Как да изберем правилния серво мотор за промишлени приложения?

Избиране на aсерво моторза индустриална машина не е просто въпрос на избор на най-високата налична мощност или въртящ момент.

Серво моторът е част от цялостна система за управление на движението. Неговата производителност зависи от това колко добре моторът отговаря на натоварването, скоростта, ускорението, инерцията, изискванията за управление и работната среда на машината.

Изберете двигател, който е твърде малък, и може да се сблъскате с прегряване, аларми за претоварване, лошо ускорение или грешки при позициониране.

Изберете такъв, който е ненужно голям, и може да платите повече за двигателя и задвижването, като същевременно добавите ненужна инерция и място за инсталиране.

Правилният серво мотор е този, който отговаря на действителните изисквания за движение на вашата машина.

Това ръководство обяснява ключовите фактори, които инженерите, OEM производителите и индустриалните купувачи трябва да имат предвид при избора на серво мотор.

Какво е серво мотор?

Серво моторът е двигател, предназначен да осигури прецизен контрол напозиция, скорост и въртящ момент.

За разлика от конвенционалния двигател, който може да работи просто чрез получаване на команда за напрежение или честота, серво моторът обикновено работи като част от система за управление със затворен-контур.

Типичната серво система включва:

• Серво мотор
• Серво задвижване
• Енкодер
• Контролер за движение
• Захранване
• Механична трансмисия

Енкодерът непрекъснато следи действителното движение на двигателя.

Контролерът сравнява действителната позиция или скорост с целевата стойност и серво задвижването регулира съответно двигателя.

Тази верига за обратна връзка позволява на системата да коригира грешките при движение, докато машината работи.

Ето защо серво моторите се използват широко, когато дадено приложение изисква повторяемо, точно и динамично движение.

Защо изборът на серво мотор е толкова важен?

Моторът е един от ключовите компоненти, определящи как се държи машината.

Правилно избраният серво мотор може да осигури:

• Стабилно позициониране
• Бързо ускорение
• Прецизен контрол на скоростта
• Надежден изходен въртящ момент
• По-ниска консумация на енергия
• По-дълъг живот на оборудването

Неправилно избраният двигател може да създаде проблеми, които са трудни за разрешаване след монтажа.

Например, ако моторът няма достатъчен пиков въртящ момент, машината може да работи нормално при постоянна скорост, но да се повреди, когато трябва да ускори бързо.

Ако инерцията на двигателя е лошо съобразена с товара, машината може да вибрира или да превиши целевата си позиция.

Ако моторът и задвижването не са правилно съгласувани, системата може да генерира чести аларми, въпреки че самият мотор функционира нормално.

Ето защо изборът на серво мотор трябва да започне с профила на движение на машината, а не с каталог на двигатели.

Стъпка 1: Определете необходимия въртящ момент

Въртящият момент е една от първите спецификации, които трябва да изчислите.

Необходимият въртящ момент на двигателя обикновено идва от няколко източника:

• Момент на натоварване
• Триене
• Гравитация
• Ускорение
• Механични загуби при предаване

Важният момент е, ченепрекъснатият въртящ момент и пиковият въртящ момент не са едно и също нещо.

Непрекъснат въртящ момент

Непрекъснатият въртящ момент е въртящият момент, който двигателят може да осигури по време на нормална работа, без да надвишава термичните си граници.

Това е важно за приложения като:

• Конвейери
• Помпи
• Машини за непрекъсната обработка
• Ротационно оборудване

Постоянният въртящ момент на двигателя трябва да е достатъчен за нормалното работно натоварване.

Пиков въртящ момент

Пиковият въртящ момент е необходим за кратки периоди по време на взискателно движение.

Типичните примери включват:

• Бързо ускорение
• Бързо забавяне
• Стартиране под товар
• Внезапни промени в натоварването
• Често обръщане

Една машина може да изисква относително скромен непрекъснат въртящ момент, но значително по-висок пиков въртящ момент.

Следователно изборът на серво мотор въз основа само на средното натоварване може да доведе до лошо динамично представяне.

Стъпка 2: Определете необходимата скорост

След като изчислите въртящия момент, определете колко бързо трябва да работи двигателят.

Помислете за три стойности:

• Минимална работна скорост
• Нормална работна скорост
• Максимална скорост на работа

Не приемайте, че мотор с високи максимални обороти автоматично ще бъде подходящ.

По-важният въпрос е:

Колко въртящ момент може да осигури моторът при скоростта, от която вашата машина всъщност се нуждае?

Характеристиките на въртящия момент-скорост на сервомотора винаги трябва да се преглеждат преди покупка.

За приложения, изискващи както висока скорост, така и висок въртящ момент, двигателят и задвижването трябва да бъдат избрани като съвпадаща система.

Стъпка 3: Изчислете инерцията на товара

Инерцията на товара често се пренебрегва по време на избора на серво мотор.

Инерцията представлява съпротивлението на обект на промени във въртеливото движение.

Машина с голяма въртяща се маса може да изисква значителен въртящ момент само за ускоряване, дори когато крайната работна скорост е относително ниска.

Примерите за високо{0}}инерционни натоварвания включват:

• Големи ролки
• Ротационни маси
• Маховици
• Големи зъбни колела
• Шпиндели
• Тежки роботизирани ръце

Ако инерцията на товара е лошо съобразена с двигателя, може да изпитате:

Бавно ускорение

• Превишаване
• Вибрация
• Грешки при позициониране
• Серво нестабилност

За високо{0}}ефективен контрол на движението съвпадението на инерцията може да бъде също толкова важно, колкото номиналната мощност на двигателя.

Стъпка 4: Разберете своя профил на движение

Серво моторът трябва да бъде избран въз основа на пълния цикъл на движение.

Например, представете си машина, която:

• Ускорява от нула до 2000 RPM.
• Работи с постоянна скорост.
• Забавя се бързо.
• Спира на точна позиция.
• Обръща посоката.
• Повтаря цикъла на всеки няколко секунди.

Това приложение поставя много различни изисквания към двигателя в сравнение с машина, която просто работи непрекъснато при 2000 RPM.

Когато избирате серво мотор, вземете предвид:

• Време за ускорение
• Време за забавяне
• Време на цикъл
• Скорост на работа
• Честота на спиране
• Честота на обръщане
• Вариация на натоварването

Пълният профил на движение дава много по-точна картина на необходимия двигателен капацитет.

Стъпка 5: Изберете подходящото напрежение на двигателя

Серво моторите се предлагат в различни класове на напрежение.

Често срещаните опции включват:

• 12V
• 24V
• 48V
• 60V
• 90V
• 220V
• 380V

Правилното напрежение зависи от електрическата архитектура на машината.

Серводвигатели с ниско{0}}напрежение

24V и 48V серво мотори са често срещани в:

• AGVs
• AMRs
• Мобилни роботи
• Оборудване-захранвано с батерии
• Компактни системи за автоматизация

Основното им предимство е съвместимостта със системи за постоянен ток с ниско-напрежение.

Серводвигатели с високо{0}}напрежение

220V и 380V серво системи са по-често срещани в индустриални машини, изискващи по-висока мощност.

Те могат да намалят текущите изисквания за дадена изходна мощност и са подходящи за по-големи системи за автоматизация.

Важното е да не избирате напрежение само въз основа на предпочитанията на двигателя.

Напрежението на двигателя трябва да съответства на наличното захранване и цялата серво задвижваща система.

Стъпка 6: Изберете правилния енкодер

Енкодерът осигурява обратна връзка към серво системата.

Различните приложения изискват различни разделителни способности на обратната връзка.

Общите опции за енкодер включват:

Инкрементален енкодер

Предоставя информация за относителна позиция.

Подходящ е за много общи индустриални приложения, където цената и простотата са важни.

Абсолютен енкодер

Осигурява абсолютната позиция на двигателя.

Това е полезно, когато машината трябва да знае позицията си веднага след стартиране или възстановяване на захранването.

Кодер с висока-резолюция

Използва се, когато е необходимо изключително точно позициониране или плавна ни-скоростна работа.

За приложения като прецизни машини, роботика и CNC оборудване, разделителната способност на енкодера трябва да бъде внимателно оценена, вместо да се третира като второстепенна спецификация.

Стъпка 7: Решете дали имате нужда от спирачка

Не е необходима спирачка за всеки серво мотор.

Въпреки това става важно, когато моторът трябва да поддържа товар безопасно след прекъсване на захранването.

Типичните приложения включват:

• Вертикални повдигащи системи
• Подемници
• Роботизирани ръце
• Асансьори
• Машини с оста Z-

Например, ако серво мотор управлява вертикално натоварване, гравитацията може да накара товара да се движи надолу, когато моторът е изключен.

Задържащата спирачка може да помогне за предотвратяване на нежелано движение.

Моторната спирачка обаче не трябва автоматично да се третира като основно предпазно устройство. Изискванията за безопасност трябва да бъдат оценени в съответствие с цялостния дизайн на машината и приложимите разпоредби.

Стъпка 8: Помислете дали е необходима скоростна кутия

Скоростната кутия може да бъде полезна, когато приложението изисква висок изходен въртящ момент при относително ниска скорост.

Например:

• Скорост на двигателя: висока
• Необходима изходна скорост: ниска
• Необходим изходен въртящ момент: висок

Скоростната кутия може да преобразува скоростта на двигателя в по-висок изходен въртящ момент.

Скоростните кутии обикновено се използват в:

• роботика
• Ротационни маси
• Тежко{0}}системи за позициониране
• Подемно-транспортно оборудване
• Индустриална автоматизация

Добавянето на скоростна кутия обаче също въвежда:

• Механични загуби
• Луфт
• Допълнителни разходи
• Допълнителна поддръжка

За прецизни приложения трябва внимателно да се обмисли луфтът на скоростната кутия.

Стъпка 9: Проверете работната среда

Серво мотор, инсталиран в чиста фабрика, не е изправен пред същите условия като такъв, инсталиран в близост до прах, влага, масло или вибрации.

Преди да изберете двигател, оценете:

Околна температура

• Влажност
• Прах
• Излагане на вода
• Експозиция на масло или химикали
• Вибрация
• Ориентация на монтажа

Нивото на защита на двигателя, дизайнът на охлаждане и корпусът трябва да са подходящи за действителната среда.

За взискателни приложения условията на околната среда трябва да бъдат предоставени на доставчика, преди да бъде избран двигателят.

Стъпка 10: Обмислете работния цикъл и топлинните характеристики

Сервомоторът може да е способен да произвежда висок пиков въртящ момент, но пиковият въртящ момент обикновено не може да се поддържа безкрайно дълго.

Термичните характеристики на двигателя зависят от:

• Непрекъснат въртящ момент
• RMS въртящ момент
• Скорост на работа
• Честота на ускорение
• Околна температура
• Метод на охлаждане
• Време на цикъл

Машина, която ускорява и спира стотици пъти на час, може да генерира значително повече топлина от машина, работеща с постоянна скорост.

Ето защо работният цикъл трябва да бъде част от процеса на избор на двигател.

Колко марж на безопасност трябва да оставите?

Добавянето на известна граница е разумно, но простото избиране на двигател, няколко пъти по-голям от изчисленото натоварване, не е непременно добро инженерно решение.

Твърде малък марж може да причини:

• Претоварване
• Прекомерна температура
• Лошо ускорение
• Намален експлоатационен живот

Твърде големият марж може да причини:

• По-високи разходи за покупка
• По-голям размер на двигателя
• По-голямо серво задвижване
• Повишена инерция
• По-ниска ефективност на системата

Практическият подход е първо да се изчислят реалните работни изисквания и след това да се избере двигател с достатъчен непрекъснат и пиков капацитет за най-лошите очаквани условия на приложението.

Точният марж зависи от характеристиките на натоварването и работния цикъл.

Оразмеряване на серво мотор: прост пример

Да предположим, че една конвейерна система изисква:

• Непрекъснат въртящ момент: 4 N·m
• Максимален въртящ момент на ускорение: 8 N·m
• Работна скорост: 1500 RPM
• Максимална скорост: 2500 RPM

Изборът на двигател въз основа само на изискването за непрекъснато натоварване от 4 N·m може да бъде рисковано.

Моторът трябва също така да осигурява достатъчен пиков въртящ момент, за да се справи с изискването за ускорение от 8 N·m.

След това ще проверите:

• Непрекъснат въртящ момент
• Максимален въртящ момент
• Наличен въртящ момент при 1500 RPM
• Наличен въртящ момент при 2500 RPM
• Инерция на товара
• Време за ускорение
• Работен цикъл
• Капацитет на серво задвижване

Само след като тези фактори бъдат потвърдени, моделът на двигателя трябва да бъде финализиран.

Ето защо простото изчисление на „необходимите конски сили“ често е недостатъчно за серво приложения.

Често срещани грешки при избора на серво мотор

Грешка 1: Избиране само чрез мощност

Два двигателя с еднаква номинална мощност могат да имат различни характеристики на въртящ момент и скорост.

Винаги оценявайте пълната крива на въртящия момент-на скоростта.

Грешка 2: Пренебрегване на пиковия въртящ момент

Една машина може да работи перфектно при постоянна скорост, но да се повреди по време на ускорение.

Пиковият въртящ момент трябва да бъде включен в процеса на подбор.

Грешка 3: Пренебрегване на инерцията на товара

Високите-инерционни натоварвания могат да създадат сериозни проблеми с управлението, дори когато двигателят има достатъчно номинална мощност.

Грешка 4: Избор на енкодер твърде късно

Енкодерът влияе както върху производителността на управлението, така и върху съвместимостта на системата.

Това трябва да се вземе предвид в началния етап на проектиране.

Грешка 5: Третирайте двигателя и задвижването като отделни продукти

Theсерво мотор, устройство, енкодер и контролер трябва да работят заедно.

Един технически отличен двигател все още може да работи зле с неправилно настроено задвижване.

Грешка 6: Купувайте само на цена

Най-евтиният двигател може да не осигури най-ниската обща цена.

Помислете за:

• Срок на експлоатация
• Консумация на енергия
• Поддръжка
• Резервни части
• Техническа поддръжка
• Време за интегриране

Малко по-висока първоначална инвестиция понякога може значително да намали общите разходи за притежание.

Избор на серво мотор по приложение

Различните приложения имат различни приоритети.

Няма универсален "най-добър" серво мотор.

Най-добрият двигател е този, който отговаря на действителните изисквания за движение на приложението.

Как да изберем доставчик на серво мотор

Избраният от вас доставчик може да бъде също толкова важен, колкото и самият двигател.

Преди да направите поръчка, преценете дали доставчикът може да предостави:

• Поддръжка за избор на двигател
• Данни за скоростта-на въртящия момент
• Опции на енкодера
• Съгласуване на серво задвижване
• OEM персонализиране
• Техническа документация
• Резервни части
• След{0}}продажбена поддръжка

За производителите на OEM оборудване техническата поддръжка по време на етапа на проектиране може да предотврати скъпи промени след като производството вече е започнало.

Доставчикът трябва да може да обсъди вашата машина, вместо просто да ви изпрати каталог.

Защо да изберете Auric за индустриални серво моторни решения?

Ауринпредоставя решения за серво мотори за промишлена автоматизация, OEM оборудване, роботика, обработка на материали и други приложения за контрол на движението.

Вместо да избира двигател въз основа само на напрежение или номинална мощност, Auric може да оцени приложението от множество ъгли, включително:

• Необходим въртящ момент
• Пиков въртящ момент
• Скорост на работа
• Ускорение
• Инерция на товара
• Работен цикъл
• Изисквания към енкодера
• Монтажни размери
• Изисквания към спирачките
• Съвместимост със серво задвижване

Този-базиран на приложение подход е особено полезен за OEM клиенти, които се нуждаят от серво мотор, за да паснат на съществуваща машина, вместо просто да закупят стандартен двигател.

За персонализирани проекти спецификациите на двигателя като конфигурация на вала, монтажни размери, избор на енкодер, напрежение, скорост, въртящ момент и други интерфейси могат да бъдат оценени според изискванията на оборудването.

Контролен списък за избор на серво мотор

Преди да поискате оферта, подгответе следната информация:

Двигателни изисквания

• Необходим непрекъснат въртящ момент
• Необходим пиков въртящ момент
• Номинална скорост
• Максимална скорост
• Номинално напрежение
• Необходима мощност

Механични изисквания

• Тип товар
• Инерция на товара
• Размер на вала
• Монтажни размери
• Изисквания към скоростната кутия

Изисквания за контрол

• Точност на позицията
• Тип енкодер
• Режим на управление
• Комуникационен протокол
• Изисквания към спирачките

Условия на работа

• Работен цикъл
• Околна температура
• Прах
• Влажност
• Вибрация

Непрекъсната или периодична работа

Предоставянето на тази информация позволява на доставчика да препоръча много по-точно решение за серво мотор.

Често задавани въпроси

Как да разбера какъв размер серво мотор ми трябва?

Започнете с действителния товар, а не с размера на двигателя. Изчислете непрекъснат въртящ момент, пиков въртящ момент, работна скорост, ускорение, инерция на товара и работен цикъл. След това съпоставете тези изисквания с въртящия момент-скоростните характеристики на двигателя.

Сервомоторът с по-висока мощност винаги ли е по-добър?

Не. Извънгабаритният двигател може да увеличи разходите, физическия размер, инерцията и изискванията за задвижване. Целта е да се намери най-малкият двигател, който надеждно да задоволява пълния профил на движение с подходящ инженерен запас.

Кое е по-важно въртящият момент или скоростта?

Нито едно от двете не може да се разглежда самостоятелно. Двигателят трябва да осигури достатъчен въртящ момент при необходимата работна скорост. За сервоприложения пълната крива на скоростта-на въртящия момент е по-полезна, отколкото разглеждането на която и да е спецификация самостоятелно.

Всички серво мотори имат ли нужда от енкодери?

Конвенционалната серво система обикновено изисква обратна връзка, обикновено от енкодер. Точната технология за обратна връзка обаче зависи от архитектурата на двигателя и управлението.

Трябва ли да избера 24V, 48V или 220V серво мотор?

Отговорът зависи от архитектурата на захранването и приложението. 24V и 48V системите са често срещани в-захранвано с батерии и компактно оборудване за автоматизация, докато сервосистемите с по-високо-напрежение се използват широко за по-големи индустриални машини.

Кога имам нужда от спирачка?

Спирачката е особено полезна, когато двигателят трябва да задържи вертикална или гравитационно-натоварена ос след спиране на захранването. Пълният проект за безопасност на машината трябва да определи дали е необходима спирачка.

Последни мисли: Изберете двигателя въз основа на машината, а не на каталога

Изборът на правилния серво мотор в крайна сметка е решение на системния инженеринг.

Моторът трябва да работи заедно с товара, трансмисията, енкодера, серво задвижването, контролера и механичната структура.

Най-важните спецификации за оценка не са просто конски сили или номинален въртящ момент, но:

• Непрекъснат въртящ момент
• Пиков въртящ момент
• Въртящ момент при работна скорост
• Максимална скорост
• Инерция на товара
• Изисквания за ускорение
• Работен цикъл
• Разделителна способност на енкодера
• Условия на околната среда
• Съвместимост на устройството

Ако разбирате тези изисквания, преди да се свържете с доставчик, можете да избегнете един от най-често срещаните проблеми в индустриалната автоматизация: закупуване на двигател, който изглежда добре на хартия, но не работи според очакванията, след като бъде инсталиран.

За OEM производителите и строителите на промишлено оборудване най-добрият подход е да предоставят на доставчика действителните изисквания за машината и да оставят двигателя да бъде избран според приложението.

A правилно съчетансерво моторможе да осигури по-добро позициониране, по-бърза реакция, по-ниска поддръжка и по-надеждна работа на машината в дългосрочен план.