Что такое серводвигатель?
Определение серводвигателя
Термин «сервопривод» относится к механизму управления и происходит от латинского слова «servus», означающего «подчинённый». Серводвигатели получили своё название благодаря тому, что они работают «точно по инструкции».
Двигатель, способный управлять такими параметрами, как положение и скорость, называется серводвигателем, независимо от способа управления. Поэтому этот термин иногда используется для обозначения шаговых двигателей и двигателей без сердечника.
Однако в контексте наших намерений серводвигатель будет определяться как двигатель с энкодером (детектором вращательного движения) вместе с драйвером, который использует информацию от этого энкодера для управления скоростью и положением (углом поворота).
Различия между серводвигателями и шаговыми двигателями
Как и серводвигатели, шаговые двигатели способны управлять углом поворота в зависимости от внешнего воздействия. Поэтому их также можно использовать для позиционирования механизмов и аналогичных задач. Однако между этими двумя типами двигателей существует множество различий.
1. Механизм управления
Серводвигатели оснащены энкодером (датчиком вращательного движения), который определяет их угловое положение и обеспечивает обратную связь по положению двигателя. Таким образом, обеспечивается высокая точность остановки, и двигатель может вернуться в исходное положение в случае отклонения от положения двигателя в момент остановки. В отличие от этого, у шаговых двигателей угол поворота двигателя пропорционален количеству входных импульсов. Таким образом, он управляет положением по количеству входных импульсов, полученных от контроллера. Хотя необходимость в датчике положения отпадает, это также означает отсутствие средств обнаружения отклонений положения. Например, непредвиденные изменения нагрузки могут привести к рассинхронизации двигателя (то есть, двигатель будет вращаться под углом, отличным от заданного входным сигналом).
2. Крутящий момент и скорость
Серводвигатели могут работать на высоких скоростях и обеспечивать стабильный крутящий момент в широком диапазоне скоростей — от низких до высоких. Шаговые двигатели могут обеспечивать высокий крутящий момент на низких скоростях, но их крутящий момент уменьшается с ростом скорости, что делает их менее подходящими для работы на высоких скоростях.
3. Стоимость
Поскольку для серводвигателей требуются вращающийся энкодер и сервоконтроллер (драйвер), они стоят дороже шаговых двигателей.
Для более подробной информации о серводвигателе и шаговом двигателе нажмите: Серводвигатель против шагового двигателя .
История серводвигателей
Начиная с 1950-х годов в США начал расти интерес к автоматизации производства, первоначально в таких областях, как ленточные конвейеры, автоматическое оборудование и промышленные роботы. Ранние автоматизированные машины и промышленные роботы, как правило, использовали гидравлические или пневматические методы управления положением исполнительных механизмов, но они испытывали проблемы с точностью, эксплуатационной надежностью, связанными трубопроводами, утечками гидравлического масла или воздуха.
Впоследствии, с развитием технологий, в 1950-х и 1960-х годах использование серводвигателей постоянного тока возросло, и их начали устанавливать в промышленных роботах для замены неисправных гидравлических и пневматических механизмов.
Наряду с развитием промышленных роботов, серводвигатели получили значительное технологическое развитие. Серводвигатели переменного тока появились в 1980-х годах. Их практическое преимущество заключается в уменьшении габаритов и веса роботов, что привело к их широкому применению в современном промышленном оборудовании.
Типы серводвигателей
Серводвигатели можно разделить на серводвигатели постоянного тока и серводвигатели переменного тока.
1. Серводвигатели постоянного тока
Это серводвигатели, приводимые в действие коллекторными двигателями постоянного тока. Двигатели постоянного тока проще в управлении, чем двигатели переменного тока. Они широко используются благодаря своим компактным размерам и низкой стоимости, но в последнее время применение двигателей постоянного тока сокращается из-за развития технологий управления двигателями переменного тока.
2. Серводвигатели переменного тока
Это серводвигатели, приводимые в действие двигателями переменного тока (AC). Хотя ими сложнее управлять, чем двигателями постоянного тока, достижения в области технологий управления сделали их наиболее распространённым типом серводвигателей.
В зависимости от приводного механизма серводвигатели переменного тока подразделяются на синхронные (СД) и асинхронные (АД). Они различаются по наличию или отсутствию постоянного магнита.
ШД содержат постоянный магнит. Для увеличения выходной мощности двигателя необходимо увеличить использование постоянных магнитов. Они дороги, и стоимость двигателя возрастает. Поэтому они широко используются в маломощных устройствах (до 10 кВт). Однако, с появлением в последние годы высокопроизводительных постоянных магнитов, синхронные серводвигатели переменного тока стали предпочтительным выбором по умолчанию.
В АД не используются постоянные магниты, и их обычно используют для более мощных выходных мощностей (10 кВт и более).
Применение серводвигателей
Благодаря своим точным характеристикам позиционирования серводвигатели широко используются в таких областях, как промышленные роботы и прецизионное оборудование. Примеры применения:
- Суставы промышленных роботов
- Суставы гуманоидного робота
- Управление оборудованием в машинах для обработки пищевых продуктов
- Управление оборудованием в упаковочных машинах
- Ременные приводы в конвейерных системах
- Автоматические двери в поездах
- XY-столы, используемые в машинах для контроля ЖК-дисплеев и полупроводников
- Прессы/роликовые питатели
- Вращающиеся столы для станков или систем контроля
- Управление прессами
- Управление склеивающими машинами
- Управление машинами для литья пластмасс
- Управление игровыми автоматами
- Радиоуправление и другие хобби-приложения
- Машины для нанесения покрытий или осаждения из паровой фазы
- Центрифужные машины для очистки ЖК-дисплеев и полупроводников
