit être tordu et protégé. Pour nos produits, l'encodeur absolu a 6 cœurs et l'encodeur incrémentiel a 4 cœurs.

 

Mode de freinage

 

Les utilisateurs confondent souvent les fonctions du freinage électromagnétique, du freinage régénératif et du freinage dynamique, et choisissent les mauvais accessoires.

Le frein dynamique est composé d'une résistance de freinage dynamique, qui raccourcit la distance d'alimentation mécanique du servomoteur par le freinage de consommation d'énergie en cas de défaut, d'arrêt d'urgence ou de panne de courant.

Le freinage régénératif fait référence à l'énergie générée par le servomoteur lorsqu'elle décélère ou s'arrête, qui est renvoyée au bus CC à travers le circuit de l'onduleur et absorbé par le circuit de condensateur de résistance -.

 

Le freinage électromagnétique verrouille l'arbre du moteur à travers un dispositif mécanique.

 

Les différences entre les trois:

(1) Le freinage régénératif doit être efficace lorsque le servo fonctionne normalement. Il ne peut pas freiner le moteur en cas de défaut, d'arrêt d'urgence ou de panne de courant. Les freins dynamiques et les freins électromagnétiques ne nécessitent pas de puissance lorsqu'ils fonctionnent.

(2) Le freinage régénératif est effectué automatiquement par le système, tandis que les freins dynamiques et les freins électromagnétiques nécessitent un contrôle de relais externe.

(3) Le freinage électromagnétique est généralement activé après SVOFF, sinon il peut provoquer une surcharge de l'amplificateur. Les freins dynamiques sont généralement activés après SV, OFF ou le circuit principal est éteint, sinon il peut provoquer une surchauffe de résistance de frein dynamique.