Drive Direct vs. Servomotor rotativo dirixido: unha cuantificación da vantaxe do deseño: Parte 1

Obxectivos de aprendizaxe

• Os sistemas de servo rotativos do mundo real quedan fóra do rendemento ideal debido ás limitacións técnicas.
• Varios tipos de servomotores rotativos poden proporcionar beneficios para os usuarios, pero cada un ten un reto ou unha limitación específicos.
• Os servomotores rotativos de unidade directa ofrecen o mellor rendemento, pero son máis caros que os momotors de engrenaxes.

Durante décadas, os servomotores orientados foron unha das ferramentas máis comúns na caixa de ferramentas de automatización industrial. Os segromotores orientados ofrecen posicionamento, correspondencia de velocidade, camming electrónico, enrolamento, tensións, endurecemento e coinciden de xeito eficiente o poder dun servomotor á carga. Isto plantexa a pregunta: ¿É un servomotor dirixido a mellor opción para a tecnoloxía de movemento rotativo ou hai unha mellor solución?

Nun mundo perfecto, un sistema servo rotativo tería un par de par e de velocidade que coinciden coa aplicación para que o motor non sexa de tamaño excesivo nin baixo tamaño. A combinación de motores, elementos de transmisión e carga debería ter unha rixidez torsional infinita e un retroceso cero. Por desgraza, os sistemas de servo rotativos do mundo real quedan fóra deste ideal para diferentes graos.

Nun sistema servo típico, a reacción defínese como a perda de movemento entre o motor e a carga causada polas tolerancias mecánicas dos elementos de transmisión; Isto inclúe calquera perda de movemento en caixas de cambios, cintos, cadeas e acoplamientos. Cando unha máquina está activada inicialmente, a carga flotará nalgún lugar do medio das tolerancias mecánicas (Figura 1A).

Antes de que a carga en si poida moverse polo motor, o motor debe xirar para asumir todo o desleixo existente nos elementos de transmisión (Figura 1B). Cando o motor comeza a desacelerar ao final dunha xogada, a posición de carga pode realmente superar a posición do motor xa que o impulso leva a carga máis alá da posición do motor.

O motor debe de novo asumir o desleixo no sentido contrario antes de aplicar o par á carga para desaceleralo (figura 1C). Esta perda de movemento chámase retroceso e normalmente mídese en minutos de arco, igual a 1/60 de grao. As caixas de cambios deseñadas para o seu uso con servos en aplicacións industriais adoitan ter especificacións de retroceso que oscilan entre os 3 e os 9 minutos.

A rixidez torsional é a resistencia á torsión do eixe do motor, os elementos de transmisión e a carga en resposta á aplicación do par. Un sistema infinitamente ríxido transmitiría o par á carga sen desvío angular sobre o eixe de rotación; Non obstante, incluso un eixe de aceiro sólido torcerá lixeiramente baixo carga pesada. A magnitude do desvío varía co par aplicado, o material dos elementos de transmisión e a súa forma; Intuitivamente, longas e delgadas partes torcerán máis que curtas e gordas. Esta resistencia á torsión é o que fai que os resortes de bobina funcionen, xa que comprimir lixeiramente as xiros do resorte cada vez; O fío máis gordo fai un resorte máis ríxido. Todo menos que a rixidez torsional infinita fai que o sistema actúe como resorte, o que significa que a enerxía potencial almacenarase no sistema a medida que a carga resista a rotación.

Cando se combinan entre si, a rixidez torsional finita e o retroceso poden degradar significativamente o rendemento dun servo sistema. O retroceso pode introducir incerteza, xa que o codificador do motor indica a posición do eixe do motor, non onde o retroceso permitiu que a carga se asentase. O retroceso tamén introduce problemas de afinación como as parellas de carga e os desacougos do motor brevemente cando a carga e a dirección relativa do motor inverte. Ademais do retroceso, a rixidez torsional finita almacena a enerxía convertendo algo da enerxía cinética do motor e carga en enerxía potencial, liberándoa máis tarde. Esta retrasada liberación de enerxía provoca oscilación de carga, induce a resonancia, reduce as ganancias máximas de afinación utilizables e afecta negativamente á resposta e ao tempo de liquidación do sistema servo. En todos os casos, reducir o retroceso e aumentar a rixidez dun sistema aumentará o rendemento servo e simplificará a afinación.

Configuracións de servomotor do eixe rotativo

A configuración do eixe rotativo máis común é un servomotor rotativo cun codificador incorporado para a retroalimentación da posición e unha caixa de cambios para que coincida co par e a velocidade dispoñibles do motor ata o par requirido e a velocidade da carga. A caixa de cambios é un dispositivo de alimentación constante que é o análogo mecánico dun transformador para a correspondencia de carga.

Unha configuración de hardware mellorada usa un servomotor rotativo de unidade directa, que elimina os elementos de transmisión acoplando directamente a carga ao motor. Mentres que a configuración do motor de engrenaxes usa un acoplamiento a un eixe de diámetro relativamente pequeno, o sistema de accionamento directo ataca a carga directamente a unha brida de rotor moito maior. Esta configuración elimina o retroceso e aumenta moito a rixidez torsional. O maior número de polo e os enrolamentos de alto par de motores de accionamento directo coinciden co par e as características de velocidade dun motor de engrenaxes cunha relación de 10: 1 ou superior.