Drive Direct vs. Servomotor Rotary encarregat: una quantificació del disseny Avantatge: Part 1

Objectius d'aprenentatge

• Els sistemes de servo rotary del món real no són del rendiment ideal a causa de les limitacions tècniques.
• Diversos tipus de servomotors rotatius poden proporcionar avantatges per als usuaris, però cadascun té un repte o limitació específic.
• Els servomotors rotaris de la unitat directa ofereixen el millor rendiment, però són més cars que els engranatges.

Durant dècades, els servomotors orientats han estat una de les eines més habituals de la caixa d’eines d’automatització industrial. Els sevromotors orientats ofereixen posicionament, concordança de velocitat, càmeres electròniques, enrotllament, tensió, ajustament d'aplicacions i coincideixen de manera eficient amb la potència d'un servomotor a la càrrega. Això planteja la pregunta: un servomotor orientat és la millor opció per a la tecnologia de moviment rotatiu o hi ha una millor solució?

En un món perfecte, un sistema de servo rotatiu tindria valoracions de torsió i velocitat que coincideixin amb l’aplicació, de manera que el motor no està massa gran ni de mida inferior. La combinació de motor, elements de transmissió i càrrega ha de tenir una rigidesa torsional infinita i un retrocés zero. Malauradament, els sistemes de servo rotaris del món real no són aquest ideal en diversos graus.

En un sistema de servo típic, la reacció es defineix com la pèrdua de moviment entre el motor i la càrrega causada per les toleràncies mecàniques dels elements de transmissió; Inclou qualsevol pèrdua de moviment a les caixes de canvis, cinturons, cadenes i acoblaments. Quan una màquina s’encén inicialment, la càrrega surarà en algun lloc de la meitat de les toleràncies mecàniques (figura 1A).

Abans que la càrrega es pugui moure pel motor, el motor ha de girar per agafar tots els fluixos existents als elements de transmissió (figura 1b). Quan el motor comença a desaccelerar -se al final d’un moviment, la posició de càrrega pot superar la posició del motor, ja que l’impuls porta la càrrega més enllà de la posició del motor.

El motor ha de tornar a agafar el descens en el sentit contrari abans d’aplicar el parell a la càrrega per desaccelerar -lo (figura 1C). Aquesta pèrdua de moviment s’anomena retrocés i es mesura normalment en minutes d’arc, igual a l’1/60è de grau. Les caixes d’engranatges dissenyades per utilitzar-les amb servos en aplicacions industrials sovint tenen especificacions de reacció que van des dels 3 a 9-minutes.

La rigidesa de la torsió és la resistència al retorçat de l’eix del motor, els elements de transmissió i la càrrega en resposta a l’aplicació del parell. Un sistema infinitament rígid transmetria el parell a la càrrega sense desviació angular sobre l’eix de rotació; No obstant això, fins i tot un eix d'acer sòlid es torçarà lleugerament sota la càrrega pesada. La magnitud de la desviació varia amb el parell aplicat, el material dels elements de transmissió i la seva forma; Les parts de manera intuïtiva, llargues i primes es torçaran més que les grasses curtes. Aquesta resistència al retorçat és el que fa que les fonts de bobina funcionin, ja que comprimeix lleugerament les voltes de la molla cada torn del filferro; Fatter Wire fa una molla més rígida. Qualsevol cosa menys que la rigidesa torsional infinita fa que el sistema actuï com a molla, cosa que significa que l’energia potencial s’emmagatzemarà al sistema a mesura que la càrrega resisteix a la rotació.

Si es combina entre si, la rigidesa i la reacció de la torsió finita poden degradar significativament el rendiment d’un sistema servo. La reacció pot introduir la incertesa, ja que el codificador del motor indica la posició de l’eix del motor, no allà on la reacció ha permès que la càrrega s’instal·li. Backlash també introdueix problemes de sintonia com a parelles de càrrega i desenfadades del motor breument quan la càrrega i la direcció inversa del motor. A més de la reacció, la rigidesa torsional finita emmagatzema energia convertint part de l’energia cinètica del motor i es carrega en energia potencial, alliberant -la més tard. Aquest retard de l’alliberament d’energia provoca l’oscil·lació de la càrrega, indueix ressonància, redueix els guanys d’ajust màxima utilitzables i afecta negativament la resposta i el temps de liquidació del sistema servo. En tots els casos, reduir la reacció i augmentar la rigidesa d’un sistema augmentarà el rendiment del servo i simplificarà l’afinació.

Configuració servomotora de l'eix rotatiu

La configuració de l’eix rotatiu més comuna és un servomotor rotatiu amb un codificador integrat per a la retroalimentació de la posició i una caixa de canvis per combinar el parell i la velocitat disponibles del motor al parell i la velocitat requerits de la càrrega. La caixa de canvis és un dispositiu de potència constant que és l’analògic mecànic d’un transformador per a la coincidència de càrrega.

Una configuració de maquinari millorada utilitza un servomotor rotatiu de tracció directa, que elimina els elements de transmissió acoblant directament la càrrega al motor. Mentre que la configuració del magmotor utilitza un acoblament a un eix relativament petit de diàmetre, el sistema de tracció directa carrega la càrrega directament a una brida del rotor molt més gran. Aquesta configuració elimina la reacció i augmenta molt la rigidesa torsional. El recompte de pol més elevat i els enrotllaments alts de torsió de motors de tracció directa coincideixen amb el parell i les característiques de velocitat d’un magmotor amb una proporció de 10: 1 o superior.