Асинхронный двигатель в роботехнике: 7 популярных приводов для роботов

7 популярных приводов для роботов

Привод — это механизм для приведения в действие оборудования по управлению технологическими процессами с использованием электрических, пневматических или гидравлических сигналов. Это важная часть в робототехнике. Приводы, используемые в роботах, влияют на их целесообразность и производительность. Поэтому, в этой статье мы рассмотрим 7 самых распространенных приводов, которыми можно оснастить роботов различного предназначения.

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Начнем с электрических двигателей. Бесщеточный или бесколлекторный — это один из типов приводов, набирающих популярность в робототехнике. Как понятно из названия, такой двигатель не использует щетки для коммутации, а вместо этого он коммутируется за счет электроники. Принцип работы данного привода основан на взаимодействии магнитных полей между электромагнитом и постоянным магнитом. Когда катушка находится под напряжением, противоположные полюса ротора и статора притягиваются друг к другу. Эти актуаторы используются практически в любых роботах.

Достоинства БДП следующие: 

• Быстродействие относительно характеристик вращающего момента;
• Более высокая частота вращения;
• Высокие динамические характеристики;
• Длительный срок службы;
• Бесшумная работа.

Недостатки:

• Сложный и дорогостоящий регулятор скорости;
• Не работает без электроники.

Синхронный привод

Данный двигатель содержит ротор, который синхронно вращается с колеблющимся полем или током. Синхронные приводы имеют множество преимуществ перед другими двигателями. В первую очередь это относится к энергетическим показателям. Данные приводы используются в выпускаемых промышленных роботах со средней грузоподъемностью и числом степеней подвижности от 3 до 6. Точность позиционирования электрического привода достигает значений до ± 0,05 мм. Их применяют как в позиционном, так и в контурном режимах работы.

Преимущества:

• Высокая экономичность;
• Удобство сборки и хорошие регулировочные свойства;
• Очевидна целесообразность применения синхронного привода для механизмов, не требующих регулирования скорости.

Недостатки:

• Применение синхронного двигателя затруднено, если механизмы обладают большими маховыми массами, где необходимо иметь регулируемый или двойной привод;
• Не имеет начального пускового момента. Следовательно, для его пуска необходимо разогнать ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронной.

Асинхронный двигатель

Этот электропривод для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую также выгоден по ряду причин. Сам термин «асинхронный» означает не одновременный. При этом имеется ввиду, что у этих двигателей частота вращения магнитного поля статора всегда больше частоты вращения ротора. Работают асинхронные двигатели от сети переменного тока.

Этот тип двигателя используется в основном для питания ведущих колес автомобиля, поэтому и может найти место в колесной робототехнике. Наличие мощных полупроводников сделало практичным использование более простых асинхронных электродвигателей переменного тока.

Преимущества:

• Простота и надежность из-за отсутствия коллектора;
• Низкая стоимость;
• Значительно низкая масса;
• Меньшие габариты.

Недостатки:

• Могут перегреваться, особенно под нагрузкой;
• Невозможность стабильно держать частоту вращения;
• Относительно небольшой пусковой механизм.

Шаговый двигатель

Шаговый двигатель – привод, в последнее время часто используемый в робототехнике. Основное отличие между ним и всеми остальными типами двигателей состоит в способе вращения. Как известно, перечисленные ранее двигатели вращаются непрерывно. Но шаговые приводы вращаются «шагами». Каждый шаг представляет собой часть полного оборота. Эта часть зависит от механического устройства мотора и от способа управления. 

Использование шаговых двигателей является одним из самых простых, дешевых и легких решений для работы систем точного позиционирования. Поэтому эти двигатели очень часто используются в станках с ЧПУ и роботах.

Преимущества:

• Главное преимущество – точность работы. При подаче потенциалов на обмотки двигатель повернется строго на определенный угол;
• Низкая стоимость;
• Подходит для автоматизации отдельных механизмов и систем, где нет необходимости в высокой динамике.

Недостатки:

• Присутствует проблема «проскальзывания» ротора при повышенной нагрузке на вал;
• Ограничение шагов (максимум 1000 об/мин).

Сервопривод

Это тип электромеханических двигателей, которые не вращаются постоянно, как шаговые, а перемещаются по сигналу в определенное положение и сохраняют его до следующего сигнала. Находят широкое применение в различных секторах робототехники – от самодельных механизмов до сложных андроидов.

В сервоприводах используется механизм обратной связи, позволяющий обрабатывать ошибки и исправлять их в позиционировании. Такая система называется следящей. Если какая-то сила оказывает давление на привод, изменяя его положение, двигатель будет применять силу в противоположном направлении, чтобы исправить возникающую ошибку. Таким образом, достигается высокая точность позиционирования.

Преимущества:

• Более высокая скорость вращения;
• Высокая мощность;
• Позиция механизма всегда на виду и доступна для корректирования.

Недостатки:

• Сложная система подключения и управления;
• Требует квалифицированного обслуживания;
• Высокая стоимость.

Пневматический привод

Двигатель, приводящий в движение механизмы через энергию сжатого воздуха. Основной компонент здесь – компрессор. Сжатый компрессором воздух поступает в пневмолинии, и далее к пневмодвигателю. Благодаря отсутствию вязкой среды, такие двигатели могут работать на большей частоте — скорость вращения пневмомотора может достигать десятков тысяч оборотов в минуту.

Этот тип привода все чаще используется в робототехнике, так как имеет низкую плавность хода и точность срабатывания. Наиболее рационально использовать его для механизмов с двумя состояниями – втягивания и выталкивания или закрывания и открывания.

Преимущества:

• Простота и экономичность;
• Рабочее тело не ограничено заданным объемом и может пополняться в случае утечки;
• Вместо компрессора можно использовать баллон со сжатым газом, что упрощает построение пневматической системы;
• Менее чувствителен к изменениям температуры окружающей среды.

Недостатки:

• Более низкий КПД;
• Высокая стоимость пневматической энергии по сравнению с электрической;
• Нагревание и охлаждение рабочего газа в компрессорах, что может привести к возможности обмерзания систем или наоборот конденсации водяных паров из рабочего газа. 

Гидравлический привод

Если робот должен работать с грузами более 100кг, следует задуматься об использовании гидравлического привода. Этот тип двигателя для приведения в движения исполнительного органа использует жидкость. Принцип работы гидропривода состоит в насосе, который создает давление рабочей жидкости в напорной магистрали, соединенной с гидродвигателем. Двигатель преобразует давление жидкости в механическое. При этом, регуляторы управляют скоростью и направлением движения гидродвигателя.

Эти приводы применяются в основном в промышленной робототехнике. Но есть случаи их использования и в других прототипах, к примеру,  в известном детище DARPA — роботе BigDog.

Преимущества:

• Небольшие размеры и масса;
• Высокая производительность — развивает силу в 25 раз выше, чем пневмопривод аналогичного размера;
• Плавное регулирование силы;
• Рабочая температура — от -50 до +100С.

Недостатки:

• При высоком давлении возможны утечки жидкости;
• Высокая стоимость оборудования и обслуживания;
• Непрерывное потребление энергии;
• Сложно отслеживать точность работы.

Это были самые основные типы приводов, которые наиболее используются в современной робототехнике. 

Векторное управление для асинхронного электродвигателя «на пальцах»

В предыдущей статье «Векторное управление электродвигателем «на пальцах» рассматривалась векторная система управления для синхронных электродвигателей. Статья получилась большой, поэтому вопрос про асинхронные электродвигатели (induction motors) был вынесен в отдельную публикацию. Данная статья является продолжением предыдущей и опирается на приведенные там объяснения принципов работы электродвигателей. Она расскажет об особенностях работы асинхронного двигателя применительно к векторному управлению, а также покажет отличия в структуре векторной системы управления между синхронной и асинхронной машиной.
Как работает асинхронный электродвигатель? Наиболее популярное объяснение говорит что-то типа «статор создает вращающееся магнитное поле, которое наводит ЭДС в роторе, из-за чего там начинают течь токи, в результате ротор увлекается полем статора и начинает вращаться». Лично я от такого объяснения всю физику процесса понимать не начинаю, поэтому давайте объясню по-другому, «на пальцах».

Все же видели видео, как магнит взаимодействует с медным цилиндром? Особенно обратите внимание на диапазон времени с 0:49 до 1:03 – это уже самый настоящий асинхронный двигатель:

Эффект происходит из-за появления в цилиндре вихревых токов. Согласно закону электромагнитной индукции, открытого Майклом Фарадеем, при изменении магнитного потока замкнутого контура в нем возникает ЭДС (по-простому считайте, что напряжение). Эта ЭДС, применительно к медному цилиндру, тут же вызывает появление в цилиндре тока. При этом этот ток тоже создает свой, ответный магнитный поток, направленный ровно в противоположную сторону от изменения потока магнита, который мы подносим:

Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

Это можно понимать так, что замкнутый контур сопротивляется изменению магнитного потока внутри себя. Если вы резко поднесёте магнит к медному цилиндру, т.е. сделаете резкое изменение магнитного потока, то в цилиндре потекут такие ответные токи, что магнитное поле внутри цилиндра в первый момент времени будет равно нулю: магнитное поле поднесенного магнита будет полностью скомпенсировано магнитным полем токов цилиндра (с допущениями, конечно). Если магнит поднести и держать, то токи в цилиндре из-за наличия активного сопротивления меди постепенно спадут, а поле цилиндра, создаваемое его токами, пропадет: магнитный поток постоянного магнита «прорвется» внутрь цилиндра, как будто никакого цилиндра и нет. Но стоит попытаться убрать магнит, как цилиндр отреагирует снова – теперь он будет пытаться сам «воссоздать» внутри себя пропадающий магнитный поток, т.е. будет опять сопротивляться изменению магнитного потока, в данном случае его исчезновению. Но что значит «воссоздать магнитный поток»? Это значит, что на какое-то время медный цилиндр можно считать условно «постоянным магнитом» – в нем циркулирует вихревой ток, создающий магнитное поле (на этом же принципе «висят» сверхпроводники в магнитном поле, но это совсем другая история).

Давайте теперь обратимся к конструкции асинхронного двигателя. Ротор асинхронного двигателя условно можно представлять себе также в виде медного цилиндра. Но в реальных конструкциях это некая решётка в виде «беличьей клетки» (рисунок 1) из меди или алюминия, совмещенная с магнитопроводом (шихтованное железо).

Рисунок 1. Ротор асинхронного двигателя типа «беличья клетка» с током в одной из «рамок» беличьей клетки, реагирующей на нарастание внешнего магнитного поля.

На рисунке схематично показано протекание тока в одной из «рамок», т.е. в некоторых прутьях беличьей клетки, если сверху поднести магнит (создать ток в статоре). На самом деле ток в этом случае протекает во всех прутьях, кроме, условно, верхнего и нижнего, для которых изменения потока нет (но они бы среагировали на горизонтально поднесенный магнит).

Помните ещё из начала прошлой статьи картинку со схематическим изображением двухфазной синхронной машины, где ротором был магнит? Давайте теперь сделаем из неё асинхронный двигатель: вместо магнита поставим две перпендикулярные короткозамкнутые катушки, символизирующие медный цилиндр ротора (рисунок 2).

Рисунок 2. Схематическое изображение двухфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Замена цилиндра на две катушки для пояснения принципа работы (или моделирования) корректна, точно также как корректна замена трехфазной обмотки на двухфазную. Только в этом случае мы заменяем… «бесконечнофазную обмотку» цилиндра (бесконечное число рамок) на две катушки с эквивалентной индуктивностью и сопротивлением. Ведь двумя катушками можно создать точно такой же вектор тока и магнитного потока, как и цилиндром.

А теперь давайте сделаем на короткое время из асинхронной машины синхронную. Подадим в катушку оси β постоянный ток и подождем секунды две-три, пока в роторе перестанут течь ответные токи: «поднесем внешний магнит». То есть дождемся спадания токов в роторе, чтобы магнитное поле статора «пронзило ротор» и никто ему не мешал. Что теперь будет, если выключить ток в статоре? Правильно, на те же две-три секунды, пока ток ротора этому противится, мы из ротора получим «обычный магнит» (рисунок 3).

Рисунок 3. Асинхронный двигатель, когда только что выключили постоянный ток по фазе β – течет ток в роторе i_rd.

Что же мы ждем? Быстрее, пока магнит не пропал, рисуем вдоль него привычную ось d (как в синхронной машине) и перпендикулярную ей ось q, привязанные к ротору. Включаем структуру векторного управления синхронной машиной, подаем ток по оси q, создавая момент, поехали!

Так можно даже действительно сделать несколько оборотов, пока наш сахарный магнит не растаял, а ось d не ушла в небытие. Что же делать? Давайте не будем выключать ток по оси d, подпитывая наш магнит! И опять же сохраним структуру векторного управления синхронной машиной, просто подав задание по оси d (раньше там был ноль). Итак, смотрим на рисунок 4: оси d, q по датчику положения «приделаны» к ротору, двигатель стоит, подан ток по оси d в статоре, что в данном случае для стоячей машины совпадает с осью β. Тока по оси q пока нет: ждем, пока ротор «намагнитится». И вот подаем ток i_sq (s – статор)! Поехали!

Рисунок 4. Подадим ток в ось d, намагнитив машину, подготовив всё для подачи тока в ось q статора.

Далеко ли мы уедем таким методом барона Мюнхгаузена? К сожалению, нет. Смотрите, что произошло (рисунок 5):

Рисунок 5. А магнит-то сполз!

Двигатель начал крутиться, но через некоторое время после того, как мы подали ток в ось q, образовав суммарный ток i_s и «прибив» этот вектор к положению ротора, магнит в роторе «съехал»! И встал ровно вдоль вектора i_s. Ротор же не понимает, где мы нарисовали ему оси d, q… Ему все равно, крутился он или нет. Важно, что его внутренний «наведенный магнит» в конечном счете хочет стать сонаправленным с магнитным потоком статора, «подчиниться» внешнему потоку. Из-за съехавшего магнита двигатель перестанет крутиться: мало того, что между магнитом ротора и током i_q нет желаемых 90 градусов, так еще и ток оси d теперь его тянет в противоположную сторону, компенсируя момент, создаваемый током i_q. Метод барона Мюнхгаузена не удался.

Что же делать с ускользающим магнитом ротора? А давайте сделаем структуру векторного управления асинхронного двигателя не в осях d,q, приделанных к ротору, а в других осях, приделанных именно к текущему положению «магнита ротора» – назовем их оси x,y, чтобы отличать от d,q. По «научному» – это оси, ориентированные по потокосцеплению ротора. Но как же узнать, где конкретно сейчас это потокосцепление ротора, т.е. куда повернут магнит в роторе? Его положение зависит… во-первых, от положения самого ротора (датчик положения у нас есть, хорошо), во-вторых, от токов статора (создающих поток статора, по которому и собирается в конечном счете повернуться магнит ротора), а в-третьих от параметров роторной цепи – индуктивности и сопротивления «медного цилиндра» (он же беличья клетка, он же роторная обмотка, он же цепь ротора). Поэтому… зная всё это, положение «магнита» ротора можно просто вычислять по нескольким дифференциальным уравнениям. Делает это так называемый наблюдатель потокосцепления ротора, выделенный цветом на итоговой структурной схеме векторного управления асинхронным двигателем (рисунок 6).

Рисунок 6. Векторная датчиковая структура управления асинхронным двигателем

В наблюдатель заводятся показания с датчика положения ротора, а также текущие токи статора в осях α, β. На выходе наблюдателя – положение «магнита» ротора, а именно угол наблюдаемого потокосцепления ротора . В остальном структура полностью аналогична таковой для синхронной машины, только оси d,q переименованы в x,y, а на ось x подано задание тока, который будет поддерживать наш «магнит» в роторе. Также на многих обозначениях добавлен индекс “s”, чтобы показать, что данная величина имеет отношение к статору, а не к ротору. Также надо отметить, что в западной литературе не используют оси x,y: у них ось d всегда направлена по полю ротора, что для асинхронного двигателя, что для синхронного. Наши ученые еще в советское время разделили оси d,q и x,y, чтобы исключить путаницу: d,q прикреплены к ротору, а x,y к полю ротора.

Что же получается? Магнит ротора всё время скользит, сползает от текущего положения на роторе в сторону тока оси y. Чем больше этот ток, тем сильнее скольжение. Наблюдатель в реальном времени вычисляет положение этого магнита и «подкручивает» оси x,y всё время вперед по отношению к осям d,q (положению ротора). Ось x всегда соответствует текущему положению потокосцепления в роторе – положению «магнита». Т.е. оси x,y бегут всегда (в двигательном режиме) немного быстрее вращения ротора, компенсируя скольжение в нем. Токи в роторе, если их измерить или промоделировать, получаются синусоидальными. Только изменяются они не с частотой статорных токов, а с частотой этого скольжения, т.е. очень медленно. Если в статоре промышленного асинхронника 50Гц, то при работе под нагрузкой частота тока в роторе – единицы герц. Вот, собственно, и весь секрет векторного управления для асинхронного двигателя.

Чем векторное управление асинхронным двигателем лучше, чем скалярное? Скалярное управление это такое, когда к двигателю прикладывается напряжение заданной частоты и амплитуды – например, 380В 50Гц. И от нагрузки на роторе оно не зависит – никаких регуляторов токов, векторов… Просто задается частота напряжения и его амплитуда – скалярные величины, а токи и потоки в двигателе пусть сами себе удобное место находят, как хотят. В установившемся режиме работы двигателя векторное управление неотличимо от скалярного – векторное точно также будет прикладывать при номинальной нагрузке те же, скажем, 380В, 50Гц. Но в переходных режимах… если нужно быстро запустить двигатель с заданным моментом, если нужно отрабатывать диаграмму движения, если есть импульсная нагрузка, если нужно сделать генераторный режим с определенным уровнем мощности – всё это скалярное управление или не может сделать, или делает это с отвратительными, медленными переходными процессами, которые могут к тому же «выбить защиту» преобразователя частоты по превышению тока или напряжения звена постоянного тока (двигатель колеблется и может запрыгивать в генераторный режим, к которому преобразователь частоты не всегда приспособлен).

В векторной же структуре «всё под контролем». Момент вы задаете сами, поток тоже. Можно ограничить их на нужном уровне, чтобы не превысить уставок защиты. Можно контролируемо форсировать токи, если кратковременно нужно сделать в несколько раз больший момент. Можно регулировать не только момент двигателя, но и поток (ток оси x): если нагрузка на двигателе мала, то нет никакого смысла держать полный поток в роторе (делать магнит «номинального режима») – можно ослабить его, уменьшив потери. Можно стабилизировать скорость регулятором скорости с высокой точностью и быстродействием. Можно использовать асинхронный привод в качестве тягового (в транспорте), задавая требуемый момент тяги. В общем, для сложных применений с динамичной работой двигателя векторное управление асинхронным двигателем незаменимо.

Также есть отличительные особенности векторного управления асинхронного двигателя от синхронного. Первая – это датчик положения. Если для синхронного привода нам нужно знать абсолютное положение ротора, чтобы понять, где магнит, то в асинхронном приводе этого не требуется. Ротор не имеет какой-то выраженной полюсной структуры, «магнит» в нем постоянно скользит, а если посмотреть в формулы наблюдателя потокосцепления ротора, то там не требуется знания положения: в формулы входит только частота вращения ротора (на самом деле есть разные формулы, но в общем случае так). Поэтому на датчике можно сэкономить: достаточно обычного инкрементального энкодера для отслеживания частоты вращения (или даже тахогенератора), абсолютные датчики положения не требуются. Вторая особенность – управление потоком в асинхронном электродвигателе. В синхронной машине с постоянными магнитами поток не регулируется, что ограничивает максимальную частоту вращения двигателя: перестает хватать напряжения на инверторе. В асинхронном двигателе, когда это случается… просто уменьшаете задание по оси x и едете дальше! Максимальная частота не ограничена! Да, от этого будет снижаться момент двигателя, но, главное, ехать «вверх» можно, в отличие от синхронной машины (по-правде там тоже можно, но недалеко, не для всех двигателей и с кучей проблем).

Точно также существуют бездатчиковые алгоритмы векторного управления асинхронным двигателем, которые оценивают угол потокосцепления ротора не используя сигнал датчика положения (или скорости) вала ротора. Точно также, как и для синхронных машин, в работе таких систем есть проблемы на низкой частоте вращения ротора, где ЭДС двигателя мала.

Также следует сказать пару слов о роторе. Если для промышленных асинхронных двигателей его удешевляют, используя алюминиевую беличью клетку, то в тяге, где массогабаритные показатели важнее, наоборот, могут использовать медный цилиндр. Так, во всеми любимом электромобиле Tesla стоит именно асинхронный электродвигатель с медным ротором (рисунок 7)

Рисунок 7. Ротор асинхронного электродвигателя Tesla Model S в стальной обшивке (фото из разных источников за разные годы)

Вот, собственно, и всё, что я хотел сказать про асинхронный двигатель. В данной обзорной статье не рассмотрены многие тонкости, такие как регулятор потока ротора, возможное построение векторной структуры в других осях координат, математика наблюдателя потокосцепления ротора и многое другое. Как и в конце прошлой статьи, за дальнейшими подробностями отсылаю читателя к современным книгам по приводу, например к «Анучин А. С. Системы управления электроприводов. МЭИ, 2015».

На каком микроконтроллере можно сделать полноценное векторное управление, читайте, например, в статье «Новый отечественный motor-control микроконтроллер К1921ВК01Т ОАО «НИИЭТ», а как это отлаживать в статье «Способы отладки ПО микроконтроллеров в электроприводе». Также наша фирма ООО «НПФ Вектор» предлагает разработку на заказ систем управления электродвигателями и другим электрооборудованием, примеры выполненных проектов можно посмотреть на нашем сайте.

P.S.

У специалистов прошу прощения за не совсем корректное обращение с некоторыми терминами, в частности с терминами «поток», «потокосцепление», «магнитное поле» и другими – простота требует жертв…

Что следует учитывать при выборе асинхронного электродвигателя

При выборе асинхронных электродвигателей переменного тока часто не учитываются требования к конструкции, которые связаны с их применением в составе того или иного оборудования. Также обычно имеет место подход, основанный на универсальности электродвигателя, и тогда выбор зависит только от его напряжения, мощности и скорости вращения ротора. Тем не менее есть еще целый ряд дополнительных аспектов для рассмотрения, таких как диапазон напряжения питания, сохранение номинальной мощности при изменении скорости вращения и область применения. Все это в итоге сводится к решению следующих вопросов: какова цель применения электродвигателя, как сделать все быстрее и эффективнее?

Базовые принципы выбора электродвигателя

Отправными точками для выбора асинхронного двигателя являются напряжение питания обмоток статора, создающего магнитное поле, а также номинальная мощность и скорость вращения ротора, которые соответствуют требованиям конкретного применения. Еще один, не менее важный момент — это необходимый вариант установки двигателя в приводе. Должен ли двигатель иметь крепление на основании, или он будет помещен на фланец на конце привода, или же должен предоставлять обе возможности? Кроме того, необходимо учитывать характеристики окружающей среды, в которой будет эксплуатироваться двигатель. При этом для выбора двигателя необходимо знать, потребуется ли ему работать под дождем и имеется ли вообще риск попадания на него воды, а также оценить уровень загрязнения и наличия пыли. Для эксплуатации в жестких условиях хорошо подходят электродвигатели закрытого типа с вентиляторным охлаждением (англ. totally enclosed fan cooled, TEFC) или электродвигатели закрытого типа без охлаждения (англ. totally enclosed non-vented, TENV). Если среда, в которой будет использоваться двигатель, не загрязнена и он будет эксплуатироваться без риска попадания на него воды, то в этом случае может быть достаточно применения каплезащищенного электродвигателя открытого исполнения (англ. open drip proof, ODP).

Выбор инвертора

Благодаря усилиям лоббистов местных энергетических компаний в сочетании с преимуществами, получаемыми при возможности регулирования скорости вращения ротора двигателей, все более распространенными становятся частотно-регулируемые приводы (ЧРП, англ. variable frequency drive, VFD). При их использовании особое внимание следует уделять генерации электромагнитных помех, которая характерна для таких приводов исходя из самой их природы. Для того чтобы электродвигатель мог использоваться с ЧРП, необходимо учитывать несколько технических особенностей, которым должен удовлетворять подходящий по остальным характеристикам электродвигатель. Среди них можно выделить две главные:

Максимально допустимое напряжение изоляции обмоточных проводов статора электродвигателя.

Электрическая прочность изоляции провода, из которого выполнена обмотка статора асинхронного электродвигателя, находится в пределах 1000–1600 В, но, как правило, в документации указывается значение прочности изоляции, равное 1200 В. Однако чем больше воздушный зазор между приводом и двигателем, тем, естественно, бо́льшим скачкам переходного напряжения, воздействующим на двигатель, он может противостоять. Электродвигатель, в котором для обмотки статора используется провод с электрической прочностью изоляции провода, равной 1600 В, может иметь ссылку на стандарт Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA, США) NEMA MG-1 2003, раздел 4, параграф 31, в котором говорится, что двигатель должен выдерживать без повреждений начальное напряжение коронного разряда (англ. corona inception voltage, CIV) уровнем до 1600 В.

Коэффициент сохранения постоянного крутящего момента (CT) двигателя, часто упоминается как «xx: 1 CT».

Этот показатель дает представление о диапазоне регулирования скорости. По нему можно узнать, насколько может быть снижена скорость вращения ротора двигателя, при которой он будет работать с сохранением того же крутящего момента (англ. CT — constant torque, постоянный крутящий момент), что и при номинальной скорости. Ниже этого значения крутящего момента производительность асинхронного электродвигателя снижается.

Например, возьмем электродвигатель мощностью 10 л. с. с начальной скоростью 1800 об/мин. При номинальной скорости (около 1800 об/мин), как указано, он имеет крутящий момент 29 фунтов на фут. Если в спецификации на электродвигатель написано, что коэффициент сохранения номинальной мощности составляет 10:1 CT, это означает, что такой электродвигатель может обеспечить номинальный крутящий момент до скорости 180 об/мин. Если же указано, что электродвигатель имеет коэффициент сохранения номинальной мощности 1000:1 CT, то имеется в виду, что крутящий момент сможет сохранять номинальное значение до скорости 1,8 об/мин.

При этом необходимо учитывать еще один нюанс, который связан с охлаждением электродвигателя. Нужно обязательно уточнить у поставщика, будет ли электродвигатель перегреваться при длительной работе на малых оборотах. Дело в том, что если двигатель охлаждается за счет крыльчатки, закрепленной на его валу, то на малых скоростях вы столкнетесь с низкой скоростью охлаждающего двигатель потока воздуха. Если асинхронный электродвигатель работает на низкой скорости и в течение длительного времени используется с большим крутящим моментом, то он будет выделять много тепла — при таких условиях, возможно, придется остановить свой выбор на двигателе с иным методом охлаждения.

Например, для организации принудительного охлаждения можно применить воздуходувное устройство, имеющее собственный, отдельно управляемый двигатель. Производительность такого устройства не связана с системой управления электропривода. В этом случае воздушный поток, который обдувает мощный электродвигатель, будет постоянным и достаточным для его охлаждения при низкой или даже при нулевой скорости.

Связь мощности и крутящего момента

При выборе асинхронного электродвигателя еще одним важным аспектом является номинальная, или основная, скорость двигателя. Обычно используются двухполюсные (3600 об/мин) и четырехполюсные (1800 об/мин) электродвигатели. Однако имеются и коммерчески доступные 6-, 8- и 12-полюсные асинхронные электродвигатели со скоростью вращения ротора 1200, 900
и 600 об/мин соответственно. Номинальная скорость асинхронного электродвигателя напрямую связана с числом полюсов, которые такой двигатель конструктивно содержит (табл.), и определяется по следующей формуле:

Об/мин = (120 × частота) / N (число полюсов)

В качестве примечания необходимо отметить, что, хотя прямой связи здесь нет, но, как правило, с увеличением количества полюсов возрастают и размеры, а также стоимость электропривода.

Кроме того, пользователям электроприводов, в зависимости от области применения данных устройств, может понадобиться обеспечить необходимый крутящий момент путем изменения скорости. В целом по мере увеличения скорости двигателя крутящий момент уменьшается, что также относится к редукторам и цепным приводам. Это соотношение объясняется следующим уравнением:

мощность (л. с.) = (крутящий момент × × номинальная скорость) / 5252

Крутящий момент, в соответствии с заданной целью, может быть достигнут путем выбора электродвигателя с необходимой мощностью и номинальной скоростью и реализован через любую цепную, ременную передачу или редуктор. Такой подход снижает стоимость привода, его габаритные размеры и время, уходящее на замену его подвижных заменяемых частей в ходе выполнения ремонта или технического обслуживания.

Примечание. Как правило, увеличение числа полюсов приводит к увеличению габаритов, а следовательно, и к повышению стоимости привода на основе асинхронного электродвигателя

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: конструкция, принцип работы

Учитывая то, что электроснабжение традиционно осуществляется путём доставки потребителям переменного тока, понятно стремление к созданию электромашин, работающих на поставляемой электроэнергии. В частности, переменный ток активно используется в асинхронных электродвигателях, нашедших широкое применение во многих областях деятельности человека. Особого внимания заслуживает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который в силу ряда причин занял прочные позиции в применении.

Секрет такой популярности состоит, прежде всего, в простоте конструкции и дешевизне его изготовления. У электромоторов на короткозамкнутых роторах есть и другие преимущества, о которых вы узнаете из данной статьи. А для начала рассмотрим конструктивные особенности этого типа электрических двигателей.

Конструкция

В каждом электромоторе есть две важных рабочих детали: ротор и статор. Они заключены в защитный кожух. Для охлаждения проводников обмотки на валу ротора установлен вентилятор. Это общий принцип строения всех типов электродвигателей.

Конструкции статоров рассматриваемых электродвигателей ничем не отличаются от строения этих деталей в других типах электромоторов, работающих в сетях переменного тока. Сердечники статора, предназначенного для работы при трехфазном напряжении, располагаются по кругу под углом 120º. На них устанавливаются обмотки из изолированной медной проволоки определённого сечения, которые соединяются треугольником или звездой. Конструкция магнитопровода статора жёстко крепится на стенках цилиндрического корпуса.

Строение электродвигателя понятно из рисунка 1. Обратите внимание на конструкцию обмоток без сердечника в короткозамкнутом роторе.

Рис. 1. Строение асинхронного двигателя с КЗ Ротором

Немного по-другому устроен ротор. Конструкция его обмотки очень похожа на беличью клетку. Она состоит из алюминиевых стержней, концы которых замыкают короткозамыкающие кольца. В двигателях большой мощности в качестве короткозамкнутых обмоток ротора можно увидеть применение медных стержней. У этого металла низкое удельное сопротивление, но он дороже алюминия. К тому же медь быстрее плавится, а это не желательно, так как вихревые токи могут сильно нагревать сердечник.

Конструктивно стержни расположены поверх сердечников ротора, которые состоят из трансформаторной стали. При изготовлении роторов сердечники монтируют на валу, а проводники обмотки впрессовывают (заливают) в пазы магнитопровода. При этом нет необходимости в изоляции пазов сердечника. На рисунке 2 показано фото ротора с КЗ обмотками.

Рис. 2. Ротор асинхронного двигателя с КЗ обмотками

Пластины магнитопроводов таких роторов не требуют лаковой изоляции поверхностей. Они очень просты в изготовлении, что удешевляет себестоимость асинхронных электродвигателей, доля которых составляет до 90% от общего числа электромоторов.

Ротор асинхронно вращается внутри статора. Между этими деталями устанавливаются минимальные расстояния в виде воздушных зазоров. Оптимальный зазор находится в пределах от 0,5 мм до 2 мм.

В зависимости от количества используемых фаз асинхронные электродвигатели можно разделить на три типа:

Они отличаются количеством и расположением обмоток статора. Модели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью работы при номинальной нагрузке. У них лучшие пусковые характеристики. Зачастую такие электродвигатели используют простую схему пуска.

Двухфазные двигатели имеют две перпендикулярно расположенных обмотки статора, на каждую из которых поступает переменный ток. Их часто используют в однофазных сетях – одну обмотку подключают напрямую к фазе, а для питания второй применяют фазосдвигающий конденсатор. Без этой детали вращение вала асинхронного электродвигателя самостоятельно не начнётся. В связи с тем, что конденсатор является неотъемлемой частью двухфазного электромотора, такие двигатели ещё называют конденсаторными.

В конструкции однофазного электродвигателя используют только одну рабочую обмотку. Для запуска вращения ротора применяют пусковую катушку индуктивности, которую через конденсатор кратковременно подключают к сети, либо замыкают накоротко. Эти маломощные моторчики используются в качестве электрических приводов некоторых бытовых приборов.

Принцип работы

Функционирование асинхронного двигателя осуществляется на основе свойства трёхфазного тока, способного создавать в обмотках статора вращающее магнитное поле. В рассматриваемых электродвигателях синхронная частота вращения электромагнитного поля связана прямо пропорциональной зависимостью с собственной частотой переменного тока.

Существует обратно пропорциональная зависимость частоты вращения от количества пар полюсов в обмотках статора. Учитывая то, что сдвиг фаз составляет 60º, зависимость частоты вращения ротора (в об/мин.) можно выразить формулой:

n₁ = (f₁*60) / p, где n₁ – синхронная частота,  f₁ – частота переменного тока, а p – количество пар полюсов.

В результате действия магнитной индукции на сердечник ротора, в нём возникнет ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает появление электрического тока в замкнутом проводнике. Возникнет сила Ампера, под действием которой замкнутый контур начнёт вращение вдогонку за магнитным полем. В номинальном режиме работы частота вращения ротора немного отстаёт от скорости вращения создаваемого в статоре магнитного поля. При совпадении частот происходит прекращение магнитного потока, ток исчезает в обмотках ротора, вследствие чего прекращается действие силы. Как только скорость вращения вала отстанет, переменными токами магнитных полей, возобновляется действие амперовой силы.

Разницу частот вращения магнитных полей называют частотой скольжения: n_s=n₁–n₂, а относительную величину s, характеризующую отставание, называют скольжением.

s = 100% * ( n_s / n₁) = 100% * (n₁ — n₂) / n_{1 ,} где n_s – частота скольжения; n_1, n₂ – частоты вращений статорных и роторных магнитных полей соответственно.

С целью уменьшения гармоник ЭДС и сглаживания пульсаций момента силы, стержни короткозамкнутых витков немного скашивают. Взгляните ещё раз на рис. 2 и обратите внимание на расположение стержней, выполняющих роль обмоток ротора, относительно оси вращения.

Скольжение зависит от того, какую механическую нагрузку приложено к валу двигателя. В асинхронных электромоторах изменение параметров скольжения происходит в диапазоне от 0 до 1. Причём в режиме холостого хода набравший обороты ротор почти не испытывает активного сопротивления. S приближается к нулю.

Увеличение нагрузки способствует увеличению скольжения, которое может достигнуть единицы, в момент остановки двигателя из-за перегрузки. Такое состояние равносильно режиму короткого замыкания и может вывести устройство из строя.

Относительная величина отставания соответствующая номинальной нагрузке электрической машины называется номинальным скольжением. Для маломощных электромоторов и двигателей средней мощности этот показатель изменяется в небольших пределах – от 8% до 2%. При неподвижности ротора электродвигателя скольжение стремится к 0, а при работе на холостом ходу оно приближается к 100%.

Во время запуска электромотора его обмотки испытывают нагрузку, что приводит к резкому увеличению пусковых токов. При достижении номинальных мощностей электрические двигатели с короткозамкнутыми витками самостоятельно восстанавливают номинальную частоту ротора.

Обратите внимание на кривую крутящего момента скольжения, изображённую на рис. 3.

Рис. 3. Кривая крутящего момента скольжения

При увеличении крутящего момента коэффициент s изменяется от 1 до 0 (см. отрезок «моторная область»). Возрастает также скорость вращения вала. Если скорость вращения вала превысит номинальную частоту, то крутящий момент станет отрицательным, а двигатель перейдёт в режим генерации (отрезок «генерирующая область»). В таком режиме ротор будет испытывать магнитное сопротивление, что приведёт к торможению мотора. Колебательный процесс будет повторяться, пока не стабилизируется крутящий момент, а скольжение не приблизится к номинальному значению.

Преимущества и недостатки

Повсеместное использование асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

• стабильностью работы на оптимальных нагрузках;
• высокой надёжностью в эксплуатации;
• низкие эксплуатационные затраты;
• долговечностью функционирования без обслуживания;
• сравнительно высокими показателями КПД;
• невысокой стоимостью, по сравнению с моделями на основе фазных роторов и с другими типами электромоторов.

Из недостатков можно отметить:

• высокие пусковые токи;
• чувствительность к перепадам напряжений;
• низкие коэффициенты скольжений;
• необходимость в применении устройств, таких как преобразователи частоты, пусковые реостаты и др., для улучшения характеристик электромотора;
• ЭД с короткозамкнутым ротором нуждаются в дополнительных коммутационных управляющих устройствах, в случаях, когда возникает необходимость регулировать скорость.

Электродвигатели данного типа имеют приличную механическую характеристику. Несмотря на недостатки, они лидируют по показателям их применения.

Основные технические характеристики

В зависимости от класса электродвигателя, его технические характеристики меняются. В рамках данной статьи не ставится задача приведения параметров всех существующих классов двигателей. Мы остановимся на описании основных технических характеристик для электромоторов классов 56 А2 – 80 В2.

В этом небольшом промежутке на линейке моделей эелектромоторов с короткозамкнутыми роторами можно отметить следующее:

Мощность составляет от 0,18 кВт (класс 56 А2) до 2,2 кВт (класс 80 В2).

Ток при максимальном напряжении – от 0,55 А до 5А.

КПД от 66% до 83%.

Частота вращения вала для всех моделей из указанного промежутка составляет 3000 об./мин.

Технические характеристики конкретного двигателя указаны в его паспорте.

Подключение

Статорные обмотки трёхфазного АДКР можно подключать по схеме «треугольник» либо «звезда». При этом для звёздочки требуется напряжение выше, чем для треугольника.

Обратите внимание на то, что электродвигатель, подключенный разными способами к одной и той же сети, потребляет разную мощность. Поэтому нельзя подключать электромотор, рассчитанный на схему «звезда» по принципу треугольника. Но с целью уменьшения пусковых токов можно коммутировать на время пуска контакты звезды в треугольник, но тогда уменьшится и пусковой момент.

Схемы включения понятны из рисунка 4.

Рис. 4. Схемы подключения

Для подключения трёхфазного электрического двигателя к однофазному току применяют фазосдвигающие элементы: конденсаторы, резисторы. Примеры таких подключений смотрите на рисунке 5. Можно использовать как звезду, так и треугольник.

Рис. 5. Примеры схем подключений в однофазную сеть

С целью управления работой двигателя в электрическую цепь статора подключаются дополнительные устройства.

Принцип работы электродвигателя. Простыми словами о сложном

Принцип работы электродвигателя основывается на эффекте обнаруженном Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита, может возникнуть непрерывное вращение.

   Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положение, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.  На рисунке выше это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

Простыми словами о сложном

На самом деле там векторное произведение, дифференциалы и т.п. но это детали, а у нас упрощённый случай. И так…

   Рис. 1 Основа работы электрического двигателя

Направление силы ампера определяется правилом левой руки.

   Рис. 2  Правило левой руки

Мысленно ставим левую ладонь на верхний рисунок и получаем направление сил Ампера. Она типа растягивают рамку с током в том положении как нарисовано на рис.1. И никуда вертеться тут ничего не будет, рамка в равновесии, устойчивом.

А если рамка с током повернута по-другому, то вот что будет:

   Рис. 3  Рамка

Здесь уже равновесия нет, сила Ампера разворачивает противоположные стенки так, что рамка начинает вращаться. Появляется механическое вращение. Это основа электрического двигателя, самая суть, дальше только детали.

Далее.

Теперь что будет делать рамка с током на рис.3?. Если система идеальная, без трения, то очевидно будут колебания. Если трение присутствует, то колебания постепенно затухнут, рамка с током стабилизируется и станет как на рис.1.

Но нам нужно постоянное вращение и достичь его можно двумя принципиально разными способами и отсюда и возникает разница между двигателями постоянного и переменного трёхфазного тока.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Способ 1. Смена направления тока в рамке.

Этот способ используется в двигателях постоянного тока и его потомках.

Наблюдаем за картинками. Пусть наш двигатель обесточен и рамка с током ориентирована как-то хаотично, вот так например:

   Рис. 4.1 Случайно расположенная рамка

На случайно расположенную рамку действует сила Ампера и она начинает вращаться.

   Рис. 4.2

В процессе движения рамка достигает угла 90°. Момент (момент пары сил или вращательный момент) максимальный.

   Рис. 4.3

И вот рамка достигает положения, когда момента вращения нет. И если сейчас не отключить ток, то сила Ампера будет уже тормозить рамку и в конце полуоборота рамка остановится и начнёт вращение в противоположном направлении. Но нам ведь этого не надо.

Поэтому мы на рис.3 делаем хитрый ход – меняем направление тока в рамке.

   Рис. 4.4

И вот после пересечения этого положения, рамка с поменянным направлением тока уже не тормозится, а снова разгоняется.

   Рис. 4.5

А когда рамка подходит к следующему положению равновесия, мы меняем ток ещё раз.

   Рис. 4.6

И рамка опять продолжает ускоряться куда нам надо.

Вот так и получается постоянное вращение. Красиво? Красиво. Нужно только менять направление тока два раза за оборот и всего делов.

А делает это, т.е. обеспечивает смену тока специальный узел – щёточно-коллекторный узел. Принципиально он устроен так:

   Рис. 5

Рисунок понятен и без пояснений. Рамка трётся то об один контакт, то об другой и так вот ток и меняется.

Очень важная особенность щёточно-коллекторного узла – его малый ресурс. Из-за трения. Например, вот движок ДПР-52-Н1 – минимальная наработка 1000 часов. В то же время срок службы современных бесколлекторных двигателей более 10000 часов, а двигателей переменного тока (там тоже нет ЩКУ) более 40000 часов.

Принцип работы электродвигателя переменного тока

Способ 2. Вращается магнитный поток, т.е. магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле получают с помощью переменного трёхфазного тока. Вот есть статор.

   Рис. 6  Статор электродвигателя

А есть значит 3 фазы переменного тока.

   Рис. 7

Между ними как видно на Рис. 7 120 градусов, электрических градусов.

Эти три фазы укладывают в статор специальным образом, чтобы они геометрически были повернуты друг к дружке на 120°.

   Рис. 8

И тогда при подаче трёхфазного питания получается само собой за счёт складывания магнитных потоков от трёх обмоток вращающееся магнитное поле.

   Рис. 9  Вращающееся магнитное поле

Далее вращающееся магнитное поле влияет силой Ампера на нашу рамку и она вращается.

Но здесь есть тоже различия, два разных способа.

Способ 2а. Рамка запитывается (синхронный двигатель).

Подаём значит на рамку напряжение (постоянное), рамка выставляется по магнитному полю. Помните рис.1 из самого начала? Вот так рамка и становится.

   Рис. 10  (Рис.1)

Но поле магнитное у нас тут вращается, а не просто так висит. Рамка чего будет делать? Тоже будет вращаться, следуя за магнитным полем.

Они (рамка и поле) вращаются с одинаковой частотой, или синхронно, поэтому такие двигатели называются синхронными двигателями.

Способ 2б. Рамка не запитывается (асинхронный двигатель).

Фишка в том, что рамка не запитывается, совсем не запитывается. Просто проволока такая замкнутая.

Когда мы начинаем вращать магнитное поле, по законам электромагнетизма в рамке наводится ток. От этого тока и магнитного поля получается сила Ампера. Но сила Ампера будет возникать только если рамка движется относительно магнитного поля (известная история с опытами Ампера и его походами в соседнюю комнату).

Так что рамка всегда будет отставать от магнитного поля. А то, если она его вдруг почему-то догонит, то пропадёт наводка от поля, пропадёт ток, пропадёт сила Ампера и всё вообще пропадёт. То есть, в асинхронном двигателе рамка всегда отстаёт от поля и частота у них значит разная, то есть вращаются они асинхронно, поэтому и двигатель называется асинхронным.

Смотрите также по этой теме:

   Как работает электродвигатель. Преимущества и недостатки разных видов.

   Асинхронный двигатель. Устройство и принцип работы.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Асинхронный электродвигатель: устройство и принцип работы

Самым эффективным устройством, превращающим электрическую энергию в механическую, является асинхронный двигатель, изобретенный инженером Доливо-Добровольским в конце 19 века. Учитывая возрастающий интерес современников к разработке и сборке станков, самодвижущихся аппаратов и прочих механизмов, мы постараемся объяснить, как работает асинхронный электродвигатель, чтобы вы могли понять принцип его действия и результативно его использовать.

Устройство асинхронного электродвигателя

В его конструкцию входят следующие элементы:

• Статор цилиндрической формы, собранный из стальных листов. Сердечник статора имеет пазы, в которые уложены обмотки. Их оси сдвинуты на 120 градусов по отношению друг к другу.
• Ротор (короткозамкнутый или фазный). Первый вариант представляет собой сердечник с алюминиевыми стержнями, накоротко замкнутыми торцевыми кольцами (беличья клетка). Второй вариант состоит из трехфазной обмотки, чаще всего соединенной «звездой».
• Конструктивные детали – вал, подшипники, лапы, подшипниковые щиты, крыльчатка и кожух вентилятора, коробка выводов — обеспечивающие вращение, охлаждение и защиту механизма.

Схему асинхронного двигателя с указанием его деталей легко найти в интернете или в пособиях.

Принцип работы асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного электродвигателя заложен в его названии (не синхронный). То есть статор и ротор при включении создают вращающиеся с разной частотой магнитные поля. При этом частота вращения магнитного поля ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора.

Чтобы более наглядно представить себе этот процесс, возьмите постоянный магнит и покрутите его вокруг своей оси возле медного диска. Диск с небольшим отставанием начнет вращаться вслед за магнитом. Дело в том, что при вращении магнита в структуре диска возбуждаются токи Фуко (индукционные токи), движущиеся по замкнутому кругу. По сути они являются токами короткого замыкания, разогревающими металл. В диске «зарождается» собственное магнитное поле, в дальнейшем взаимодействующее с полем магнита.

В асинхронном двигателе для получения вращающегося поля используются обмотки статора. Магнитный поток, образованный ими, создает ЭДС в проводниках ротора. При взаимодействии магнитного поля статора и индуцируемого тока в обмотке ротора создается электромагнитная сила, приводящая во вращение вал электродвигателя.

Пошагово процесс выглядит следующим образом:

1. При запуске двигателя магнитное поле статора пересекается с контуром ротора и индуцирует электродвижущую силу.
2. В накоротко замкнутом роторе возникает переменный ток.
3. Два магнитных поля (статора и ротора) создают крутящий момент.
4. Крутящийся ротор пытается «догнать» поле статора.
5. В тот момент, когда частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадут, электромагнитные процессы в роторе затухают и крутящий момент становится равным нулю.
6. Магнитное поле статора возбуждает контур ротора, который к этому моменту снова отстает.

То есть ротор всегда медленнее магнитного поля статора, что и обеспечивает асинхронность.

Поскольку ток в роторе индуцируется бесконтактно, отпадает необходимость установки скользящих контактов, что делает асинхронные двигатели более надежными и эффективными. Изменяя направление тока в одной из обмоток (для этого нужно поменять фазы на клеммах), вы можете «заставить» мотор вращаться в ту или другую сторону.

Направление электромагнитной силы легко определить, вспомнив школьный курс физики и воспользовавшись «правилом левой руки».

На частоту вращения магнитного поля статора влияет частота питающей сети и число пар полюсов. Поскольку число пар полюсов зависит от типа двигателя и остается неизменным, то, если вы хотите изменить частоту вращения поля, необходимо изменить частоту питающей сети с помощью преобразователя.

Преимущества асинхронных двигателей

Благодаря тому, что устройство и принцип работы асинхронного электродвигателя достаточно просты, он обладает массой преимуществ и широко применяется во всех сферах народного хозяйства и в быту. Двигатели этого типа характеризуются:

• Надежностью и долговечностью. Отсутствие контакта между подвижными и неподвижными деталями сводит к минимуму возможность износа и поломок.
• Низкой стоимостью. Они доступны (не зря 90% от всех выпускающихся в мире двигателей именно асинхронные).
• Простотой эксплуатации. Для того чтобы использовать их, не обязательно иметь специальные знания и навыки.
• Универсальностью. Их можно установить практически на любое оборудование.

Изобретение асинхронного электродвигателя было значимым вкладом в развитие науки, промышленности и сельского хозяйства. С ним наша жизнь стала более комфортной.

Новый прорыв в создании двигателей для электромобилей

В связи с популярностью и экологичностью электромобилей, электроскутеров, промышленных квадрокоптеров и других электрических машин рынок электродвигателей в двадцать первом веке быстро растет. На конец 2019 года только на внутреннем рынке Китая насчитывается больше 400 производителей электромобилей. На рынок приходят новые технологии производства электродвигателей и аккумуляторных батарей – такой прорыв делает электротранспорт всё более доступным.

Класcика

Казалось бы, что можно придумать новое, отличное от существующего? Ведь работа современного электродвигателя основана на известном принципе электромагнитной индукции, в основе которого лежит получение электродвижущей силы в замкнутом контуре с изменением магнитного потока. Традиционно агрегат состоит из недвижимого элемента – статора, и вращающегося – ротора. Статор имеет ряд обмоток, на которые поступает электрический ток, что приводит к появлению магнитного поля, за счет которого и вращается ротор. Скоростные показатели ротора определяются частотой, с которой происходит переключение тока с одной обмотки статора на другую. Технология не нова, однако современные достижения науки и техники позволили развить ее до невероятных высот

Анализ существующих отечественных и зарубежных разработок

Анализ существующих отечественных и зарубежных разработок показал, что практическое применение в электромобилях получили электроприводы следующих типов: вентильные электродвигатели, асинхронные частотно-управляемые, электродвигатели постоянного тока с независимым возбуждением и электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. Сопоставление достоинств и недостатков этих двигателей с учетом эксплуатационных требований дает следующие результаты. Наиболее высокий КПД имеют вентильные электродвигатели. КПД электродвигателей постоянного тока и асинхронных электродвигателей примерно равны, однако в последнее время асинхронные частотно-управляемые двигатели, имеющие электрические машины с малым скольжением и более точное электронное управление на основе специализированных быстродействующих микроконтроллеров с набором соответствующих датчиков (векторное управление), достигают КПД, сравнимый с КПД вентильных электродвигателей.

Что имеем

На сегодняшний день наиболее популярным из существующих электродвигателей для электромобилей остается асинхронный двигатель, созданный ещё в XIX веке. Его конструкция оказалась гениально простой и настолько удачной, что все дальнейшие преобразования не касались принципа действия, затрагивая лишь технологию изготовления тех или иных деталей. Например, модифицироваться могли подшипники, на которых крепился вал двигателя, менялась форма обмоток ротора и статора, однако принцип работы асинхронного двигателя оставался прежним.

К преимуществам двигателей такого типа относятся простота обслуживания и отсутствие подвижных контактов. Здесь нет щеток и контактных колец, питание подается только на неподвижную трехфазную обмотку статора, что и делает этот двигатель весьма удобным для самых разных сфер применения, практически универсальным. Такой двигатель прост в изготовлении и сравнительно дешев, затраты при эксплуатации минимальны, а надежность высока.

Если говорить о недостатках асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, то их несколько. При включении двигателя в сеть пусковой ток довольно велик, при этом пусковой момент значительно меньше номинального. В основном этот недостаток как и проблема регулировки оборотов, преодолевается применением частотного преобразователя, позволяющего плавно повышать обороты, и таким образом обеспечить достаточно высокий пусковой момент. Это достигается тем, что скорость вращения такого электродвигателя зависит от частоты переменного тока, т. е. изменив частоту тока, можно изменить скорость вращения ведущих колёс, что позволяет легко контролировать скорость электромобиля.

Еще одним недостатком асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором является их низкий коэффициент мощности, особенно при малой нагрузке и на холостом ходу, что снижает эффективность данной электрической системы в целом.

Сам электродвигатель — это достаточно совершенное устройство, но, поскольку стремительное развитие отрасли экоавтомобилей только входит в начальную стадию, кардинального изменения принципа работы, улучшение показателей (удельной мощности и экономичности) и его устройства можно ожидать уже в ближайшее время.

Традиционно электродвигатели для автомобилей должны отвечать следующим требованиям:

• иметь безопасное и удобное для эксплуатации устройство;
• обладать высокой удельной мощностью и экономичностью;
• обладать высокой надежностью и безопасностью при длительной эксплуатации;
• иметь компактные габариты;
• работать в широком диапазоне частот вращения с высокими показателями, что позволит электромобилю обходиться без коробки передач.

Новый прорыв

Для электромобиля важна надёжность конструкции и ещё более – высокий кпд электродвигателя. От эффективности работы электродвигателя зависит величина расстояния пробега электромобиля от одной зарядки аккумуляторов, поэтому: чем выше кпд, — тем лучше.

Мировой рынок сбыта электродвигателей стремительно развивается. Согласно новому отчету Grand View Research, Inc. к 2025 году, как ожидается, он достигнет 214,5 млрд. долларов США. Именно быстрые технологические достижения являются основным драйвером роста рынка.

С целью достижения высоких технико-экономических показателей электродвигателя, прежде всего получения максимальной мощности и крутящего момента, при минимальном потреблении энергии необходимо уменьшить ее внутренние потери.

В России запатентован высокопроизводительный оригинальный электродвигатель американской компании Buddha Energy Inc. Примечателен тот факт, что автор электродвигателя является россиянином. В США электродвигатели продаются под торговой маркой HELV Motors. Компания Buddha Energy Inc. занимается разработкой инновационных электронных контроллеров и электродвигателей. Компания имеет патенты на разработку в крупнейших индустриальных странах. Их разработки ориентированы на зеленые технологии и охрану окружающей среды, сокращение использования природных ресурсов.

Особенностью электродвигателя HELV является его форма. Он спроектирован в виде шара таким образом, что полная площадь магнитного поля статора взаимодействует с полной площадью магнитного ротора при минимальном рассеивании магнитного поля, что дает высокий крутящий момент при небольшом размере двигателя.

В ходе стендовых испытаний, сила на валу тестового двигателя массой 2,8 кг и диаметром 119 мм  составила 80 Нм. Примечательно, что сам двигатель может развить и большую мощность, но на текущий момент контроллер для его управления рассчитан только на 6 кВт. Таким образом при напряжении в 60 вольт и токе 100 ампер, двигатель показал статический крутящий момент в 80 Ньютон метров при оборотах 3900 об/м. Максимальная мощность двигателя может быть увеличена в несколько раз. Компания работает над созданием контроллера на 22 кВт.

Обычно с целью уменьшения воздействия токов Фуко на металл электродвигателя, а, соответственно, уменьшения потерь на нагрев, статоры синхронных и асинхронных электрических машин изготовлены из набора изолированных между собой пластин из тонкого железа. На электродвигателях марки «HELV Motors» компании Buddha  Energy Inc. корпус статора выполнен из композитов, что позволило уменьшить его вес и максимально сократить потери от эффекта токов Фуко. В двигателях HELV не используются металлические сердечники, это позволяет значительно снизить вес двигателя без потери мощности. Особенно это важно для квадрокоптеров и вертолетов.

Благодаря специальному корпусу (крышке) диамагнитного статора все магнитные поля ротора и катушек концентрируются на небольшой площади и не выходят за пределы двигателя, что позволяет создавать высокую мощность при низком потреблении электроэнергии.

Композит статора дает возможность легко придавать ему нужную форму без использования дорогостоящего оборудования для обработки металла. Это позволит дополнительно снизить стоимость готовых электродвигателей.

Статор изготовлен таким образом, что двигатель может быть установлен как вертикально, так и горизонтально.

К преимуществам электродвигателя HELV следует также отнести:

• небольшие габариты и малый вес;
• максимальный крутящий момент, который доступен с момента включения (при нулевых оборотах) двигателя;
• возможность получения рекуперативной энергии;
• экологически чистая работа;
• минимум движущихся деталей, требующих замены или ремонта;
• отсутствие необходимости в коробке передач автомобиля.

Компания Buddha Energy Inc. предлагает ряд высокоэффективных низковольтных электродвигателей нового поколения на основе оригинально расположенных магнитных полей под торговой маркой «HELV Motors» мощностью от 5,6 кВт до 75 кВт

Так электродвигатель HELV мощностью 5,6 кВт при макс. 5600 об / мин, требует напряжения 75 В и потребляет ток до 100 А, в зависимости от нагрузки. В зависимости от модели двигателя обороты составляют от 65 до 75 оборотов на Вольт.

В целом к преимуществам электродвигателей компании «HELV Motors» следует отнести: малый вес и компактный размер, низкое потребление напряжения, умеренный нагрев при работе и большой крутящий момент вала в сравнении с низким энергопотреблением. Сферические катушки статора имеют низкое сопротивление, что позволяет создавать сильные магнитные поля внутри катушек при низком напряжении.

По имеющейся информации можно предположить, что авторы разработки изобрели нечто уникальное, которое может осуществить новый виток в энергетике, в понимании использования сил природы на благо человечества.

В целом изобретателям удалось решить сложную техническую задачу — смоделировать точное взаимодействие магнитных полей в пространстве, в том числе внутри композитов. Они также проверили магнитные взаимодействия полей на практике. С этой целью на 3D принтере был напечатан лабораторный стенд для проверки взаимодействия магнитных полей ротора и статора. После проверки нескольких десятков вариантов обмоток статора был найден вариант, при котором взаимодействие полей статора и ротора происходило наилучшим образом. Всё остальное было делом техники. На этом же принципе сконструирован шарообразный электродвигатель HELV.

Как утверждают авторы разработки, моторы HELV с их соотношением размеров и мощности — это нечто фантастическое. Реализация данного изобретения стала возможной благодаря новым доступным материалам и новым идеям, которые стали ключевым фактором успеха прорывного эксперимента — изобрести что-то новое, что-то важное. При доводке конструкции синхронизировать контроллер с электродвигателем HELV было достаточно непросто. Контролировать его на высоких нагрузках еще сложнее. Но на сегодняшний день изделие почти готово к массовому производству.

Компания утверждает, что двигатель рассчитанный на мощность 40 кВт будет весить не больше 9,7 кг, а диаметр будет не больше 22 сантиметров. Такие характеристики дадут возможность устанавливать данный двигатель на электрические автомобили, лодки, электромотоциклы и квадрокоптеры. В 2019 году компания заявила, что скорость вращения топовой модификации двигателя составляет 30 000 оборотов в минуту при напряжении в 400 вольт, а пиковая мощность электродвигателя в линейке продукции составляет 95 кВт. Данная модель еще не представлена в линейке продукции компании.

Таким образом, произведен прорыв в создание самых современных и эффективных электродвигателей. Остаётся только правильно подобрать его мощность для достижения заданных технических характеристик автомобиля. Требуемая мощность, во многом зависит от типа трансмиссии. Если электродвигатель будет подключен к колёсам через коробку передач, — то достаточно и небольшой мощности, а если напрямую к дифференциалу, – тогда потребуется двигатель более мощный.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

В поисках подходящего двигателя робота

В поисках подходящего двигателя робота

Без срабатывания роботы — это просто неподвижные груды металла, пластика или чего-то еще, из чего вы их строите. Двигатели вдыхают жизнь в механизмы: одни вращают их, другие вращают суставы или позволяют конечным эффекторам, например, поднимать предметы. Поэтому выбор правильного двигателя робота имеет первостепенное значение для их успеха, будь то функциональные машины или коммерческие продукты.

Приводы в робототехнике

Рынок предлагает двигателей-роботов. может легко вскружить вам голову — так много разных конструкций и принципов работы. Однако в большинстве используется один из трех типов срабатывания:

• Пневматический
• Гидравлический
• Электрический

Пневматический привод использует энергию сжатого воздуха. Эти двигатели по своей природе надежны из-за небольшого количества движущихся частей, дешевы и быстро реагируют, но уступают по точности управления скоростью и положением.В робототехнике механизмы в основном используются для двухпозиционных или подъемных устройств.

Гидравлические приводы заинтересуют вас, если ваш робот большой или должен обрабатывать большие полезные нагрузки. Их действие основано на преобразовании энергии жидкости в механическую работу путем перекачивания. Хотя гидравлические механизмы обеспечивают точную координацию скорости и движения и обладают адекватным соотношением мощности к весу, они шумные и громоздкие. Также существуют риски, связанные с утечками или изменением свойств рабочей жидкости при изменении температуры.

Электродвигатели — это электромеханические устройства, которые создают движение, превращая электрическую энергию в механическую. Эти приводы являются предпочтительным вариантом в робототехнике по нескольким причинам:

• Электроэнергия — широко доступный источник снабжения.
• Эти механизмы подходят для всех размеров роботов.
• Они компактны и легки, но обладают большим коэффициентом преобразования мощности, превосходной точностью и воспроизводимостью.
• Загрязнение (e.г., от протечек) в рабочей среде равен нулю.
• Электрические системы управления надежны и просты в обслуживании.

Что касается ограничений, электродвигатели не являются искробезопасными, что затрудняет их использование во взрывоопасных средах. Кроме того, им часто требуется сложная система команд для регулирования движения.

Электродвигатели

Если углубиться в электрические приводы, все становится еще сложнее. У них есть свои подтипы, например:

• Двигатели переменного тока (AC)
• Механизмы постоянного тока (DC)
• Сервоприводы
• Степперы

Обратите внимание, что список не является исчерпывающим.Некоторые источники добавляют к этой классификации еще несколько пунктов.

Приводы переменного тока

— это электроприводы, питаемые переменным током, т.е. прямо от розетки. Они могут быть синхронными или асинхронными.

Вращение синхронных механизмов переменного тока синхронизировано с частотой сети переменного тока. В основном эти устройства используются в оборудовании, требующем точного и постоянного выходного сигнала скорости. Асинхронные устройства полагаются на электромагнитную индукцию: переменный ток, проходящий через обмотку статора, индуцирует электромагнитное поле, заставляя ротор перемещаться.

Для роботов синхронные и асинхронные двигатели — редкий выбор из-за их внушительных размеров. Вы можете встретить устройства в крупномасштабных промышленных приложениях, требующих большого крутящего момента или прямого подключения к сети.

Двигатели

постоянного тока питаются от постоянного тока (например, от аккумулятора). Они доступны в различных размерах и номиналах напряжения и могут надежно работать в широком диапазоне скоростей и нагрузок.Эти двигатели отличаются быстрым откликом и простой системой управления, которая позволяет плавно ускорять, замедлять или изменять направление движения без сложных механизмов переключения.

Хотя приводы постоянного тока обеспечивают высокую скорость вращения, их крутящий момент обычно низкий. Чтобы сделать двигатель постоянного тока пригодным для подъема тяжелых грузов или управления роботом, вам необходимо добавить в свою систему коробку передач. Шестерни уменьшают скорость вращения, увеличивая крутящий момент.

Чтобы избежать проблем с настройкой и эксплуатацией, редуктор и компоненты привода должны быть разработаны специально для совместной работы.Итак, будет хорошей идеей купить двигатель, у которого уже есть встроенный редуктор.

Также можно разделить двигатели постоянного тока на щеточные и бесщеточные. Щеточные двигатели постоянного тока имеют щетки и коммутаторы, которые проводят ток от источника питания к якорю в сердечнике устройства. Эти приводы дешевы и легко доступны на рынке. Однако щетки издают шум и со временем изнашиваются, что приводит к значительному снижению производительности.

Бесщеточные механизмы постоянного тока имеют увеличенный срок службы и демонстрируют высокую надежность.По сравнению со своими матовыми аналогами они более эффективны, генерируют меньше электрических шумов и не подвержены износу. Однако бесщеточные устройства дороже щеточных и требуют более сложной оркестровки движения, чтобы заменить механическую коммутацию.

Сервоприводы

оснащены системой управления с обратной связью с контроллером и устройством обратной связи, что позволяет программировать движения с точностью до дюйма и мгновенно корректировать ошибки.

Для робота двигатели обеспечивают ряд ценных преимуществ:

• Точное позиционирование — сервопривод достигает заданных координат и удерживает позицию, пока не получит другую команду.
• Экономичен в пространстве, но способен создавать значительный крутящий момент
• Энергоэффективность, не потребляет электроэнергию в режиме ожидания

С другой стороны, эти приводы дороги и требуют сложной логики управления и точной настройки.

Rozum Robotics предлагает ряд сервоприводов серии RDrive. Мы начали их разработку, потому что нам нужен был надежный привод для нашего собственного проекта в области робототехники — манипулятор PULSE. Каждый сервопривод RDrive представляет собой комплексное решение для управления движением, состоящее из безрамного привода переменного тока собственной конструкции, контроллера, трансмиссии с волновым напряжением и двух абсолютных магнитных энкодеров. Наши сервоприводы малогабаритные, но имеют возможности лучших предложений на рынке. С угловой точностью 0,01 градуса и точностью движения 0.1 мм, двигатель RDrive может превратить вашего робота в мощный инструмент для ваших целей.

Steppers, как следует из названия, вращаются «шагами», где каждый шаг — это определенное количество градусов. Они обеспечивают точное позиционирование и обеспечивают высокий удерживающий момент, в том числе при низких скоростях. Поскольку эти приводы движутся ступенчато, управление с обратной связью не требуется. Вы можете определить, насколько сильно двигатель сдвинулся, подсчитав входные пошаговые импульсы.

Ближе к максимальной скорости, его выходной крутящий момент ниже, чем у сервопривода.Степперы могут пропускать шаги при перегрузке и потреблять электроэнергию даже в режиме ожидания. После того, как вы обесточили привод, вы можете запутаться в его начальном угле.

Биомоторы — это инновационный привод, представляющий особый интерес с точки зрения перспектив. Эти устройства изготовлены из сплавов с памятью формы. Чтобы понять, как они работают, представьте кусок металлического провода, который сжимается при подаче на него напряжения и удлиняется обратно в исходное состояние, когда вы его выключаете. В результате движение получается бесшумным и плавным.

Советы по выбору двигателя робота

Найти среди всего разнообразия «очень один» робот-мотор — непростая задача. Чтобы подойти к задаче, почему бы вам не начать с вопросов:

• Что вам нужно в роботе?

Примерно так: машинка должна быть маленькой, но мощной. Возможность точной регулировки является обязательной, но высокая скорость не критична.

Например, вы ориентируетесь на предприятия малого и среднего бизнеса в качестве ваших будущих клиентов.Как правило, у них будет ограниченная площадь и бюджет, и они будут покупать роботов для выполнения повторяющихся задач, в которых люди неэффективны.

Теперь, когда вы закончили с большой идеей, лежащей в основе вашего приложения, остановитесь на деталях — основных характеристиках двигателя вашего робота. В центре внимания должно быть следующее:

Выбранные приводы должны обеспечивать достаточный крутящий момент для преодоления сил, действующих на ваш механизм во время движения, и для перемещения расчетной полезной нагрузки.

Двигатель робота должен поддерживать вашу машину в движении со скоростью, достаточной для выполнения поставленных задач, т.е.г., чтобы поднять предмет с конвейера.

Подумайте, можете ли вы заставить приводы двигаться именно туда, куда вы хотите.

Двигатель робота должен иметь возможность время от времени достигать заданных положений с неизменной точностью.

Вам необходимо понимать, есть ли в вашем двигателе изнашиваемые детали, а также знать его среднее время наработки на отказ и / или гарантированный срок службы.

Подумайте о том, как вы будете подавать питание на робота (например, от источника переменного или постоянного тока) и сколько энергии он будет потреблять.

Как правило, низкие цены означают низкое качество. Однако, если для ваших целей достаточно недорогого (например, гидравлического) мотора, возможно, вам не стоит покупать более дорогие шаговые двигатели или сервоприводы.

Убедитесь, что ваш сервопривод соответствует роботу или его конкретным компонентам по размеру и конструкции, или подумайте о настройке.

Используйте приведенные выше рекомендации, чтобы составить собственный контрольный список для выбора двигателей роботов, или свяжитесь с нами, чтобы обсудить, как наши сервоприводы RDrive могут помочь вам построить робота вашей мечты.

.

Различные типы двигателей, используемых в промышленной робототехнике

В нашу эпоху промышленной автоматизации роботы используются для управления различными процессами, чтобы обеспечить точное и лучшее качество продукции. Выбор идеального двигателя для идеального робота всегда является сложной задачей при проектировании робота, особенно для промышленности. Правильный выбор электродвигателей в промышленных роботах требует нескольких параметров, чтобы учесть управление рукой, положение, угловые и линейные перемещения.

Двигатели, используемые в промышленной робототехнике

Выбор двигателя — наименее понятная концепция для любителей робототехники, которая требует разработки стратегии и серьезного анализа.Он включает в себя определение скорости робота, ускорения, требований к крутящему моменту на основе веса робота, размера колеса и области применения, в которой он должен быть реализован. На современном рынке доступно множество типов двигателей, но в основном это крошечные двигатели пейджера, серводвигатели, линейные двигатели. , шаговые двигатели и мотор-редукторы постоянного тока используются в промышленных роботах в зависимости от области их применения.

Неправильный выбор двигателя приводит к появлению робота-инвалида. Итак, какой тип двигателя лучше и подходит для создания реальных, точных и достаточных промышленных роботов для удовлетворения всех потребностей промышленного процесса с учетом всех реалистичных спецификаций?

Здесь мы собрали некоторые мнения об этих двигателях от промышленных профессионалов для выбора соответствующего двигателя для промышленного применения.

Мы призываем вас прислушаться к мнению экспертов, которые стремятся предоставить лучшие двигатели для промышленной робототехники с доступными двигателями постоянного тока, шаговыми, бесщеточными и серводвигателями для точных, экономичных и надежных движений роботов.

Ch.Sampath Kumar
M.tech in VLSI Design
Technical Content Writer

Двигатели постоянного тока доступны в широком диапазоне для непрерывной работы, но для этого требуются редукторы, подходящие для соответствующее приложение.Шаговый двигатель не требует редуктора, так как его ступенчатый режим обеспечивает низкую скорость для определенных приложений. Наконец, серводвигатели используются для точного и точного управления, которое реализуется в операциях с обратной связью. Но для этого требуется дополнительная обратная связь и схема управления, поэтому он дороже, чем двигатель постоянного тока и шаговый двигатель. Таким образом, серводвигатели делают робота более надежным за счет его точного движения.

Viswanath Prathap
M.Tech в области электроэнергетики
Составитель технического содержания

Роботы для захвата и размещения обычно используются в различных отраслях промышленности, чтобы выбрать объект из одного места или места и поместить его в другое положение или место.Для этого необходимо контролировать угловые перемещения шарниров роботов, что может быть достигнуто с помощью серводвигателей. Эти серводвигатели управляются с использованием данных ШИМ, передаваемых роботизированным контроллером для приведения в действие суставов роботов. Серводвигатели способны генерировать достаточный крутящий момент для быстрого перемещения объекта из положения остановки. Таким образом, они используются в качестве колес в военных и промышленных роботизированных транспортных средствах. Шаговые двигатели также могут использоваться для управления положением, но они будут потреблять энергию даже в период покоя только для фиксации и удержания заданного положения.Таким образом, серводвигатели обычно используются в промышленной робототехнике в качестве высокоэффективной замены шаговых двигателей.

S. Naresh Reddy

M.tech во встроенной системе

Руководство по проекту

Структура механического робота должна контролироваться для выполнения задачи перфорации

rm. Существует три различных этапа управления роботом: восприятие, обработка и действие. Датчики передают роботу информацию о положении его суставов и его концевом эффекторе, затем эта информация обрабатывается в блоке управления и вычисляет соответствующий сигнал двигателю, который движется механически.Подавляющее большинство роботов использует электродвигатели. Неоднократно бесщеточные и щеточные двигатели постоянного тока используются в портативных роботах, а двигатели переменного тока используются в промышленных роботах. Эти двигатели предпочтительны в системах с более легкими нагрузками, и где преобладающей формой движения является вращательное движение.

Suresh Megaji

M. Tech в системах беспроводной связи

Составитель технического контента

Если вы хотите заниматься «робототехникой» и ее применением в «промышленности», нужно знать о Двигатели, которые используются в робототехнике, потому что робототехника в основном зависит от двигателей.В основном «роботизированные машины» используются в различных сферах производства. Различные «двигатели», такие как двигатель постоянного тока, импульсный, шаговый, оптический привод, частичный поворот, двигатели на эффекте Холла и т. Д., Используются с некоторыми методами, чтобы применить их в промышленности и сделать их удобными, например, двигатели постоянного тока

• используются для батарей ориентированные приложения, более низкая скорость, мобильные приложения.
• Везде, где нам нужно приложение, ориентированное на вращение, мы можем использовать шаговые двигатели, такие как униполярные и биполярные двигатели.
• Для движений головы и рук мы можем использовать неполнооборотные двигатели.
• Если мы хотим использовать магнитные поля, мы можем использовать эффект Холла, двигатели с оптическим приводом и т. Д.

Используя робототехнику, в которой используются интеллектуальные двигатели, мы можем сэкономить деньги, время, место, опасные движения и т. Д.

Ajay Sahare

Директор по маркетингу

Промышленные роботы используются в промышленной производственной среде. Это руки, специально разработанные для таких применений, как сварка, транспортировка материалов, покраска и другие.

Не каждое мехатронное устройство, используемое в промышленной среде, можно рассматривать как робота. Согласно определению ISO (Международной организации по стандартизации), автоматически управляемый, перепрограммируемый, многоцелевой манипулятор, программируемый по трем или более осям, считается промышленным роботом.

Двигатели, используемые в промышленной робототехнике:

• Двигатели переменного тока (AC)
• Двигатели постоянного тока (DC)
• Серводвигатели
• Шаговые двигатели.

1.Двигатели переменного тока можно подразделить на асинхронные и синхронные. Например, асинхронный двигатель переменного тока представляет собой блок асинхронного типа, который по существу состоит из статора с проволочной обмоткой и ротора. Электропитание подключается к проводу, и переменный ток, протекающий по нему, индуцирует электромагнитное (ЭМ) поле в спиральном проводе с достаточно сильным полем, обеспечивающим силу для движения ротора. Синхронные двигатели — это двигатели с постоянной скоростью, которые работают синхронно с частотой сети переменного тока и обычно используются там, где требуется точная постоянная скорость.

2. Во многих промышленных приложениях, включая робототехнику, часто используются двигатели постоянного тока из-за простоты управления скоростью и направлением. Они способны работать в бесконечном диапазоне скоростей, от полной до нулевой, с широким диапазоном нагрузок.

Поскольку двигатели постоянного тока имеют высокое отношение крутящего момента к инерции, они могут быстро реагировать на изменения управляющих сигналов. Двигатель постоянного тока можно плавно регулировать до нулевого движения и мгновенно ускорять в обратном направлении без необходимости использования сложной схемы переключения мощности.Бесщеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами обычно дороже щеточных, хотя они могут обеспечить преимущества в энергопотреблении и надежности.

Без коммутатора бесщеточные двигатели могут работать более эффективно и на более высоких скоростях, чем обычные двигатели постоянного тока. Большинство бесщеточных двигателей постоянного тока работают с трапецеидальной формой волны переменного тока, но некоторые из двигателей работают с синусоидальными волнами. Бесщеточные двигатели с синусоидальным приводом могут обеспечивать плавную работу на более низких скоростях с низкой пульсацией крутящего момента, что делает их идеальными для шлифования, нанесения покрытий и других применений, таких как чистовая обработка поверхностей.

В случае щеточных двигателей постоянного тока, если вы хотите, чтобы ваш двигатель вращался медленнее без потери мощности, вы можете использовать широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Это в основном означает очень быстрое включение и выключение двигателя. Таким образом, двигатель вращается с более низкой скоростью, как если бы было приложено более низкое напряжение, не заботясь о мощности.

Обычно крутящий момент, создаваемый щеточным двигателем постоянного тока, слишком мал, а скорость слишком велика, чтобы быть полезной. Итак, редукторы обычно используются для уменьшения скорости и увеличения крутящего момента.

3. Серводвигатели используются в системах с обратной связью с цифровым контроллером. Контроллер отправляет команды скорости на усилитель драйвера, который, в свою очередь, питает серводвигатель. Некоторые формы устройства обратной связи, такие как резольвер или энкодер, предоставляют информацию о положении и скорости серводвигателя. Резольвер или энкодер могут быть встроены в двигатель или расположены удаленно. Благодаря системе с обратной связью серводвигатель может работать с определенным профилем движения, который запрограммирован в контроллере.

4. Шаговые двигатели могут работать с обратной связью или без нее, при этом вращение двигателя разбито на небольшие угловые шаги. Он управляется импульсными командными сигналами и может останавливаться точно в заданной точке без необходимости использования тормозов или узлов сцепления. При отключении питания шаговый двигатель с постоянными магнитами обычно остается в своем последнем положении. Можно поддерживать синхронизацию нескольких шаговых двигателей, управляя ими от общего источника.

Dev Desai

Директор по маркетингу

Если вы планируете заниматься робототехникой, вам нужно будет ознакомиться со многими типами доступных двигателей. Все движения робототехники так или иначе моторизованы, поэтому важно знать, какие у вас варианты.

Двигатели постоянного тока

Помимо работы от батарей, направление движения двигателя постоянного тока определяется полярностью входной мощности. Это абсолютная необходимость для роботизированных функций. К счастью, этот тип двигателя бывает самых разных размеров, требований к напряжению и доступен везде.

Различные типы двигателей указаны ниже.

• Базовый двигатель мобильности
• Высокоскоростной двигатель для хобби
• Двигатель с ременным приводом
• Пазовый автомобильный двигатель
• Импульсный привод
• Двигатель, адаптированный к рукоятке
• Биполярный шаговый двигатель со стрелкой

Bio Motor

Биометалл — это удивительное вещество, которое существует уже несколько лет и имеет ряд применений в области робототехники.На иллюстрации видно, что кусок биометаллической проволоки сжимается на пять процентов от своей длины, если к ней приложить всего несколько вольт. После многих лет испытаний биопроволока доказала свою прочность, надежность и становится все более полезной по мере появления новых продуктов. Его несколько меньшее время отклика делает его идеальным для роботизированных рук и кистей, где рывки могут быть проблематичными. Длинный кусок проволоки может произвести значительное движение, если растянуть его на всю длину руки робота.В настоящее время на коммерческом рынке имеются комплекты роботизированных манипуляторов, в которых используется биометалл.

Реле

Реле в робототехнике почти всегда используется для отключения питания, предназначенного для двигателей, от источника питания для работы компьютера. Двигатели из-за своего низкого импеданса предъявляют высокие требования к источникам питания и создают многочисленные сбои, с которыми компьютеры не могут мириться. Поэтому рекомендуется использовать отдельный источник сильного тока только для двигателей.

Соленоиды

Соленоиды лучше всего использовать в качестве устройств управления манипуляторами или переключателей.Их движение быстрое и сильное, поэтому в захватах почти всегда используется пружина, чтобы смягчить действие. Как вы можете видеть на рисунке, контрольные провода используются для закрытия зажима. Эти провода управления также могут действовать как возвратные пружины. Такие захватчики чаще встречаются в производственных линиях, где задача очень размеренная и охватывает узкие параметры.

Вторичные функции

Большинство двигательных функций связаны с подвижностью, рукой, головой или другими видимыми внешними движениями, однако некоторые двигательные движения не так заметны.Большие промышленные роботы используют гидравлические системы, в которых используются двигатели насосов для создания рабочего давления гидравлической жидкости. Еще одна важная второстепенная функция двигателей — управляемая регулировка. Для повышения точности потенциометры, которые сопрягаются с двигателями, обычно являются многооборотными.

Заключение

Роботы могут быть очень сложными устройствами, требующими большого количества движений с приводом от двигателя. Эта статья предназначена для того, чтобы дать обзор ряда устройств, с которыми вы можете иметь дело как конструктор роботов.Было бы неплохо начать с исследования поставщиков робототехнического оборудования и имеющихся расходных материалов. Сейчас доступно огромное количество продуктов, и Интернет позволяет легко их найти, изучить и использовать. Какими бы ни были ваши потребности, немного изобретательности и решимости, которые, похоже, есть у всех конструкторов роботов, должны сослужить вам хорошую службу.

Samadan Wandre
Директор по маркетингу

«Двигатели, используемые в робототехнике»

• Базовый двигатель мобильности
• Высокоскоростной двигатель для хобби
• Двигатель с ременным приводом
• Слот автомобильный двигатель
• Импульсный режим
• Двигатель, адаптированный к руке
• Биполярный шаговый двигатель с указателем

Двигатели большего размера лучше всего подходят для мобильных баз, которые позволяют роботам маневрировать на местности.Некоторые из этих двигателей поставляются с коробками передач для обеспечения более низкой скорости и крутящего момента, необходимых для мобильности. Понижение напряжения на двигателе также может замедлить его до более желательной скорости. Только эксперимент может определить, будет ли ваш двигатель работать с более низким напряжением. Если это так, вы избавили себя от множества проблем, если нет, есть другие способы замедлить двигатели. Некоторые высокоскоростные двигатели могут использоваться, если используются червячные или винтовые передачи.

Пример винтовой передачи можно увидеть на иллюстрации манипулятора.Когда двигатель вращается по часовой стрелке, узел болта притягивается к двигателю, и рычаг сжимается, а когда он вращается против часовой стрелки, рычаг выдвигается. Хотя вал двигателя вращается быстро, действие рычага происходит значительно медленнее из-за редукции винта. На этой следующей иллюстрации схемы двигателя мы видим двигатель постоянного тока, управляемый силовым транзистором. Релейный переключатель (Double Pole Double Throw) определяет направление. Транзистор Q1 должен быть силовым транзистором, чтобы выдерживать большую нагрузку двигателя.

Импульсные двигатели

Некоторые двигатели получают снижение скорости за счет работы от импульсного сигнала постоянного тока. Этот сигнал обычно составляет около ста Гц. Скорость двигателя можно изменить, изменив ширину импульса, а не частоту импульса. Подобные двигатели можно найти в магазинах электроники, и их легко идентифицировать по подключенному к нему генератору импульсов. Тем не менее, любой двигатель постоянного тока может приводиться в движение источником импульсов, и схема такой цепи прилагается.

Как видите, в качестве возбуждающего генератора был выбран таймер 555, который выдает частоту примерно 100 Гц. Резистор R1 и конденсатор C стабилизируют и изолируют генератор импульсов от выбросов, создаваемых двигателем. Поскольку это устройство может потреблять от источника питания от 6 до 12 вольт, вы можете изменить номинал конденсаторов C4 и C6 для получения лучших результатов в зависимости от того, какое напряжение вы используете. Импульсный выход снимается с третьего контакта IC1 и подается на второй контакт IC2, также на таймер 555.

Второй таймер изменяет ширину импульса, регулируя напряжение, которое подается на конденсатор C6 через потенциометр R5 и резистор R6. Длительность импульса определяет скорость двигателя, а ширину импульса можно регулировать от 10% до 100%.

Транзистор Q1 принимает сигнал с широтно-импульсной модуляцией через резистор R7. Поскольку Q1 является слаботочным устройством, он передает сигнал на Q2, силовой транзистор, который может обрабатывать ток, потребляемый двигателем. Эти транзисторы не критичны, и подойдет практически любой тип слаботочных транзисторов.Реле будет определять направление вращения двигателя.

Шаговые двигатели

Самым сложным из всех двигателей является шаговый двигатель. Как следует из названия, двигатель вращается с шагом в градус и работает в импульсном режиме. Точная степень поворота на шаг может варьироваться от одного производителя или модели к другой, но 20 градусов популярны и дают 18 шагов за один полный оборот. Существует два основных типа шаговых двигателей: биполярные и униполярные. Как вы можете видеть на схеме шагового двигателя, биполярный — это просто двигатель с двумя катушками.

Униполярный тип — это две катушки с центральными выводами. Если игнорировать центральные отводы, униполярный двигатель может работать как биполярный. На две катушки в шаговом двигателе поступают пошаговые импульсы с попеременной полярностью от катушки к катушке. Карта этого процесса представлена ​​на рабочей диаграмме, чтобы графически представить двигательное действие. В отличие от обычных двигателей постоянного тока, крутящий момент уменьшается с увеличением скорости. Для продвижения шагового двигателя также требуется специальный тип привода, который должен поставляться вместе с двигателем.Не рекомендуется создавать блок управления, если двигатель не поставляется с хорошей спецификацией, содержащей рекомендации по компонентам и полную схему.

Для двигателя могут потребоваться буферы, чтобы изолировать его от системы привода, или может потребоваться отдельный источник питания. Какими бы ни были потребности, они могут значительно отличаться от одного двигателя к другому. Магазины для хобби — самые надежные поставщики шаговых двигателей, и хотя излишки электронных магазинов могут иногда иметь их, они могут не включать необходимую информацию о спецификациях. или движения рук.Самый простой способ добиться этого — использовать ограничители положения и скользящие шестерни. Иллюстрация механических деталей этого типа двигателя приведена выше. Микровыключатели можно использовать в качестве датчиков остановки, чтобы выключить питание и сбросить направление для следующего действия.

Нижнее колесо соединено с двигателем, а верхнее колесо отделено от нижнего колеса круглым куском войлока. Когда нижнее колесо поворачивается, верхнее колесо вращается вместе с ним, пока стопорный штифт не войдет в контакт с микровыключателем.В некоторых конструкциях не предусмотрена остановка двигателя, поэтому простые винты с проставками будут выполнять функцию остановки двигателя.

Биомотор

Биометалл — это удивительное вещество, которое существует уже несколько лет и имеет ряд применений в области робототехники. На иллюстрации видно, что кусок биометаллической проволоки сжимается на пять процентов от своей длины, если к ней приложить всего несколько вольт. После многих лет испытаний биопроволока доказала свою прочность, надежность и становится все более полезной по мере появления новых продуктов.Его несколько меньшее время отклика делает его идеальным для роботизированных рук и кистей, где рывки могут быть проблематичными. Длинный кусок проволоки может произвести значительное движение, если растянуть его на всю длину руки робота. В настоящее время на коммерческом рынке имеются комплекты роботизированных манипуляторов, в которых используется биометалл.

Бхаскар Сингх

Директор по маркетингу

Промышленные роботы — это устройства, которые в определенной степени дублируют человеческие движения вместе с уменьшением опасности, обеспечивая большую силу, точность и непрерывность.Им требуется широкий диапазон движений с приводом от двигателя в зависимости от их режимов работы, управления, используемых инструментов и выполняемой работы. Промышленный роботизированный двигатель должен иметь потенциал для выполнения более широкого круга задач, чем обычные двигатели, чтобы специализироваться на конкретной задаче. Электродвигатели

чаще всего используются в промышленной робототехнике из-за высокоэффективного энергоснабжения и относительно простой конструкции, что делает их более популярным вариантом с точки зрения соотношения цены и качества во всех аспектах — установке, техническом обслуживании и ремонте.

В зависимости от выполняемой работы используются разные двигатели для разных целей. Например, двигатели постоянного тока используются для движения по часовой стрелке и против часовой стрелки, примеры — в кранах и подъемниках, импульсные двигатели используются для обеспечения импульсных перемещений с использованием ширины импульса постоянного тока, неполнооборотные двигатели используются для обеспечения движений, подобных голове и руке, и наиболее сложные — шаговые двигатели используются для обеспечения ступенчатого поворота с шагом в градус.

Причем, в зависимости от вида работы, двигатели разных номиналов и размеров используются для разных целей.Существует несколько типов двигателей, каждый из которых имеет различное применение в разных местах в зависимости от работы и конструкции робота.

Мохан Кришна. L

Руководитель отдела продаж и поддержки

Роботы используются для выполнения работы, которую могут выполнять люди, и есть много причин, по которым роботы лучше людей.

Существует два основных типа роботов: —

Мобильный робот: , который перемещается на ногах или по рельсам.

Стационарный робот: Имеет фиксированную базу.

Стационарные роботы, как правило, можно использовать для захвата объектов или выполнения другой работы, связанной с дотягиванием до объекта.

Рука робота состоит из трех основных частей: —

• Плечевой сустав
• Запястье
• Фиксированная база

Требуется робот для

• Способность работать быстро и в опасных условиях.
• Возможность повторять задания снова и снова.
• Умение работать аккуратно.
• Умение выполнять разные задания.
• Эффективность.

Двигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую, т.е. электромеханическое устройство. Существует два типа двигателей, таких как двигатель переменного тока и двигатель постоянного тока.

Двигатель, используемый в промышленной робототехнике, — это серводвигатель. Серводвигатель — это простой электродвигатель, управляемый с помощью сервомеханизма. Если управляемый двигатель работает от переменного тока, он называется серводвигателем переменного тока, иначе серводвигателем постоянного тока.Большинство серводвигателей могут вращаться от 90 до 180 градусов. Даже некоторые из них вращаются на полные 360 градусов или более. Некоторые из применений серводвигателя в робототехнике:

• Применение серводвигателя в робототехнике, то есть простой робот для захвата и размещения, используется для выбора объекта из одной позиции и помещения объекта в другую позицию.
• Серводвигатель в конвейерах используется
• в промышленных производственных и сборочных единицах для передачи объекта от одной сборочной станции к другой.Например: — Процесс наполнения бутылок.
• Серводвигатель в роботизированном транспортном средстве Серводвигатель, используемый в колесах. Так как используется серводвигатель непрерывного вращения.

Dinesh.P
Директор по маркетингу

Роботы должны быть представлены, чтобы уменьшить тяжелый человеческий труд и помочь создать удачу людям для будущих разработок. Термин «роботы» означает машину, которая имитирует различные человеческие характеристики. Робототехника включает знания в области механики, электроники, электрики и информатики.В роботах используются двигатели постоянного тока, шаговые двигатели и серводвигатели

Где

• Двигатели постоянного тока используются для непрерывного вращения
• Шаговые двигатели используются для вращения на несколько градусов
• Серводвигатели используются для позиционирования, они могут использоваться в автомобили и самолеты

Ganesh .J

Директор по маркетингу

Роботы используются для выполнения работы, которую могут выполнять люди, а также сокращают человеческие усилия и время и повышают качество.Двигатели, используемые в промышленной робототехнике:

• Двигатели переменного тока (AC)
• Двигатели постоянного тока (DC)
• Сервомоторы
• Шаговые двигатели.

.

Что такое асинхронный двигатель? (с рисунком)

Асинхронный двигатель — это электродвигатель переменного тока (AC), который использует наведенный ток в роторе, а не физический источник питания для создания своего вращательного движения. Большинство электродвигателей вращаются в результате взаимодействия электромагнитных полей, создаваемых в статоре и роторе двигателя. В асинхронном двигателе поле, создаваемое в обмотках статора, создается путем подключения их к источнику переменного тока.Поле, создаваемое в роторе, создается не за счет прямого введения тока, а скорее за счет индукции тока, подобной трансформатору, за счет соседнего электромагнитного поля статора. Большинство более крупных двигателей переменного тока в промышленных или бытовых применениях являются асинхронными двигателями.

Цилиндрический сердечник асинхронного двигателя обеспечивает вращательный привод.

Асинхронные двигатели, также известные как асинхронные двигатели или двигатели с короткозамкнутым ротором, состоят из двух основных компонентов. Первый — это статор, то есть бочкообразная внешняя рама двигателя. Статор асинхронного двигателя имеет ряд обмоток или катушек, расположенных вдоль его внутренней поверхности, каждая из которых включает набор электрических соединений на внешней стороне корпуса. Второй основной компонент — это ротор — цилиндрический сердечник, который плотно прилегает к статору.Вал двигателя, который обеспечивает вращательную работу, проходит через середину или ротор и поддерживается на обоих концах подшипниками. В асинхронном двигателе ротор либо сплошной из стали, либо состоит из ряда параллельных стальных или медных стержней без возможности подключения электрического питания.

Большинство двигателей переменного тока полагаются на полярное соотношение отдельных электромагнитных полей, генерируемых в обеих этих частях, для вращения ротора.В асинхронном двигателе электромагнитное поле статора создается источником переменного тока, подключенным к обмоткам статора. Ротор, однако, не подключен напрямую к источнику питания, а вырабатывает внутренний электрический ток посредством индукции. Эта индукция вызвана непосредственной близостью электромагнитного поля статора. Это точно такой же процесс, который используется для генерации тока во вторичных обмотках трансформатора. Ток, возникающий в роторе, затем генерирует собственное электромагнитное поле, и ротор начинает вращаться.

Асинхронный двигатель идеален для тяжелых условий эксплуатации благодаря своей простоте и прочности. Отсутствие дополнительных контактных колец и щеток, необходимых для подачи питания на ротор, делает этот тип двигателя одним из самых надежных и эффективных двигателей переменного тока.Асинхронные двигатели также могут использоваться в качестве генераторов, если они работают выше определенных скоростей.

.

Роботизированная рука с серводвигателями

Роботизированная рука с серводвигателями — шаг ближе к будущему

В 1942 году, когда Исаак Азимов впервые озвучил три закона робототехники, умные машины, сосуществующие в симбиозе с людьми, казались скорее вымыслом, чем вероятной реальностью. Сегодня современные технологии открывают захватывающую перспективу проникновения роботов в нашу жизнь.

Дома интеллектуальные устройства выполняют ту тяжелую работу, которую мы ненавидим, — чистку и стирку.На работе повторяющиеся, грязные и опасные задачи так же просты, как раз-два-три для роботизированной руки с серводвигателями. Этот тип двигателя обеспечивает точность, плавность и гибкость движений, сравнимые с человеческой конечностью, но при этом превосходит их по повторяемости.

PULSE от Rozum Robotics

Общие данные: определение и применение

Роботизированная рука — это программируемый механизм, состоящий из двух или более сегментов, соединенных посредством сочленений в кинематическую цепь. Каждое соединение в цепи представляет собой сервопривод или другой двигатель, обеспечивающий вращательное или линейное перемещение сегментов.Количество связей в структуре определяет, сколько степеней свободы (DOF) она имеет — обычно от двух до максимум семи для руки человека.

Манипулятор меньше промышленного робота, что обеспечивает гибкость использования и перемещения, а также оптимальное использование площади. Более совершенные совместные модели могут работать даже с людьми без каркасов безопасности.

В рамках общей категории также можно выделить следующие подтипы, соответствующие различным типам предоставляемых механизмов:

1. декартово
2. Цилиндрический
3. Сферический
4. С шарнирно-сочлененной рамой
5. SCARA
6. Параллельный
7. Антропоморфный

Конечный элемент машины представляет собой концевой эффектор, предназначенный для выполнения разнообразных работ в зависимости от типа приложения.

В основном это однотипные и довольно скучные работы, в частности:

1. сварка
2. живопись
3. погрузочно-разгрузочные работы
4. сборка
5. паллетирование

Хотя операции не требуют больших интеллектуальных усилий, операции требуют особой осторожности, неизменного внимания и неутомимости — проблема, когда мы говорим о человеке. По крайней мере, для поддержания в течение длительного времени без отдыха.Манипуляторы обладают всеми необходимыми качествами для удовлетворения требований, представляя собой жизнеспособную альтернативу человеческому труду.

Роботизированная рука и серводвигатели

Для того, чтобы рука стала функциональной, ей требуется устройство, наделяющее ее силой, достаточной для подъема суставов, — привод. Хотя последние прогрессивные открытия привели к изобретению новых приводов, таких как биомоторы, типичным приводным механизмом, ориентированным на робототехнику, является шаговый двигатель или сервопривод.

Технические данные:

Биомоторы — это приводные решения, основанные на эффектах сжатия-высвобождения, возникающих в особом типе материала — биометалле — под напряжением.Его реакция на импульс низкого напряжения медленнее, чем реакция обычного электродвигателя, но его выходной сигнал движения обладает дополнительным качеством — плавностью.

Известно, что оба двигателя обеспечивают точное позиционирование в течение нескольких рабочих циклов, что критически важно для манипулятора при выполнении своих обычных задач. Шаговые двигатели имеют низкую цену и вызывают небольшие проблемы с настройкой или обслуживанием, тогда как сервоприводы более сложны в настройке и стоят дорого.Тем не менее, сервомеханизмы обладают ценными качествами для робототехнических приложений: всесторонняя обратная связь по движению, превосходная управляемость, равномерное и стабильное производство крутящего момента по всей кривой производительности.

В роботизированных решениях PULSE сервомеханизмы имеют следующие особенности и преимущества:

• Высокая плотность крутящего момента. Встроенные редукторы с металлическими зубчатыми колесами позволяют увеличить выходной крутящий момент бесщеточного двигателя переменного тока почти в сто раз, не влияя на габаритные размеры сервопривода.Базовая технология волн деформации влечет за собой дополнительное преимущество в виде почти нулевого люфта, сводя к минимуму потери эффективности.
• Гибкость движений. Роботизированные руки PULSE имеют шесть степеней свободы — почти столько же, сколько рука человека. Встроенные в шарниры серводвигатели обеспечивают точное угловое смещение в диапазоне от -360 до +360 градусов. Кроме того, двигатели обеспечивают позиционирование рабочего инструмента с точностью до тысячной градуса. Стандартный механический интерфейс ISO 9409-1-50-4-M6 в соединении концевого эффектора облегчает интеграцию.Поскольку рука имеет модульную конструкцию, клиенты могут экспериментировать с конструкциями и конфигурациями для повышения гибкости.
• Высокоточное управление движением. Сервоприводы полагаются на обратную связь от двух энкодеров, выполняющих измерения до и после переключения. Чувствительные устройства следят за изменением положения, передавая собранные данные контроллеру, также расположенному внутри корпуса сервопривода. Модуль контроллера действует как интеллектуальный концентратор, обрабатывая обратную связь, чтобы определить, что необходимо отрегулировать для достижения желаемой тяги.
• Программируемость. За выполнение распорядка отвечают диспетчеры. Устройства представляют собой микропроцессоры на печатной плате, которые обмениваются данными с внешними мастерами для получения команд и отчетов об их выполнении. Поддерживаемые методы связи включают протокол CANOpen и интерфейс прикладного программирования (API) на языках C, Java и Python. Оба метода легко настроить в течение нескольких минут, буквально потребовав несколько строк командного кода для запуска связи.

• Надежность и долговечность.Большинство компонентов сервомеханизмов RDrive спроектированы и произведены собственными силами. Это означает непрерывный контроль качества на всех этапах жизненного цикла продукта и отслеживание производственных дефектов в случае их появления. Гарантированный срок службы составляет 35 000 часов как для приводов, так и для решения PULSE в целом. Модульная конструкция позволяет заменять сервоприводы с минимальными усилиями.
• Безопасность. Каждый привод оснащен защитой от перегрева на основе датчиков, встроенных в их бесщеточные сердечники.Коммуникационные интерфейсы CANOpen и API предлагают специальные функции безопасности для обнаружения аномальной работы, а также для остановки или настройки сервоприводов для реагирования на аномалии.

В качестве отдельных продуктов модели RDrive могут быть настроены для управления любым другим роботизированным решением: путем изменения форм-фактора, изменения креплений, изменения типа связи и т. Д.

Представьте себе будущее

Сервомоторы, приводящие в действие роботизированную руку, помогают человечеству построить лучшее будущее. В фантастическом мире завтрашнего дня люди должны проявлять творческий подход, а роботы должны действовать как их неутомимые и всегда внимательные сотрудники.Другими словами, ожидается, что люди будут рожать идеи, а машины — взращивать их до зрелого возраста, чтобы стать материальным активом.

Уже существует множество примеров, когда умные машины заменяют людей в опасных и скучных профессиях, таких как посещение сборочных конвейеров или работа с химическими веществами. В многочисленных исследованиях сообщается о значительной экономии, достигнутой за счет автоматизации промышленных рабочих процессов с помощью роботов.

Развитие сервомеханизмов открывает новые возможности в робототехнике.Сверхточные микродвигатели в руках роботов, используемые в качестве концевых эффекторов, уже могут имитировать мельчайшие сгибания пальцев. Внедрение новых методов управления, в том числе интерфейса мозг-машина, обещает большой прорыв в производстве тяжелых изделий и протезной медицине.

Представьте себе мастерскую, в которой нет людей, все они сидят в удаленных каютах, расслаблены в удобных креслах и заставляют умные механизмы поднимать грузы с помощью силы своей мысли.

Или представьте, что инвалиды снова получают возможность беспрепятственно передвигаться!

.