Co to jest silnik serwo?
Definicja serwomotoru
Termin "serwo" odnosi się do mechanizmu sterującego i pochodzi od "servus", łacińskiego słowa oznaczającego niewolnika. Serwomotory zawdzięczają swoją nazwę temu, że można na nich polegać, jeśli chodzi o działanie "dokładnie według instrukcji".
Silnik, który może kontrolować parametry takie jak położenie i prędkość, jest określany jako silnik serwo, niezależnie od tego, w jaki sposób ta kontrola jest osiągana. W związku z tym termin ten jest czasami używany w odniesieniu do silników krokowych i silników bezrdzeniowych.
W kontekście naszych intencji serwomotor będzie jednak definiowany jako silnik z enkoderem (czujnikiem ruchu obrotowego) wraz ze sterownikiem, który wykorzystuje informacje z tego enkodera do sterowania prędkością i położeniem (kątem obrotu).
Różnice między serwomotorami a silnikami krokowymi
Podobnie jak serwomotory, silniki krokowe są w stanie kontrolować swój kąt obrotu w odpowiedzi na zewnętrzne sygnały wejściowe. W związku z tym mogą być również wykorzystywane do pozycjonowania maszyn i podobnych zastosowań. Istnieje jednak wiele różnic między tymi dwoma typami silników.
1. Mechanizm sterowania
Silniki serwo są wyposażone w enkoder (czujnik ruchu obrotowego), który lokalizuje ich pozycję obrotową i zapewnia kontrolę sprzężenia zwrotnego pozycji silnika. W ten sposób zapewniona jest precyzyjna dokładność zatrzymania, a silnik jest w stanie powrócić do swojej pierwotnej pozycji w przypadku odchylenia od pozycji silnika w momencie zatrzymania. Z kolei w przypadku silników krokowych kąt obrotu silnika jest proporcjonalny do liczby impulsów wejściowych. Dlatego też kontroluje on pozycję na podstawie liczby impulsów wejściowych otrzymanych ze sterownika. Chociaż uniknięto konieczności stosowania czujnika położenia, oznacza to również brak środków do wykrywania odchyleń pozycji. Na przykład nieoczekiwane zmiany obciążenia mogą spowodować desynchronizację silnika (co oznacza, że silnik obraca się pod innym kątem niż określony na wejściu).
2. Moment obrotowy i prędkość
Silniki serwo mogą pracować z dużymi prędkościami i mogą również zapewniać niezawodny moment obrotowy w szerokim zakresie prędkości, od niskich do wysokich. Silniki krokowe mogą zapewniać wysoki moment obrotowy przy niskich prędkościach, ale ich moment obrotowy maleje wraz ze wzrostem prędkości, co czyni je mniej odpowiednimi do pracy z dużymi prędkościami.
3. Koszt
Ponieważ serwomotory wymagają enkodera obrotowego i sterownika serwomechanizmu (sterownika), są one droższe niż silniki krokowe.
Aby dowiedzieć się więcej na temat serwomotorów i silników krokowych, kliknij: Silnik serwo a silnik krokowy.
Historia serwomotorów
Począwszy od lat 50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych zaczęło rosnąć zainteresowanie automatyzacją fabryk, początkowo w takich obszarach jak przenośniki taśmowe, maszyny automatyczne i roboty przemysłowe. Wczesne zautomatyzowane maszyny i roboty przemysłowe skłaniały się ku wykorzystaniu technik hydraulicznych lub pneumatycznych do sterowania pozycjonowaniem siłowników, ale borykały się z problemami w zakresie dokładności, niezawodności działania, powiązanego orurowania, wycieków oleju hydraulicznego lub powietrza.
Następnie, wraz z rozwojem technologii, w latach 50-tych i 60-tych XX wieku wzrosło wykorzystanie serwomotorów prądu stałego, które zaczęły być instalowane w robotach przemysłowych w celu zastąpienia kłopotliwych mechanizmów hydraulicznych i pneumatycznych.
Wraz z rozwojem robotów przemysłowych nastąpił wielki postęp technologiczny w dziedzinie serwomotorów. Serwomotory AC stały się dostępne w latach 80-tych. Ich praktyczne zalety obejmują zmniejszenie rozmiarów i wagi robotów, dzięki czemu serwomotory są powszechnie stosowane w nowoczesnych maszynach przemysłowych.
Rodzaje serwomotorów
Serwomotory można podzielić na serwomotory prądu stałego i serwomotory prądu przemiennego.
1. Serwomotory prądu stałego
Są to serwomotory napędzane szczotkowanymi silnikami prądu stałego (DC). Silniki DC są łatwiejsze do kontrolowania niż silniki AC. Są one szeroko stosowane ze względu na ich niewielkie rozmiary i niski koszt, ale wykorzystanie silników prądu stałego zmniejsza się ostatnio ze względu na postęp w technologii sterowania silnikami prądu przemiennego.
2. Serwomotory prądu przemiennego
Są to serwomotory napędzane silnikami prądu przemiennego (AC). Choć ich sterowanie jest bardziej skomplikowane niż w przypadku silników prądu stałego, postępy w technologii sterowania sprawiły, że są one obecnie najpopularniejszym typem serwomotorów.
W zależności od mechanizmu napędowego, serwomotory AC można podzielić na silniki synchroniczne (SM) i indukcyjne (IM). Rozróżnia się je na podstawie obecności lub braku magnesu trwałego.
SM zawierają magnes stały. Aby zwiększyć moc wyjściową silnika, należy zwiększyć wykorzystanie magnesów trwałych, magnesy trwałe są drogie, a koszt silnika staje się wysoki. Z tego powodu są one szeroko stosowane w aplikacjach o niskiej mocy (do 10 kW). Jednak wraz z dostępnością wysokowydajnych magnesów trwałych w ostatnich latach, synchroniczne serwomotory AC są obecnie preferowanym wyborem domyślnym.
Silniki IM nie wykorzystują magnesów trwałych i są zwykle stosowane w aplikacjach o wyższej mocy wyjściowej (10 kW lub więcej).
Zastosowania serwomotorów
Dzięki dokładnej charakterystyce pozycjonowania, serwomotory są szeroko stosowane w aplikacjach takich jak roboty przemysłowe i maszyny precyzyjne. Przykłady zastosowań obejmują
- Przeguby robotów przemysłowych
- Przeguby robotów humanoidalnych
- Sterowanie urządzeniami w maszynach do przetwarzania żywności
- Sterowanie urządzeniami w maszynach pakujących
- Napędy taśmowe w systemach przenośników
- Automatyczne drzwi w pociągach
- Stoły X-Y używane w maszynach do kontroli LCD i półprzewodników
- Prasy/podajniki rolkowe
- Stopnie obrotowe dla obrabiarek lub systemów inspekcji
- Sterowanie prasami
- Sterowanie maszynami do klejenia
- Sterowanie maszynami do formowania tworzyw sztucznych
- Sterowanie maszynami rozrywkowymi
- Sterowanie radiowe i inne zastosowania hobbystyczne
- Maszyny do powlekania lub naparowywania
- Maszyny do czyszczenia wirowego wyświetlaczy LCD i półprzewodników
