Utilização de servo drives na automação de equipamentos
O progresso tecnológico e a competição levam ao crescimento contínuo da produtividade e ao aumento do grau de automação dos equipamentos tecnológicos. Ao mesmo tempo, os requisitos para acionamentos elétricos ajustáveis estão aumentando em termos de parâmetros como faixa de controle de velocidade, precisão de posicionamento e capacidade de sobrecarga.
Para atender aos requisitos, foram desenvolvidos dispositivos de alta tecnologia de acionamento elétrico moderno - servo drives. São sistemas de acionamento que, em uma ampla faixa de controle de velocidade, garantem processos de movimento altamente precisos e realizam sua boa repetibilidade. Os servo drives são o estágio mais avançado dos acionamentos elétricos.
DC para AC
Durante muito tempo, os motores CC foram usados principalmente em acionamentos controlados. Isso se deve à simplicidade de aplicação da lei de controle de tensão de armadura.Amplificadores magnéticos, reguladores de tiristores e transistores foram usados como dispositivos de controle e geradores de tacos analógicos foram usados como um sistema de realimentação de velocidade.
O acionamento elétrico do tiristor é um conversor tiristor controlado que fornece energia motor permanente… O circuito de energia do acionamento elétrico consiste em: um transformador de TV correspondente; retificador controlado montado a partir de 12 tiristores (V01 … V12) conectados em um circuito paralelo de meia onda de seis fases; limitadores de corrente L1 e L2 e motor DC M com excitação independente. Transformador trifásico A TV tem duas bobinas de alimentação e uma bobina blindada para alimentar os circuitos de controle. O enrolamento primário é conectado em delta, o enrolamento secundário em uma estrela de seis fases com um terminal neutro.
As desvantagens de tal acionamento são a complexidade do sistema de controle, a presença de coletores de corrente de escova, que reduzem a confiabilidade dos motores, bem como o alto custo.
Os avanços na eletrônica e o surgimento de novos materiais elétricos mudaram a situação no campo da servotecnologia. Avanços recentes tornam possível compensar a complexidade do controle do conversor de frequência com microcontroladores modernos e transistores de potência de alta velocidade e alta tensão. Imãs permanentes, feito de ligas de neodímio-ferro-boro e samário-cobalto, devido à sua alta intensidade energética, melhorou significativamente as características dos motores síncronos com ímãs no rotor, reduzindo seu peso e dimensões. Como resultado, as características dinâmicas da unidade melhoraram e suas dimensões foram reduzidas.A tendência para motores CA assíncronos e síncronos é particularmente perceptível em sistemas servo, que tradicionalmente se baseiam em acionamentos elétricos CC.
servo assíncrono
O motor elétrico assíncrono é o mais popular na indústria devido ao seu design simples e confiável a um baixo custo. No entanto, este tipo de motor é um objeto de controle complexo em termos de controle de torque e velocidade. O uso de microcontroladores de alto desempenho que implementam o algoritmo de controle vetorial e sensores digitais de velocidade de alta resolução permitem obter a faixa de controle de velocidade e as características de precisão de um acionamento elétrico assíncrono, não pior que o de um servoacionamento síncrono.
Os inversores de indução CA controlados por frequência alteram a velocidade do eixo do motor de indução tipo gaiola de esquilo usando conversores de frequência a transistor ou tiristor que convertem uma tensão monofásica ou trifásica com frequência de 50 Hz em uma tensão trifásica com frequência variável na faixa de 0,2 a 400 Hz.
Hoje conversores de frequência é um dispositivo de tamanho pequeno (muito menor que um motor elétrico assíncrono de potência semelhante) em uma base semicondutora moderna, controlada por um microprocessador embutido. Acionamento elétrico assíncrono variável permite resolver vários problemas de automação da produção e economia de energia, em particular a regulação contínua da velocidade de rotação ou da velocidade de alimentação de máquinas tecnológicas.
Em termos de custo, o servoacionamento assíncrono tem uma superioridade indiscutível em altas potências.
servo síncrono
Os servomotores síncronos são motores síncronos trifásicos com excitação de ímã permanente e um sensor fotoelétrico de posição do rotor. Eles usam gaiola de esquilo ou rotores de ímã permanente. Sua principal vantagem é o baixo momento de inércia do rotor em relação ao torque desenvolvido. Esses motores funcionam em combinação com um servo amplificador composto por um retificador de diodo, um banco de capacitores e um inversor baseado em interruptores de transistores de potência. Para suavizar a ondulação da tensão retificada, o servo amplificador é equipado com um bloco de capacitores e para converter a energia acumulada nos capacitores nos momentos de frenagem - com um transistor de descarga e resistência de lastro, o que proporciona uma frenagem dinâmica eficaz.
Os servo drives síncronos de frequência variável respondem rapidamente, funcionam bem com sistemas de controle programados por pulso e podem ser usados em uma variedade de indústrias onde as seguintes qualidades de drive são necessárias:
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posicionamento de corpos de trabalho com alta precisão;
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mantendo o torque com alta precisão;
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mantendo a velocidade de movimento ou alimentação com alta precisão.
Os principais fabricantes de servomotores síncronos e acionamentos variáveis baseados neles são Mitsubishi Electric (Japão) e Sew-Evrodrive (Alemanha).
A Mitsubishi Electric fabrica uma gama de servo drives de baixa potência -Melservo-C em cinco tamanhos com potência nominal de 30 a 750 W, velocidade nominal de 3000 rpm e torque nominal de 0,095 a 2,4 Nm.
A empresa também fabrica servo drives de frequência gama de média potência com potência nominal de 0,5 a 7,0 kW, velocidade nominal de 2.000 rpm e torque nominal de 2,4 a 33,4 Nm.
Os servo drives da série MR-C da Mitsubishi substituem com sucesso os motores de passo porque seus sistemas de controle são totalmente compatíveis (entrada de pulso), mas ao mesmo tempo estão livres das desvantagens inerentes aos motores de passo.
Os servomotores MR-J2 (S) diferem dos demais pelo microcontrolador integrado com memória estendida, que contém até 12 programas de controle. Esse servo drive opera sem perda de precisão em toda a faixa de velocidades de operação. Uma das vantagens significativas do dispositivo é sua capacidade de compensar "erros acumulados". O servo amplificador simplesmente redefine o servo motor "para zero" após um certo número de ciclos de trabalho ou em um sinal de um sensor.
A Sew-Evrodrive fornece componentes individuais e servo drives completos com uma gama completa de acessórios. As principais áreas de aplicação desses dispositivos são atuadores e sistemas de posicionamento de alta velocidade para máquinas-ferramentas programadas.
Aqui estão as principais características dos servomotores síncronos Sew-Evrodrive:
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torque de partida - de 1 a 68 Nm e na presença de um ventilador para resfriamento forçado - até 95 Nm;
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capacidade de sobrecarga — a relação entre o torque máximo e o torque inicial — até 3,6 vezes;
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alto grau de proteção (IP65);
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termistores embutidos no enrolamento do estator controlam o aquecimento do motor e excluem seu dano em caso de qualquer tipo de sobrecarga;
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sensor fotoelétrico pulsado 1024 pulsos/rev. fornece uma faixa de controle de velocidade de até 1:5000
Vamos tirar conclusões:
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no campo dos servoacionamentos ajustáveis, há uma tendência de substituir os acionamentos elétricos CC por sistemas de controle analógicos por acionamentos elétricos CA por sistemas de controle digital;
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acionamentos elétricos assíncronos ajustáveis baseados em modernos conversores de frequência de pequeno porte permitem solucionar diversos problemas de automação da produção e economia de energia com alto grau de confiabilidade e eficiência. Recomenda-se que esses acionamentos sejam utilizados para ajuste suave da taxa de avanço em máquinas e máquinas para trabalhar madeira;
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servoacionamentos assíncronos têm vantagens indiscutíveis sobre os síncronos em altas potências e torques acima de 29-30 N / m (por exemplo, acionamento de rotação do fuso em máquinas de descascar);
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se for necessária uma alta velocidade (a duração do ciclo automático não excede alguns segundos) e o valor dos torques desenvolvidos for de até 15–20 N / m, servoacionamentos ajustáveis baseados em motores síncronos com diferentes tipos de sensores devem , que permitem ajustar a velocidade de rotação até 6000 rpm sem reduzir o momento;
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Os servo drives de frequência variável baseados em motores síncronos CA permitem a criação de sistemas de posicionamento rápido sem o uso de CNC.
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