Vodič za odabir servo motora: objašnjenje momenta, brzine i točnosti

Odabir pravog servo motora za industrijski stroj može biti kompliciraniji od jednostavne provjere nazivne snage motora.

Servo motor može imati dovoljno konjskih snaga, ali ipak ne uspijeva osigurati dovoljan okretni moment tijekom ubrzavanja. Može postići potrebnu maksimalnu brzinu, ali raditi loše pri maloj brzini. Može imati i koder visoke-razlučivosti, ali cijeli stroj još uvijek ne može postići točnost pozicioniranja koju zahtijeva aplikacija.

Razlog je jednostavan: moment, brzina i točnost su povezani.

Kada birate servo motor, trebate promatrati motor, enkoder, servo pogon, mehanički prijenos i stvarno opterećenje kao jedan cjeloviti sustav upravljanja kretanjem.

Ovaj vodič objašnjava tri najvažnijaservo motorfaktore odabira-moment, brzinu i točnost-i pokazuje kako ih koristiti zajedno pri odabiru motora za industrijske primjene.

Zašto su zakretni moment, brzina i točnost važni pri odabiru servo motora

Različiti strojevi postavljaju različite zahtjeve na svoje servo motore.

Stroj za pakiranje može trebati brzo ubrzanje i precizno zaustavljanje.

Transportna traka može trebati stabilnu kontinuiranu kontrolu momenta i brzine.

Robotski zglob može trebati veliki zakretni moment u kompaktnom paketu.

CNC stroj može dati prioritet točnosti pozicioniranja i glatkom radu niske -brzine.

Stoga ne postoji pojedinačni servo motor koji je "najbolji" za svaku primjenu.

Pravi motor mora osigurati potrebnu kombinaciju:

• Kontinuirani okretni moment
• Najveći okretni moment
• Brzina rada
• Maksimalna brzina
• Ubrzanje
• Točnost pozicioniranja
• Razlučivost kodera
• Inercija opterećenja
• Radni ciklus

Među tim parametrima, okretni moment, brzina i točnost tri su najvažnije polazne točke.

1. Zakretni moment: Može li servo motor pomaknuti vaš teret?

Okretni moment određuje koliku rotacijsku silu servo motor može proizvesti.

Za industrijsku opremu okretni moment obično je važniji od pukog promatranja konjskih snaga.

Servo motor treba dovoljno okretnog momenta da svlada mehanički otpor stroja i ubrza opterećenje.

Ukupni zahtjevi zakretnog momenta mogu uključivati:

Moment opterećenja

Moment trenja

Moment ubrzanja

Moment-povezan s gravitacijom

Gubici u prijenosu

To znači da motor ne treba birati samo prema težini tereta.

Mehanička struktura stroja jednako je važna.

Kontinuirani zakretni moment u odnosu na vršni zakretni moment

Ovo je jedna od najvažnijih razlika pri odabiru servo motora.

Kontinuirani okretni moment

Kontinuirani zakretni moment je količina zakretnog momenta koju motor može isporučiti tijekom normalnog rada bez prekoračenja svojih toplinskih ograničenja.

Važno je kada motor mora raditi pod opterećenjem dulje vrijeme.

Na primjer:

Konvejer može zahtijevati 5 N·m okretnog momenta kontinuirano.

U ovom slučaju, odabrani motor trebao bi imati dovoljan kontinuirani zakretni moment da podnese opterećenje od 5 N·m bez kontinuiranog rada na svojoj toplinskoj granici.

Najveći zakretni moment

Vršni zakretni moment je veći zakretni moment dostupan za kratka razdoblja.

To postaje važno tijekom:

• Pokretanje
• Ubrzanje
• Naglo usporavanje
• Promjene smjera
• Nagle promjene opterećenja

Na primjer, stroj može zahtijevati:

5 N·m kontinuirani zakretni moment

ali

10 N·m vršnog momenta

tijekom ubrzavanja.

Motor s odgovarajućim trajnim okretnim momentom, ali nedovoljnim vršnim okretnim momentom, može raditi normalno pri konstantnoj brzini, ali se muči kad god stroj treba brzo ubrzati.

Zbog toga se oba broja moraju provjeriti.

Koliku marginu okretnog momenta trebate ostaviti?

Uobičajena pogreška je odabir motora čiji je nazivni moment točno jednak izračunatom opterećenju.

Pravi strojevi rijetko rade u savršeno konstantnim uvjetima.

Opterećenja se mogu promijeniti zbog:

• Težina proizvoda
• Mehaničko trenje
• Temperatura
• Nositi
• Ubrzanje
• Učinkovitost prijenosa
• Uvjeti proizvodnje
• Stoga je razumna inženjerska marža korisna.

Međutim, sam izbor motora koji je nekoliko puta veći od izračunatog opterećenja nije nužno bolji.

Prevelik motor može povećati:

• Trošak motora
• Cijena servo pogona
• Inercija sustava
• Prostor za ugradnju
• Potrošnja energije

Cilj je osigurati dovoljan kapacitet okretnog momenta bez nepotrebnog predimenzioniranja sustava.

2. Brzina: Koliko brzo motor treba raditi?

Brzina je drugo važno razmatranje.

Prilikom odabira servo motora nemojte gledati samo na maksimalni broj okretaja u minuti.

Trebali biste odrediti tri radne točke:

Minimalna radna brzina

Normalna radna brzina

Maksimalna radna brzina

Važno pitanje nije:

"Koliko se brzo ovaj motor može vrtjeti?"

to je:

"Može li ovaj motor osigurati potrebni okretni moment pri brzini koja je stvarno potrebna mom stroju?"

Ova je razlika iznimno važna.

Servo motor može imati maksimalnu brzinu od 5000 okretaja u minuti, ali to ne znači da može pružiti maksimalni okretni moment pri 5000 okretaja u minuti.

Servo motori imaju karakteristike momenta-brzine koje treba uzeti u obzir tijekom odabira.

Zašto se velika brzina i veliki okretni moment mogu teško kombinirati

Brzina i moment motora usko su povezani s električnim i mehaničkim karakteristikama motora.

Kada se brzina poveća, motor može ući u područje u kojem se raspoloživi moment smanjuje.

Ovo stvara važno pitanje odabira:

Trebate li veliki okretni moment, veliku brzinu ili oboje u isto vrijeme?

Na primjer:

Primjena A

Brzina rada: 1.000 RPM

Potreban zakretni moment: 10 N·m

Primjena B

Brzina rada: 4.000 RPM

Potreban zakretni moment: 10 N·m

Iako obje primjene zahtijevaju isti okretni moment, aplikacija B je puno zahtjevnija jer motor mora održavati taj okretni moment pri puno višoj brzini.

Stoga nije dovoljno gledati samo okretni moment.

Uvijek provjerite krivulju-brzine momenta motora.

Brzina se također odnosi na ubrzanje

Za servo aplikacije, maksimalna brzina je samo jedan dio jednadžbe.

Ubrzanje može biti još važnije.

Razmotrite stroj koji se treba pomaknuti od:

0 → 3000 okretaja u minuti za 0,2 sekunde

To se jako razlikuje od stroja koji zahtijeva:

10 sekundi do 3000 okretaja u minuti.

Prva primjena zahtijeva mnogo veće dinamičke performanse.

Motor mora osigurati dovoljan okretni moment za ubrzanje rotora i priključenog opterećenja unutar potrebnog vremena.

Zbog toga zahtjeve za ubrzanjem treba dostaviti dobavljaču motora tijekom odabira.

3. Točnost: Koliko precizno servo motor može pozicionirati teret?

Točnost se često krivo shvaća pri odabiru servo motora.

Mnogi kupci pretpostavljaju da visoka rezolucija kodera automatski znači da će stroj imati izuzetno visoku točnost pozicioniranja.

To nije nužno točno.

Stvarna točnost sustava ovisi o više komponenti:

• Razlučivost kodera
• Servo upravljački algoritam
• Mehanički zazor
• Krutost osovine
• Točnost mjenjača
• Fleksibilnost spojke
• Vibracije stroja
• Inercija opterećenja
• Tolerancija mehaničke proizvodnje

Koder je samo jedan dio kompletnog sustava.

Razlučivost kodera u odnosu na stvarnu točnost pozicioniranja

Ova dva pojma ne treba tretirati kao istu stvar.

Razlučivost kodera

Razlučivost enkodera opisuje koliko fino enkoder može otkriti promjene u položaju osovine.

Veća razlučivost daje više povratnih informacija upravljaču.

Ovo može poboljšati:

• Povratna informacija o poziciji
• Niska{0}}glatkoća
• Kontrola pokreta
• Ponovljivost

Ali veća razlučivost ne uklanja automatski mehaničke pogreške.

Stvarna točnost pozicioniranja

Točnost pozicioniranja opisuje koliko je blizu stvarni mehanički položaj zadanom položaju.

Na primjer, ako je stroju naređeno da se pomakne na 100,00 mm, ali je konačni položaj 100,08 mm, pogreška pozicioniranja je 0,08 mm.

Ta pogreška može doći iz:

• Zazor mjenjača
• Elastičnost pojasa
• Pogreška kabela vijka
• Mehanička deformacija
• Montaža kodera
• Kretanje tereta

Stoga, kada kupac kaže: "Trebam-servo motor visoke točnosti," ispravno pitanje glasi:

Koju točnost zapravo treba cijeli stroj?

Ponovljivost nasuprot točnosti

To su također različiti pojmovi.

Stroj se može opetovano zaustaviti na gotovo potpuno istom položaju, ali još uvijek biti malo udaljen od naređenog položaja.

Na primjer:

• Ciljna pozicija: 100,00 mm
• Stvarni rezultati:
• 100,08 mm
• 100,08 mm
• 100,07 mm
• 100,08 mm

Sustav ima dobru ponovljivost, ali lošu apsolutnu točnost.

Ova razlika je važna u aplikacijama kao što su:

• CNC oprema
• Robotika
• Inspekcijski strojevi
• Poluvodička oprema
• Precizna montaža
• Automatizirani sustavi za pozicioniranje

Inercija opterećenja: skriveni čimbenik iza servo performansi

Zakretni moment, brzina i točnost ne mogu se procijeniti odvojeno od inercije opterećenja.

Servo motor može imati dovoljan nazivni zakretni moment, ali i dalje raditi loše ako priključeno opterećenje ima vrlo veliku inerciju.

Visoka inercija može uzrokovati:

• Sporo ubrzanje
• Preletjeti
• Vibracija
• Dugo vrijeme taloženja
• Pogreške pozicioniranja
• Servo nestabilnost

Uobičajena opterećenja visoke{0}}tromosti uključuju:

• Veliki valjci
• Rotacijski stolovi
• Zamašnjaci
• Veliki zupčanici
• Teške robotske ruke
• Rotirajući sklopovi velike-mase

Iz tog razloga dobavljač motora trebao bi znati približnu inerciju opterećenja kad god je to moguće.

Zašto je servo pogon važan

Servo motor je samo jedan dio sustava.

Servo pogon određuje kako se električna energija isporučuje motoru i kako se obrađuje povratni signal.

Prije odabira motora provjerite kompatibilnost između:

• Napon motora
• Struja motora
• Koder
• Servo pogon
• Kontrolor
• Komunikacijsko sučelje

Motor s izvrsnim specifikacijama ipak može dati loše rezultate ako pogon nije ispravno usklađen.

Motor i pogon stoga treba odabrati kao sustav.

Odabir pravog servo motora prema primjeni

Različite aplikacije daju prioritet različitim specifikacijama.

Zbog toga jednostavno traženje "servo motora od 2 kW" ne daje dovoljno informacija za pravilan odabir.

24V vs 48V vs 220V servo motori

Napon je još jedan važan faktor odabira.

24V servo motor

24V servo motori se obično razmatraju za:

AGV-ovi

AMR-ovi

Mobilni roboti

Strojevi-na baterije

Kompaktna oprema za automatizaciju

Osobito su prikladni kada stroj već koristi električnu arhitekturu od 24 V DC.

Servo motor od 48 V

Sustavi od 48 V mogu pružiti više snage s nižom strujom u usporedbi sa sustavima od 24 V.

Ovo može biti korisno za:

Mobilni roboti

Električna oprema

Automatizacija-srednje snage

Industrijski sustavi-napajani baterijama

Niža struja također može pomoći u smanjenju veličine kabela i električnih gubitaka.

Servo motor 220V

220V servo motori naširoko se koriste u industrijskoj automatizaciji gdje je potrebna veća snaga.

Tipične primjene uključuju:

CNC strojevi

Industrijski roboti

Strojevi za pakiranje

Oprema za automatiziranu proizvodnju

Odgovarajući napon ovisi o kompletnoj električnoj arhitekturi stroja, a ne samo o preferencijama motora.

Kada vam treba mjenjač?

Mjenjač može biti potreban kada aplikacija zahtijeva:

Visoki izlazni moment

Niska izlazna brzina

Visoka točnost pozicioniranja

Bolje usklađivanje inercije

Na primjer, servo motor može učinkovito raditi na nekoliko tisuća okretaja u minuti, dok je stroju potrebno samo nekoliko stotina okretaja u minuti.

Mjenjač može smanjiti brzinu dok povećava izlazni moment.

Međutim, mjenjači također uvode:

Zazor

Mehanički gubici

Dodatni trošak

Dodatno održavanje

Za precizne primjene, zazor mjenjača treba uključiti u analizu točnosti.

Kada biste trebali odabrati servo motor visokog momenta?

Vrijedno je razmotriti servo motor visokog momenta kada primjena uključuje:

Teška opterećenja

Rapid ubrzanje

Često pokretanje i zaustavljanje

Visoka inercija

Vertikalno podizanje

Velika rotacijska oprema

Robotika-za teške uvjete rada

Međutim, veliki okretni moment ne treba brkati s "boljim".

Ako vašem stroju treba samo mala količina okretnog momenta, korištenje značajno prevelikog motora visokog okretnog momenta može povećati cijenu sustava bez poboljšanja performansi.

Dimenzija motora trebala bi odgovarati stvarnom profilu kretanja.

Praktičan proces odabira servo motora

Dobar proces odabira može se svesti na sljedeće korake.

Korak 1 - Definirajte opterećenje

Odrediti:

Težina tereta

Vrsta opterećenja

Trenje

Učinci gravitacije

Mehanički prijenos

Korak 2 - Izračunajte zakretni moment

Odrediti:

Kontinuirani okretni moment

Najveći okretni moment

Početni moment

Moment ubrzanja

Korak 3 - Definirajte brzinu

Identificirati:

Minimalna brzina

Normalna brzina

Maksimalna brzina

Vrijeme ubrzanja

Korak 4 - Izračunajte inerciju

Procijenite inerciju:

Motor

Spojnica

Mjenjač

koloturnik

Valjak

Opterećenje

Korak 5 - Definirajte točnost

Odredite zahtijeva li aplikacija:

Točnost položaja

Ponovljivost

Niska{0}}glatkoća

Povratne informacije visoke-razlučivosti

Korak 6 - Odaberite koder

Odaberite enkoder na temelju potrebne izvedbe upravljanja.

Korak 7 - Uskladite servo pogon

Provjerite zahtjeve napona, struje, kodera, komunikacije i upravljanja.

Korak 8 - Procijenite okruženje

Provjerite temperaturu, vlažnost, prašinu, vibracije i druge radne uvjete.

Korak 9 - Pregledajte kompletan profil kretanja

Provjerite može li odabrani motor podnijeti stvarni ciklus-a ne samo jednu radnu točku.

Kontrolni popis za odabir servo motora za kupce

Prije nego što zatražite ponudu, pripremite sljedeće podatke:

Mehanički

Težina tereta

Inercija opterećenja

Vrsta prijenosa

Prijenosni omjer

Zahtjevi za osovinu

Montažne dimenzije

Performanse

Kontinuirani okretni moment

Najveći okretni moment

Nazivna brzina

Maksimalna brzina

Vrijeme ubrzanja

Vrijeme usporavanja

Radni ciklus

Točnost

Zahtijevana točnost pozicioniranja

Zahtijevana ponovljivost

Postavka kodera

Zahtjevi za zračnost

Električni

Raspoloživi napon

Kontinuirana struja

Vršna struja

Vrsta kontrolera

Komunikacijski protokol

okoliš

Temperatura okoline

Prah

Vlažnost

Vibracija

Uvjeti ugradnje

Što su ove informacije potpunije, dobavljaču je lakše preporučiti ispravan motor.

Uobičajene pogreške pri odabiru servo motora

Odabir samo prema snazi

Snaga je važna, ali vam ne govori dovoljno o momentu pri određenoj brzini.

Ignoriranje vršnog momenta

Motor može podnijeti kontinuirano opterećenje, ali otkazuje tijekom ubrzavanja.

Pod pretpostavkom da je razlučivost kodera jednaka točnosti

Mehanički zazor i deformacija još uvijek mogu ograničiti konačnu točnost pozicioniranja.

Ignoriranje inercije

Visoka inercija opterećenja može otežati kontrolu ispravno napajanog motora.

Predimenzioniranje motora

Veći motor nije automatski pouzdaniji ili učinkovitiji.

Odabir motora prije pogona

Motor i pogon moraju biti kompatibilni od samog početka.

Kako vam Auric pomaže odabrati pravi servo motor

Za industrijske proizvođače originalne opreme, odabir servo motora iz kataloga može biti težak jer katalog rijetko opisuje svaki detalj stvarnog stroja.

Zlatanpristupa odabiru servo motora sa strane primjene.

Umjesto da se traži samo snaga motora, proces odabira može uzeti u obzir:

Potreban zakretni moment

Najveći okretni moment

Brzina rada

Ubrzanje

Inercija opterećenja

Zahtjevi za koder

Napon

Montažne dimenzije

Konfiguracija vratila

Zahtjevi za kočnice

Kompatibilnost servo pogona

Ovo je osobito korisno za proizvođače opreme koji trebaju servo motor koji odgovara postojećoj mehaničkoj strukturi ili novom dizajnu stroja.

Auric također može procijeniti prilagođene zahtjeve za OEM aplikacije gdje standardne kataloške specifikacije nisu dovoljne.

Cilj nije jednostavno osigurati motor s višim specifikacijama.

To je osigurati motor koji je ispravno usklađen sa stvarnim zahtjevima stroja za kretanje.

Često postavljana pitanja

Koja je najvažnija specifikacija pri odabiru servo motora?

Ne postoji jedna najvažnija specifikacija. Okretni moment, brzina, ubrzanje, inercija opterećenja, točnost i radni ciklus moraju se razmatrati zajedno.

Za većinu primjena, kontinuirani zakretni moment i vršni zakretni moment prve su specifikacije koje treba izračunati.

Kako mogu izračunati potrebni moment servo motora?

Započnite procjenom momenta opterećenja, trenja, zahtjeva za ubrzanjem, gravitacije i gubitaka mehaničkog prijenosa. Najgori{1}}slučaj rada treba uključiti u izračun.

Daje li servo motor s većim brojem okretaja u minuti bolje performanse?

Nije nužno. Visoka najveća brzina je korisna samo ako je stroj stvarno zahtijeva. Također morate provjeriti koliki okretni moment motor može pružiti pri toj brzini.

Čini li koder visoke{0}}razlučivosti stroj preciznijim?

Ne automatski. Razlučivost enkodera poboljšava razlučivost povratne sprege, ali konačna točnost stroja također ovisi o mehaničkom zazoru, točnosti prijenosa, krutosti, vibracijama i performansama upravljanja.

Trebam li mjenjač sa svojim servo motorom?

Ne uvijek. Mjenjač je koristan kada trebate veći izlazni moment pri nižoj brzini ili bolje usklađivanje opterećenja. Servo motori s izravnim-pogonom mogu biti prikladni kada primjena ne zahtijeva smanjenje brzine.

Kako mogu izabrati između servo motora od 24V, 48V i 220V?

Započnite s dostupnom električnom arhitekturom i potrebnom snagom. 24V i 48V uobičajeni su u nisko-naponskim i baterijskim-sustavima, dok je 220V uobičajeniji u-industrijskim strojevima veće snage.

Završne misli

Odabir servo motora ne znači pronaći motor s najvećim okretnim momentom, najvećim brojem okretaja u minuti ili najvećom rezolucijom kodera.

Radi se o pronalaženju prave ravnoteže između momenta, brzine i točnosti.

Motor treba dovoljno kontinuiranog okretnog momenta za podnošenje normalnog opterećenja, dovoljan vršni zakretni moment za podnošenje ubrzanja, dovoljnu brzinu za traženi ciklus i odgovarajuću povratnu informaciju za postizanje potrebnih performansi pozicioniranja.

U isto vrijeme, inercija opterećenja, mehanički prijenos, radni ciklus, kompatibilnost servo pogona i radno okruženje također se moraju uzeti u obzir.

Najbolji servo motor stoga nije nužno najveći ili najsnažniji model.

Motor je taj koji može isporučiti potrebni okretni moment pri traženoj brzini sa potrebnom točnošću, a pritom ostaje pouzdan i ekonomičan tijekom životnog vijeka stroja.

Za industrijske OEM-ove i proizvođače opreme za automatizaciju, definiranje ovih zahtjeva prije kupnje može spriječiti kasnije skupe zamjene motora i probleme s puštanjem u rad.

Ako možete osigurati stvarno opterećenje, brzinu, ubrzanje, točnost, radni ciklus i zahtjeve za instalaciju, profesionalni dobavljač servo motora kao što je Auric može vam pomoći prijeći s opće specifikacije motora na ispravno usklađeno rješenje za upravljanje kretanjem.