Servo drive: dispozitiv, principiu de funcționare, scop, tipuri

Scop și dispozitiv

Servomotorul este utilizat pe scară largă în robotică, inginerie mecanică, fabricarea automobilelor și automatizarea proceselor în producție. Cu ajutorul acestuia, sunt activate manipulatoarele, se efectuează deschiderea (completă sau incompletă) sau închiderea (capac) amortizoare, în mașini-unelte pentru furnizarea de unelte de tăiere și alte dispozitive de acționare.

Este un dispozitiv format dintr-un motor electric, o cutie de viteze, un senzor de poziție (codificator) sau un rezistor și un controler (dispozitiv de control).

În cuvinte simple, este o acționare electromecanică care, prin feedback intern, setează poziția exactă a arborelui mecanismului în funcție de semnalele de control externe.

Figura arată o secțiune a dispozitivului:

Servo-drive-urile sunt disponibile în diferite capacități și scopuri: putere redusă de la 0,05 kW, folosită în industria auto și robotică, de exemplu, sg90 și putere semnificativă de 15 kW. Acestea din urmă sunt montate în manipulatoare industriale, mașini CNC, pentru controlul supapelor din industria petrolului și gazelor etc.

Un motor electric nu este montat întotdeauna pe un servomotor ca motor. Unitatea de acționare poate fi un cilindru cu tijă, acționat de aer comprimat sau lichid.

Tipuri de servo

Servo-urile sunt împărțite în electromecanice. În ele, mecanismul constă dintr-un motor electric și o cutie de viteze. Acestea diferă în ceea ce privește viteza relativ mică.

Distingeți-vă prin tipul de motor utilizat:

• sincron, au o precizie mare de rotație a arborelui de ieșire, câștigă rapid impuls;
• asincron, caracterizat prin rotație stabilă a arborelui;
• cu motor DC sau AC de colector (universal).

Servoanele, unde mecanismul de acționare este un piston cu un cilindru, au o viteză mare de răspuns. Este folosit într-o mașină pentru a comuta vitezele într-o cutie de viteze automată. Montat în roboți care mișcă sarcini de peste o sută de kilograme. În instalațiile industriale, pentru comutarea supapelor în mașinile de ambalat, unde aerul comprimat este utilizat ca purtător de energie.

Principalele caracteristici ale servo-ului:

• Parametrul principal este cuplul sau forța pe arbore. În datele pașaportului sunt indicate două valori, în raport cu tensiunile de alimentare diferite.
• Viteză, arată cât timp va dura rotirea arborelui de ieșire cu 60⁰. Valorile sunt indicate pentru diferite magnitudini de tensiune.
• Indiferent dacă este utilizat semnalul de control, analogic sau digital.
• Tensiunea de alimentare. Majoritatea unităților mici sunt alimentate de la 4,8 la 7,2 volți. Folosit, de exemplu, la modelele controlate radio. Este livrat cu trei fire și are un pinout standard. Semnalul de control este aplicat pe alb, maro sau galben, tensiunea de alimentare este pe roșu, iar negrul este firul comun.
• Unghiul de rotație de lucru, de obicei 180⁰ sau 360⁰. Sunt disponibile acționări modernizate cu rotație constantă a arborelui;
• Materialul pentru fabricarea roților dințate ale reductorului. Sunt fabricate din alamă, fibră de carbon, plastic sau pot fi combinate.

Servomotorul electromecanic folosește motoare electrice cu miez, care vibrează atunci când pendulul se rotește. Acest lucru reduce precizia de rotire a arborelui de ieșire. Motoarele cu energie cinetică minimă a rotorului sunt libere de acest dezavantaj. Astfel de acționări sunt necesare pentru ca mașina-unealtă CNC să poziționeze cu precizie actuatorul. Cu toate acestea, acestea sunt mai scumpe decât motoarele cu miez.

Cea mai obișnuită cutie de viteze este angrenajul, care este conceput pentru a reduce viteza și a crește cuplul pe arborele de ieșire. Mai puțin frecvent, se folosește o transmisie melcată, care are un raport de transmisie mare, dar este mai scumpă și mai dificil de fabricat.

Zona de aplicare

Servo-ul este utilizat pe scară largă în robotică și manipulatoare. Atunci când creați mecanisme mici, utilizați servo drive-ul mg995 și altele asemenea.

Reprezentanții familiei Arduino sunt adesea folosiți pentru a controla unitățile moderne în produsele de radio amator. Reprezintă un set de dispozitive electronice concepute pentru a controla roboți și dispozitive de automatizare, în cazul în care este utilizat un servomotor. Semnalul de control poate fi analog sau digital.

Schema pentru conectarea unității la dispozitivul de comandă este prezentată în figură. Dispozitivul poate controla mai multe unități.

Pentru încălzirea prin pardoseală se folosește automatizarea care menține temperatura setată. Iar alimentarea cu lichid de răcire, care este apă caldă de la cazanul de încălzire, este reglată de un servomotor.

Acesta este conectat la un dispozitiv de control care monitorizează temperatura utilizând un senzor de temperatură și emite o comandă către un servo-servomotor electrotermic RBM 24V. De asemenea, poate fi utilizat servomotorul AC230V cu regulator.

Controlul temperaturii la încălzire se efectuează automat, pentru care se folosește o servo-acționare de tip ICMA NC230V sau NC24V. Dispozitivele sunt disponibile pentru diverse tensiuni de alimentare.

Servo-ul unificat utilizat în mașină are dimensiuni reduse. Proiectat pentru a funcționa cu tensiune de 12 volți la bord. Este integrat cu sistemul de închidere centralizată și este instalat pe toate ușile mașinii, inclusiv pe a cincea ușă (hayon).

Mecanismul controlează, de asemenea, alimentarea cu lichid fierbinte a aragazului. Funcționează în tandem cu un senzor termoelectric, al cărui semnal este trimis către dispozitivul de comandă. După analiză, senzorul trimite o comandă către servo, care crește sau scade fluxul de fluid.

De exemplu, pentru mașinile VAZ se folosește o transmisie electrică cu o cutie de viteze SL-5.

Aceasta nu este o listă completă a utilizării unor astfel de dispozitive.

Avantaje și dezavantaje

Servomotorul are avantaje față de dispozitive similare, cum ar fi motoarele pas cu pas. Datorită feedback-ului, mecanismul poate corecta poziția arborelui, indiferent de sarcina pe osie, ceea ce permite instalarea mecanismului de lucru cu o precizie ridicată.

Principalele avantaje sunt:

• precizie ridicata a pozitionarii;
• cu ajutorul cutiei de viteze se reduc turațiile și se mărește momentul;
• poziționarea corpului de lucru poate fi ușor ajustată prin modificarea programului de control;
• capacitatea de a realiza accelerații mari în timpul funcționării, ceea ce face ca servo-ul să fie mai potrivit pentru utilizarea în dispozitive de mare viteză, în comparație cu motoarele pas cu pas;
• moment uniform în aproape întreaga gamă de viteze;
• tolerează bine supraîncărcarea.

Dezavantajele includ:

• prezența unei cutii de viteze (în special critică dacă conține roți dințate din plastic sau din metale moi);
• uzura urmelor rezistive (dacă este utilizat un potențiometru pentru poziționarea feedback-ului);
• ajustarea complexă a programului de control, pentru a obține rezultate de înaltă precizie;
• costul ridicat al echipamentelor (comparativ cu motoarele pas cu pas, de exemplu);
• precizia este adesea mai mică decât cea a motoarelor pas cu pas.

Dar rețineți că toate avantajele și dezavantajele sunt medii, pot exista atât motoare pas cu pas, care într-o anumită aplicație se vor arăta mai bine decât un servo și invers.

Concluzie

Controlul automat al sistemelor casnice și industriale a devenit o parte a vieții noastre. Recent, unitatea sub controlul blocurilor programabile în diverse scopuri, cum ar fi arduino, a devenit larg utilizată.

Acest lucru a făcut posibilă crearea unor noi dispozitive, roboți și jucării pentru copii care zboară în mod amator. În industrie, servomotorul este utilizat în mașini-unelte, pe un excavator, pe un ATV etc. Astăzi este imposibil să ne imaginăm viața fără servouri.

Videoclipul arată funcționarea servoarelor analogice sg90 în modelul robotului păianjen:

Acum știți ce este un servo, cum funcționează și la ce servește. Sperăm că informațiile furnizate te-au ajutat să stăpânești acest subiect și să înțelegi principalele puncte. Dacă aveți întrebări, întrebați-le în comentariile de sub articol!

Materiale conexe:

• Ce este un rotor și un stator într-un motor
• Cum funcționează un contor de energie electrică
• Cum să faci o poartă automată cu propriile mâini