Servopohony - moderné a dynamické riadené pohony

Servopohon pozostáva zo servomeniča a servomotora, ktorý je vždy so spätnou väzbou.

Servopohony - moderné a dynamické riadené pohony
Čo je servopohon?

Servopohon pozostáva zo servomeniča a servomotora, ktorý je vždy so spätnou väzbou.Spätnoväzobný snímač môže byť rôzneho typu napríklad resolver, sinus-cosinus snímač, inkrementálny snímač … V poslednom čase sú klasické snímače spätnej väzby nahrádzané snímačmi, ktoré sú digitálne a komunikujú so servomeničom prostredníctvom dátovej zbernice.Servomenič je v podstate veľmi výkonný frekvenčný menič, ktorý vždy pracuje so spätnou väzbou motora. Niekedy je spätná väzba od motora doplnená ešte externou spätnou väzbou, na čo sa používajú najčastejšie inkrementálne snímače.

Aká je hlavná výhoda servopohonu ?

Servopohon drží  100% momentu aj pri nulových otáčkach. Servopohon pracujúci v polohovacom režime reaguje na násilné vychýlenie z polohy a vždy sa vráti do požadovanej polohy.

Na aké aplikácie sa používajú servopohony ?

Servomotory sa používajú na presnú a dynamickú reguláciu riadených pohonov. Typické aplikácie servopohonov sú obrábacie stroje s CNC riadením, podávače, polohovacie systémy, strihacie zariadenia, letmé píly, prípadne navíjače a odvíjače.

Aká je konštrukcia servomotorov?

Z hľadiska konštrukcie môžeme servomotory rozdeliť na synchrónne a asynchrónne. V porovnaní s klasickým asynchrónnym motorom majú servomotory pri rovnakom výkone vždy menšiu stavebnú výšku ako asynchrónne motory. Vzhľadom k tomu, že je u nich požadovaná vysoká dynamika zmeny otáčok, sú zvyčajne riešené tak, aby mali čo najmenší moment zotrvačnosti. Zároveň sú konštruované pre vyššie nominálne frekvencie. Veľmi často býva nominálna frekvencia servomotora vyššia ako 100Hz. U štandardných asychrónnych a synchrónnych motorov je to zvyčajne sieťová frekvencia, teda 50, alebo 60 Hz.

Kde sa používajú asynchrónne servomotory?

Asynchrónne servomotory sa používajú predovšetkým na menej dynamické aplikácie, kde nie sú kladené vysoké nároky na dynamiku pohybu, ale je potrebné napríklad držať stabilné otáčky motora pri rôznej záťaži, prípadne riadiť moment motora, alebo ťahovú silu.

Veľmi často sú aplikované v navíjačkách, prevíjačkách a odvíjačkách.

Aké sú výhody a nevýhody asynchrónnych servomotorov ?

Ich výhodou je predovšetkým nižšia cena a pozvoľný pokles momentu nad nominálnymi otáčkami motora. Ako je vidieť aj z momentovej charakteristiky asynchrónneho servomotora na obr. 1. 

Nevýhodou je  väčší rozmer a nižšia dynamika zmeny otáčok motora.

Aké je zrýchlenie asynchrónnych servopohonov ?

Pri štandardných asynchrónnych servopohonoch je zrýchlenie z 0 na 1000 ot./ min približne 60 ms.

Obr. 1  Momentová charakteristika  asynchrónneho    motora

Kde sa používajú synchrónne servomotory?

Synchrónne servomotory sa používajú na najnáročnejšie aplikácie, kde je požadovaná extrémne vysoká dynamika a presnosť (napríklad podávače, CNC obrábacie stroje ….)

Aké sú výhody nevýhody synchrónnych servomotorov ?

K ich výhodám patrí vysoká dynamika zmeny otáčok motora a menší rozmer v porovnaní s asynchrónnym servomotorom.

Nevýhodou je vyššia cena a spravidla prudký pokles momentu nad nominálnymi otáčkami, ako je vidieť z momentovej charakteristiky synchrónneho motora na obr. 2.

Obr. 2  Momentová charakteristika synchrónneho motora

Prečo má sevomotor vždy spätnú vätbu?

Servomenič potrebuje spätnú väzbu na kontrolu motora. Vďaka spätnej väzbe je servomenič schopný spoľahlivo udržiavať stabilne požadované otáčky aj pri zmene zaťaženia motora.

Pohyb servomotora je korigovaný v rýchlostnej regulačnej slučke v intervale menšom ako 1 ms

Aký je vplyv rozlíšenia spätnej väzby na stabilitu otáčok servomotora ?

Čím vyššie je rozlíšenie spätnej väzby servomotora, tým presnejšie má informácie servomenič o otáčkach motora. To mu následne umožňuje robiť citlivejší regulačný zásah do chodu servomotora.

Na obr. 3 je vidieť zvlnenie momentu servomotora so spätnou väzbou 2 500 impulzov na otáčku a 17 bitovou späznou väzbou s rozlíšením 160 000 impulzov na otáčku.

Vysoké, 17 bitové, rozlíšenie spätnej väzby umožňuje podstatne precíznejšie a jemnejšie riadenie motora tým aj jeho stabilnejší a presnejší chod.

Obr. 3   Zvlnenie momentu servomotora Delta Electronics so 17 bitovým enkóderom

Aký je regulačný rozsah servopohonov ?

Regulačný rozsah otáčok servopohonu je zvyčajne vyšší ako 1 : 10 000. 

Regulačný rozsah momentovej regulácie u servopohonov býva vyšší ako 1 : 100. To umožňuje využiť servopohon na momentové riadenie napríklad pri navíjačkách a odvíjačkách.

Presnosť a dynamika servopohonu je limitovaná konštrukciou servomeniča a rozlíšením spätnej väzby servomotora. Vyššie rozlíšenie spätnej väzby dáva možnosť servomeniču presnejšie a dynamickejšie riadiť servomotor.

Aká je dynamika a odozva synchronného servopohonu ?

 Ako príklad uvediem jednoduchší a lacnejší servopohon z našej ponuky ASDA-B2 v spojení so synchrónnym servomotorom s rozlíšením spätnej väzby 17 bitov ( 160 000 imp./ ot.)

Obr. 4  Moment a rýchlosť servomotora typového radu             ASDA-B2 Odozva servomeniča je menšia ako 1 ms a zrýchlenie motora z -3000 na +3000 otáčok za minútu je nižšie ako 10 ms.

Kde sa oplatí použiť servopohon ?

Všade tam, kde potrebujete dynamiku pohonu, presnú synchronizáciu jednotlivých pohonov, jemnú reguláciu momentu a ťažnej sily, presné otáčky motora pri premenlivej záťaži, držať 100% momentu motora pri nulových otáčkach, potrebujete motor malých rozmerov pri vysokom výkone.

Môže byť servopohon cenovo výhodnejší ako frekvenčný menič s motorom ?

Môže. Servopohon vychádza cenovo lepšie pri menších výkonoch motora s jednoduchým servomeničom, napríklad z našej ponuky ASDA-B2, ak chcete použiť asynchrónny motor so spätnou väzbou, cudzím chladením a frekvenčným meničom.