Серводвигатель что это: Сервопривод: что это такое, виды, принцип работы сервомотора

Что такое серводвигатель

Серводвигатель – это специальный электродвигатель с отрицательной обратной связью, который предназначен для применения в станках с ЧПУ. Серводвигатели обладают достаточно высокими скоростными характеристиками, а также высокой точностью позиционирования.

Серводвигатель – это неприхотливый рабочий элемент, который входит в состав промышленного оборудования. При правильной эксплуатации серводвигатель способен работать 24 часа в сутки.

История серводвигателя

Современные серводвигатели соединили в себе все достижения научно-технического инновационного прогресса, поэтому способны развивать огромные скорости вращения при весьма высокой мощности. Большой диапазон регулировки вращения вала серводвигателя средствами программного обеспечения при существенном ускорении или торможении, делает это оборудование просто незаменимым для применения в станках или поточных линиях и многих других конструкциях.

Сравнение шаговых двигателей и серводвигателей

Как известно серводвигатели сочетают в себе достаточно большую мощность и компактность. Однако данные моторы могут функционировать, только если в наличии имеется электронный блок. Связка сервомотора и электронного управляющего модуля именуется – сервоприводом. Одно из основных достоинств сервомоторов перед ШД (шаговыми двигателями), это, безусловно, плавностью хода. Присутствие обратной связи создает условия для точного позиционирования положения, а также скорости вращения вала сервомотора.

Отличие шаговых двигателей

Как правило, шаговые двигатели для управления их работой тоже требуют наличия электронных блоков, однако в отличие от сервомоторов они не требуют обратной связи и функционируют в своем дискретном режиме. Непосредственно сам шаговый двигатель – это электродвигатель особой конструкции, который преобразует задающие ему импульсы в дискретное перемещение с определенным количеством шагов.

В целом же, шаговые двигатели применяются в тех случаях, когда за счет полного отсутствия модуля обратной связи требуется уменьшить стоимость привода. По принципу работы, серводвигатели с шаговыми электромоторами во многом схожи и в некоторых случаях даже могут использовать стандартные электронные устройства.

Применение шаговых двигателей

Шаговые двигатели можно использовать в современных наукоемких устройствах, потому как точность их функционирования достаточно высока. Поэтому, даже, несмотря на интенсивность реализовываемых функций, в работе они неприхотливы, долговечны и очень надежны. Шаговые электродвигатели интегрируются в различные системы автоматизации производства, например, начиная от станков с ЧПУ (числовым программным управлением) и оканчивая аналитическими приборами.

Если нет потребности в слишком высокой точности работы исполняющего механизма и плавности движения при «не» больших скоростях подачи, то приобретение дискретного устройства позволит существенно сократить расходы на оборудование, тем самым сэкономив средства, потому как стоимость шагового двигателя вместе с управляющим блоком, существенно ниже сервопривода.

Шаговые двигатели относятся к типу безколлекторного оборудования постоянного тока. Поэтому, как и любые двигатели, где отсутствует коллектор, они обладают достаточно высокой надежностью и значительным сроком службы. По сравнению с традиционным включением двигателей постоянного тока, шаговые двигатели требуют присутствия электронных схем коммутации специальных обмоток во время работы. Шаговый двигатель, это весьма и весьма дорогое устройство, поэтому если точность позиционирования не значительна, в место них целесообразней всего использовать обычные коллекторные двигатели.

какова разница и что выбрать? обновлено 31.05.2020 — MULTICUT

Обновлено: 31.08.2020

В качестве электропривода порталов и исполнительных узлов фрезерно-гравировальных станков с чпу и оборудования для плазменной резки с ЧПУ применяются шаговые двигатели и сервоприводы. Что лучше: шаговый двигатель или сервопривод, и в каких случаях применение того или иного электропривода экономически и технически оправданно, рассмотрим в данной статье.

Устройство шагового привода

Шаговый привод состоит из синхронной электрической машины и управляющего контроллера. Последний обеспечивает подачу управляющих сигналов на обмотки двигателя и их попеременное включение в соответствии с заданной программой.

Шаговый двигатель — электрическая машина, преобразующая управляющие сигналы в перемещение вала на определенный угол и фиксацию его в заданном положении. Количество шагов таких электродвигателей составляет от 100 до 400, угол шага — от 0,9-3,6°.

Принцип работы шагового двигателя

Состоит это электромеханическое устройство из статора, где размещены катушки возбуждения, и вращающейся части с постоянными магнитами или обмотками. Такая конструкция ротора обеспечивает его фиксацию после отработки управляющей команды.

На статоре расположено несколько обмоток. При подаче напряжения на катушку, под воздействием магнитного поля ротор поворачивается на определенный угол в соответствии с пространственным положением обмотки. При ее обесточивании и подаче управляющего сигнала на другую катушку вращающаяся часть электродвигателя занимает другую позицию. Каждый поворот вала соответствует углу шага. При обратной последовательности подачи напряжения на катушки ротор вращается в противоположном направлении.

Для поворота ротора на меньший угол одновременно включаются 2 обмотки. Количество шагов ограничено и зависит от числа полюсов статора электромотора. Для обеспечения плавного вращения ротора на катушки статора подают разные токи, разность которых определяет положение ротора. Такой способ управления позволяет снизить дискретность и увеличить количество шагов до 400.

К числу недостатков шаговых двигателей можно отнести довольно низкую скорость, пропуск шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке на валу, снижение момента при высокой частоте вращения и большое время разгона.

Устройство сервопривода

Сервопривод состоит из синхронного двигателя, датчика скорости и положения, а также управляющего контроллера. Основная разница между шаговым двигателем и сервоприводом состоит в наличии обратной связи по положению, скорости, моменту на валу ротора.

Электропривод такого типа построен на базе следящей схемы автоматического регулирования. При несоответствии скорости или другой величины контроллер будет подавать сигналы на отработку, пока требуемый параметр или положение вала не будет соответствовать заданному. В качестве датчика обратной связи используют абсолютные и относительные энкодеры различных типов и конструкций.

Принцип действия сервопривода

Управляющее устройство в соответствии с заданной программой подает напряжение на сервопривод, который соединен с порталом станка. Двигатель перемещает рабочий орган. При этом энкодер вырабатывает импульсы, поступающие на контроллер. Подсчет их числа осуществляет управляющее устройство. Количество импульсов пропорционально перемещению портала. При достижении рабочим органом заданного положения на электромотор перестает поступать напряжение. Портал фиксируется. Пока число импульсов, зафиксированных контроллером с датчика, не достигнет запрограммированной величины, двигатель будет осуществлять перемещение рабочего органа.

Шаговый сервопривод можно также настроить на поддержание постоянной частоты вращения вне зависимости от нагрузки или постоянного момента при разной скорости.

К достоинствам сервоприводов относятся точность позиционирования, динамика разгона и отсутствие снижения момента при высоких скоростях. Ограничивает применение сервопривода, как правило, достаточно большая стоимость.

Чем отличается сервопривод от шагового двигателя?

Критерии выбора

Тип приводного двигателя для станков выбирают по следующим характеристикам:

• 
  Производительность.

  
  По этому параметру сервоприводы значительно превосходят шаговые электромоторы. На станок с ЧПУ для обработки крупных деталей или заготовок из твердых материалов лучше уставить сервомотор, например, ESTUN 1000 Вт. Такой электропривод обеспечит более высокую скорость обработки твердых материалов. Для малогабаритного промышленного оборудования (например, настольного фрезерного станка) среднего класса точности, предназначенного для обработки мягких материалов, лучше выбрать шаговый двигатель.

• 
  Эксплуатационные расходы.

  
  Программирование и настройка сервопривода на станке с ЧПУ требуют высокой квалификации исполнителя. Такой привод намного дороже в обслуживании, соответственно расходы на его эксплуатацию будут выше.

• 
  Точность.

  
  Сервоприводы для станков с ЧПУ необходимы для высокоточной автоматизированной обработки. Такой привод позволяет позиционировать положение рабочего органа с точностью до 0,02 мкм, в то время как максимальная точность шаговой электрической машины — 0, 01 мм.

• 
  Цена.

  
  Стоимость шагового двигателя значительно ниже цены сервопривода. При невысоком бюджете лучше предпочесть первый вариант.

• 
  Уровень шума.

  
  По этому показателю сервомоторы предпочтительней. Работа шаговых электродвигателей сопровождается звуком, соответствующим частоте шагов на различных оборотах.

Таким образом, выбор сервопривода или шагового двигателя в качестве привода на фрезерно-гравировальный станок и оборудование для плазменной резки следует совершать, руководствуясь исключительно экономической и технической целесообразностью.

Читайте также

Обновлено: 18 Января 2019

Для построения и развития успешного бизнеса, связанного с работой на фрезерном станке с ЧПУ, важно наличие значительных преимуществ перед конкурентами: например, высочайшего качества продукции и доступных цен. В данной статье расскажем, какие именно станки с ЧПУ подходят для малого бизнеса, какова стоимость того или иного оборудования, и насколько рентабелен такой вид деятельности…

Обновлено: 18 Января 2019

Станки с ЧПУ значительно повлияли на сферу металлообработки и на работу с другими материалами. Программируемые установки обеспечиваюют повышенную точность фрезеровки, что приводит к значительному увеличению производительности труда. Процесс обработки заготовок проходит беспрерывно и в строгом соответствии заданной программе, а результат работы отличается высокой точностью. В статье мы рассмотрим важнейшие технические характеристики фрезерных станков с ЧПУ и основные сферы их применения…

Обновлено: 18 Января 2019

Рабочий режущий инструмент станков с ЧПУ — это фреза. Конструктивно она является вращающейся деталью с заточенными зубьями. Фрезы для станков с ЧПУ по дереву производят из разных сплавов и делят на категории. Их выбор зависит от характеристик обрабатываемой поверхности, типа работы и степени твердости древесины. Правильно выбрать подходящий инструмент для программных станков поможет наша статья, которая познакомит вас с типами фрез и их назначением…

Обновлено: 6 Декабря 2018

Шаговое устройство — бесщеточный двигатель с несколькими обмотками, функционирующий по синхронному принципу. Принцип работы шагового двигателя заключается в поочередной активации обмоток, которые обеспечивают вращение / остановку ротора…

Обновлено: 6 Декабря 2018

Современные сверлильные станки с ЧПУ используются на производствах, на которых в больших объемах осуществляется обработка деталей всевозможного назначения, например, на мебельных фабриках. Сегодня производители предлагают покупателям модели сверлильных станков с ЧПУ во всем функциональном многообразии…

Сервопривод или шаговый двигатель?

В случаях, когда необходима высокая точность работы исполнительных механизмов, используют асинхронный электродвигатель с энкодером обратной связи. Однако в промышленных станках с особыми требованиями к точности позиционирования подобное оборудование не справится с задачами в силу ряда конструктивных недостатков — низкого момента на малых скоростях, проскальзывания ротора, инерции при разгоне и торможении. В таких случаях используются сервоприводы и шаговые двигатели. Рассмотрим преимущества и недостатки обоих типов приводов.

Сервоприводы

В состав сервопривода входят серводвигатель и электронный блок управления (сервоусилитель или сервопреобразователь). В качестве серводвигателей наиболее широко применяют синхронные трехфазные электродвигатели, в которых установлены мощные постоянные магниты для улучшения динамических характеристик. Обязательным компонентом сервопривода также является энкодер. Как правило, он превосходит по своим параметрам обычные энкодеры, поставляемые отдельно. Его разрешение может достигать сотен тысяч импульсов на оборот, за счет чего достигается сверхточное позиционирование. Для примера, разрешение встроенных энкодеров сервоприводов Delta ASD-A2 составляет 1 280 000 имп/об.

Сервоусилитель получает два сигнала управления — сигнал задания скорости (или угла поворота) и сигнал обратной связи с энкодера. В результате сервопривод обеспечивает движение какой-либо механической нагрузки с большой точностью не только по скорости вращения, но и по углу поворота, который может быть выдержан до долей градуса.

Шаговые двигатели

Шаговый двигатель — это особый вид многофазного синхронного двигателя, дискретное вращение которого производится путем подачи импульсов напряжения на нужные обмотки статора. При этом ротор не имеет обмоток и состоит из магнитного материала.

Основной параметр шагового двигателя — его шаг, или количество шагов на оборот. Для одного полного оборота ротора необходимо строго определенное количество импульсов. Чем меньше шаг, тем большую точность позиционирования может обеспечить данный шаговый двигатель.

Управляющие импульсы формируются специальным драйвером, который получает задание с контроллера. При этом обратной связи не требуется, поскольку путем подсчета импульсов всегда можно узнать, на какой угол повернулся вал шагового двигателя, и сколько оборотов он сделал.

Преимущества сервоприводов

• Мощность серводвигателей может достигать 15 кВт, в то время как мощность шагового электродвигателя, как правило, не превышает 1 кВт.
• Бесшумность работы благодаря принципу действия и сверхточному исполнению конструкции.
• Скорость вращения в сервоприводах может достигать 10000 об/мин, в некоторых случаях и больше. У шаговых двигателей номинальная скорость вращения обычно не превышает 1000 об/мин вследствие падения момента и увеличения вероятности ошибок.
• Высокая энергоэффективность. Потребляемая мощность сервопривода пропорциональна нагрузке на валу. Для шагового электродвигателя потребляемая мощность одинакова вне зависимости от нагрузки.
• Наличие обратной связи обеспечивает точной информацией о повороте вала в любой момент времени. В шаговых двигателях возможно проскальзывание при перегрузке, накопление ошибки и потеря позиционирования.
• Большая плавность хода. В шаговых двигателях добиться плавности можно только путем применения специальных методов управления.

Преимущества шаговых двигателей

• Меньшая цена при одинаковой мощности в силу более простой конструкции двигателя и драйвера.
• Возможность работы на экстремально низких оборотах без ухудшения характеристик и применения редукторов.
• Более точное позиционирование, обусловленное конструкцией двигателя.
• Отсутствие необходимости в обратной связи.
• Для фиксации вала двигателя при останове достаточно снять с него напряжение. При останове серводвигателя необходимо расходовать мощность на удержание либо использовать электромеханический тормоз.

Применение

В промышленном оборудовании для выполнения задач позиционирования имеет смысл использовать и асинхронные двигатели с обратной связью, и сервоприводы, и шаговые двигатели.

Сервоприводы устанавливаются в тех узлах оборудования, где требуется точное позиционирование механизмов для их синхронизации с другими узлами. В частности сервоприводы широко используют в обрабатывающих станках.

Шаговые двигатели нашли наибольшее применение в станках с ЧПУ и в робототехнике.

На практике встречаются производственные линии, в которых в различных узлах используются все три типа электродвигателей.

Другие полезные материалы:
Выбор оптимального типоразмера электродвигателя
Как выбрать мотор-редуктор
Редуктор от «А» до «Я»

Сервопривод. Что это такое и когда его применять

Что такое сервопривод?

Сервопривод это электрический мотор с обратной связью. С функциональной точки зрения это обозначает, что это такой мотор, который можно очень точно позиционировать. Точность позиционирования достигается с помощью обратной связи – датчика, встроенного в мотор.

Работа сервопривода заключается в следующем:

На двигатель подается управляющий импульс, который запускает его. Останов двигателя происходит в момент достижения необходимой позиции, о которой сигнализирует обратная связь, в виде датчика;

Стандартная схема сервопривода состоит из следующих основных узлов (см.рис.):

Рассмотрим более подробно, как происходит управление сервоприводом:

При подаче управляющего сигнала на сервопривод специальная электросхема производит сравнение поступившего напряжения и напряжения на датчике обратной связи (потенциометре). Если разность напряжений не равна нулю, то привод приходит в движение. Движение происходит до тех пор, пока разность сигналов не станет равна нулю.

Для чего применяются сервоприводы?

Сервоприводы очень распространены в различных сферах производства, и не только. Особенную популярность они получили в тех отраслях, где требуется очень точное позиционирование, это:

• Фасовочные и упаковочные машины;
• Разливные машины;
• Этикеровочные машины;
• Промышленная робототехника;
• Производство печатных плат;
• Станки с ЧПУ;
• Авиамодельное дело.

Также сервопривода используют для установки на различные клапаны и задвижки, требующие особенной точности и надежности.

Какие сервоприводы применяются?

Широкое распространение серводвигателей повлекло за собой появление их различных видов, которые можно разделить по следующим критериям:

Подбор сервопривода. Почему это важно?

Когда встает вопрос о выборе необходимого сервопривода, важно знать основные технические параметры, по которым следует делать выбор:

• Момент на валу – сила, которую может преодолеть двигатель при вращении;
• Скорость – на сколько градусов повернется вал двигателя за единицу времени;
• Питающие напряжение – определяет величину напряжения, подключаемого к сервоприводу;
• Угол вращения – максимальный поворот вала, обычно 180 или 360 градусов;
• По углу поворота – бывают постоянного поворота (то есть только на 90 или любой другое значение), а могут быть на любой угол в определённых пределах;
• Тип управления устройством – цифровой, либо аналоговый.

Правильно подобранный сервопривод будет очень надежно и долго служить вам, и выполнять поставленную перед ним задачу с максимальной точностью.

Вывод

Для того чтобы подвести итог о сервоприводах, выделим его плюсы и минусы: 

• Плюсы:
  • Универсальность – широкий выбор вида и уровня мощности;
  • Точность и надёжность повышенные;
  • Высокая скорость, в сравнении с другими видами двигателей;
  • Бесшумная работа;
  • Точная работа на малых оборотах.
• Минусы:
  • Более «громоздкая» система за счет наличия датчика обратной связи;
  • Управление сложнее, чем, например, шаговым двигателем;
  • Высокая стоимость. 

Как получить подробную информацию?

Для того чтобы купить сервопривод или получить более подробную информацию, обратитесь к нашим специалистам. Компания «РусАвтоматизация» поможет в выборе необходимого для решения поставленной задачи серводвигателя. При этом вы сэкономите время и деньги за счёт выбора оптимального функционала.

Серводвигатель или шаговый электродвигатель? Что лучше выбрать?

Всем инженерам хорошо известно, что нет такого понятия, как идеальное решение — есть просто лучшее решение для рассматриваемой проблемы. Это особенно актуально для серводвигателей и шаговых двигателей. Оба широко используются в промышленности. Применение ни одного из них не является универсальным решением. Однако при правильном применении как шаговые, так и серводвигатели могут обеспечить эффективную и надежную работу при максимальной производительности системы. Дерево решений для выбора между ними имеет много ветвей, но наиболее важными являются скорость, ускорение и цена.

Шаговые двигатели

Шаговые двигатели состоят из ротора с постоянными магнитами и неподвижного статора, в котором расположены обмотки. Когда ток проходит через обмотки статора, он генерирует магнитный поток, который взаимодействует с магнитным полем ротора и приводит ротор в движение. Шаговые двигатели имеют очень большое количество полюсов, обычно 50 или более. Драйвер шагового двигателя последовательно подает напряжение на каждый полюс, так что ротор вращается с определенным шагом. Из-за очень большого количества полюсов движение кажется непрерывным.

Шаговые электродвигатели имеют ряд положительных качеств. Поскольку они генерируют пошаговое движение, для них, как правило, не требуется замкнутая система регулирования, что избавляет от необходимости установки энкодера или тахогенератора, что положительно сказывается на цене установки. Большое количество полюсов позволяет им генерировать очень высокий крутящий момент при нулевой скорости. Они компактны и в целом экономичны (рисунок ниже).

С другой стороны,
шаговые электродвигатели имеют ограничения по скорости. Они обычно работают с
максимальной  эффективностью всего при
1200 об / мин или ниже. Хотя они генерируют высокий крутящий момент при нулевой
скорости, крутящий момент падает при увеличении скорости (график ниже).
Например, двигатель, создающий момент 3 кгс·м  при
нулевой скорости, может выдать только 1.5 кгс·м при 500 об / мин и всего 0.3 кгс·м при 1000 об / мин.

Теоретически можно
использовать редуктор для увеличения крутящего момента, но именно здесь малая
скорость шаговых двигателей становится проблемой. Добавление редуктора 10: 1 к
шаговому двигателю со скоростью 1200 об / мин может повысить крутящий момент на
порядок, но также снизит скорость до 120 об / мин. Если двигатель используется
для шарико-винтового привода или чего-либо подобного, он, вероятно, не будет
обеспечивать достаточную скорость для удовлетворения потребностей механизма.

Как правило, шаговые двигатели не изготавливаются в типоразмерах, превышающих NEMA 34, при этом большинство применений относятся к размерам двигателей NEMA 17 или NEMA 23. В результате практически невозможно найти шаговые двигатели, способные производить крутящий момент от 28 до 57 кгс·м.

На графике зеленым
показана зависимость момент шагового двигателя от скорости, красным – зависимость
максимального момент серводвигателя от скорости и синим – момент серводвигателя
от скорости.

Шаговые двигатели также имеют ограничения по производительности. Вы можете представить себе шаговый двигатель как пружинно-массовую систему. Двигатель должен преодолеть трение, чтобы начать вращение и переместить нагрузку, после чего ротор машины не контролируется. В результате команда продвижения на пять шагов может привести к повороту двигателя только на четыре шага или шесть шагов.

Однако, если система электропривода
дает команду двигателю продвинуться на 200 шагов и он сделает это за несколько
шагов, ошибка составит несколько процентов. Хотя мы используем шаговые
электродвигатели с разрешением от 25 000 до 50 000 шагов на оборот, но поскольку
двигатель представляет собой систему с пружинно-массовой нагрузкой, наш обычный
диапазон составляет от 2000 до 6000 отсчетов за оборот. Тем не менее, при этих
разрешениях даже ошибка в 200 шагов соответствует доле градуса.

Добавление энкодера позволит системе точно отслеживать движение, но не сможет преодолеть базовую физику работы электрической машины. Для приложений, требующих повышенной точности позиционирования и разрешения, серводвигатели обеспечивают лучшее решение.

Серводвигатели

Как и шаговые двигатели,
серводвигатели имеют много реализаций. Давайте рассмотрим наиболее
распространенную конструкцию, которая включает в себя ротор с постоянными
магнитами и неподвижный статор с обмотками. Здесь также ток создает
распределение магнитного поля, которое воздействует на ротор и развивает
крутящий момент. Однако серводвигатели имеют значительно меньшее число полюсов,
чем шаговые электрические машины. В результате они должны работать в замкнутой
системе управления.

В целом, серводвигатели более сложные, чем шаговые. Они работают значительно быстрее, со скоростями порядка нескольких тысяч оборотов в минуту (рисунок ниже). Это позволяет использовать серводвигатели с редукторами, чтобы обеспечить гораздо более высокий крутящий момент на нужных скоростях. Они также обеспечивают более постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей электродвигателя. В отличие от шаговых двигателей, они не имеют удерживающего момента как такового.

Однако работа в
замкнутом контуре позволяет контроллеру / электроприводу дать команду на
удержание нагрузки в определенном положении, и двигатель будет непрерывно ее
регулировать, чтобы удерживать ее на одном месте. Таким образом, серводвигатели
могут обеспечивать фактический удерживающий момент. Тем не менее, обратите
внимание, что вариант удерживающего крутящего момента при нулевой скорости
зависит от правильного размера двигателя для управления нагрузкой и
предотвращения колебаний относительно заданного местоположения.

Серводвигатели обычно используют редкоземельные магниты, в то время как шаговые двигатели чаще используют менее дорогие обычные магниты. Редкоземельные магниты позволяют развивать более высокий крутящий момент в меньшем корпусе. Серводвигатели также получают преимущество в крутящем моменте от их общего физического размера. Диаметры серводвигателей обычно варьируются от NEMA 17 до 220 мм. В результате этих комбинированных факторов серводвигатели могут выдавать крутящий момент до 114 кгс·м.

Сочетание скорости и крутящего момента позволяет серводвигателям обеспечивать лучшее ускорение, в сравнении с шаговыми двигателями. Они также обеспечивают лучшую точность позиционирования в результате работы с обратной связью.

Подведем итоги

Серводвигатели
предлагают неоспоримое преимущество в производительности. Однако с точки зрения
стабильности позиционирования шаговые двигатели могут быть весьма
конкурентоспособными. Эта точка зрения приводит к распространенному заблуждению
о шаговых двигателях, которое является мифом о «потерянном шаге». Как мы уже
обсуждали ранее, массово-пружинный характер нагрузки шагового двигателя может
привести к нескольким потерянным шагам. Привод дает команду движению шагового
механизма в определенный угол, однако потерянные шаги не переносятся от
вращения к вращению. Все зависит от необходимого уровня точности
позиционирования.

Вышеприведенное
обсуждение подводит нас к окончательному и ключевому различию между шаговыми
электродвигателями и сервоприводами — стоимости. Шаговые двигатели обычно не
требуют обратной связи, они используют менее дорогие магниты и редко содержат
редуктора. Из-за большого количества полюсов и их способности генерировать
удерживающий момент они потребляют меньше энергии при нулевой скорости. В
результате шаговый двигатель может быть на порядок дешевле, чем аналогичный
серводвигатель.

Подводя итог, можно
сказать, что шаговые двигатели являются хорошим решением для механизмов с малой
скоростью вращения, небольшим ускорением и малыми требованиями к точности.
Шаговые двигатели также имеют тенденцию быть компактными и недорогими. Это делает
эти машины подходящими для применения в медицине, биотехнологиях, безопасности
и обороне, а также в производстве полупроводников. Серводвигатели — лучший
выбор для систем, требующих высокой скорости, высокого ускорения и большой
точности. Компромисс — более высокая стоимость и сложность. Серводвигатели
обычно используются в упаковке, конвертации, плетении сетей и
аналогичных приложениях.

Если ваши требования не слишком критичны, а бюджет ограничен, рассмотрите шаговый двигатель. Если производительность является наиболее важным аспектом, серводвигатель выполнит свою работу, но будьте готовы заплатить больше.

Что нужно знать, чтобы правильно выбрать двигатель

• Требования к крутящему моменту
• Требования к скорости
• Желаемое ускорение
• Нагрузка, масса и инерция
• Бюджет
• Габаритные показатели

Асинхронный серводвигатель (сервомотор). Частотное управление

Данный вид двигателей широко известен своей технологичностью и непритязательностью к условиям работы, что важно для условий промышленного производства со всеми его особенностями. Небольшая масса, скромные габариты и привлекательная себестоимость, лёгкость обслуживания выгодно выделяют его среди другого электрооборудования. Хотя в 90-е годы началась активная замена синхронными серводвигателями, но асинхронный тип по-прежнему занимает свою долю на предприятиях и массово используется в промышленности.

На рисунке схематичное изображение асинхронного двигателя.

Асинхронный двигатель с точки зрения математики

Полное описание нелинейной системы с элементами, которые взаимно перемещаются выходит довольно объемным. Физические явления кажутся простыми, напряжения, токи и потокосцепления являются изменяемыми векторными характеристиками. Это частота, фаза и амплитуда. Изучает работу такого оборудования теория электрических машин.

Асинхронные машины обладают заметной нелинейностью. Магнитный поток связан с намагничивающим током. Из-за переменного насыщения магнитной цепи сопротивления роторной цепи определяются частотой и температурой.

Для определения нагрузки асинхронного электродвигателя, в частном случае серводвигателя, нужно кроме сопротивлений схемы замещения знать и другие переменные, а именно частоты, напряжения и скольжения.

Для расчета и дальнейшего изучения и прогнозирования режима работы такого оборудования и электроприводов на этой базе требуется знать математическое выражения зависимостей скольжения от внутренних параметров и режимов его работы.

Тормозные режимы работы

При частотно-управляемом торможении – этот режим работы не уступает по важности двигательному. Возможно использование механики, тем не менее, частотное управление даёт возможность производить торможение привода за счёт электричества. Что в значительной степени выгоднее.

Асинхронный серводвигатель можно использовать в режиме двигателя и в 3-х режимах торможения, которые различаются направлением потоков энергии.

В режиме двигателя мощность передаётся от источника электроэнергии на вал двигателя. Магнитное поле вращается, дублируя направление, что и вал машины. Скорость вращения вала меньше скорости вращения поля.

Как регулировать напряжение.

Для управления асинхронными электродвигателями, регулировку напряжения статора в чистом виде не производят. Напряжение статора меняют вместе с частотой напряжения подаваемого на статор. Основные виды характеристик U/F и U/F². Вид характеристики, по которой будет управляться двигатель, выбираются в преобразователе частоты или сервоприводе.

Для формирования синусоидального тока статора обычно используются векторный и скалярный способы формирования напряжения. Наиболее выгодным оказывается векторный режим, который позволяет создать б`ольшую амплитуду выходного напряжения, чем скалярный.

Когда мы управляем напряжением статора, то управляем скорее не крутящим моментом, а больше статическим запасом крутящего момента.

Что такое серводвигатель и когда он используется? — Блог CLR

Выбор электродвигателя является основополагающим для любого электромеханического проекта. Когда проект требует максимальной точности, все чаще вспоминают звезду этой статьи: серводвигатель . Узнайте, как они работают и почему они являются одними из основных устройств в робототехнике и промышленности, которые требуют высокоточных движений.

Что такое серводвигатель?

Также называемые сервоприводами, они представляют собой исполнительные устройства для точного управления скоростью, крутящим моментом и положением.Они обладают лучшими характеристиками и точностью по сравнению с приводами на основе преобразователей частоты, поскольку они не обеспечивают управление положением и имеют низкую эффективность на низких скоростях.

Серводвигатель — это устройство, которое содержит кодировщик, который преобразует механическое движение (обороты вала) в цифровых импульсов , интерпретируемых контроллером движения . Он также содержит драйвер; и вместе они составляют цепь, которая регулирует положение, крутящий момент и скорость.

Их основные характеристики — крутящий момент и скорость.

Серводвигатели используются в камерах, дверях подъемников или инструментах, которые могут быть у нас дома.

Мы уже упоминали, что такое серводвигатель, но из чего он состоит? Как это работает? Мы увидим это дальше.

Части серводвигателя

Серводвигатель состоит из:

• Электродвигателя: Он отвечает за создание движения через его вал.
• Система управления : Эта система позволяет управлять движением двигателя, посылая электрические импульсы.
• Система привода: Она состоит из шестерен, которые могут увеличивать или уменьшать скорость и крутящий момент.
• Потенциометр : он подключен к центральному валу и всегда информирует об угле, под которым расположен вал двигателя.

Основание серводвигателя. | Источник: Neoteo.com

Шаговые двигатели или серводвигатели?

Использование серводвигателя подразумевает ненужные дополнительные расходы для некоторых, поскольку существуют также шаговые двигатели (более доступный вариант , который предлагает точность, близкую к точности серводвигателей).Так что же такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель — это электродвигатель , но он не вращается; вместо этого, как следует из названия, он движется шаг за шагом. Другими словами, они не вращаются постоянно; они делают это на определенное количество градусов. Вы можете прочитать наш пост, посвященный шаговым двигателям, и подробнее узнать, когда и почему их использовать.

Итак, когда вы используете серводвигатель?

Серводвигатели считаются основополагающими при проектировании и производстве роботов .Это системы, требующие точного и контролируемого механического позиционирования. Мы можем видеть их в таких областях, как Industrial Automation или растущая область роботизированной хирургии .

С появлением цифровых серводвигателей были достигнуты большие успехи в области управления и эффективности. Повышение производительности связано с тем, что управляющая электроника использует микроконтроллер для выполнения всей работы. Этот факт позволяет подавать на двигатель больше управляющих импульсов, повышая точность движения и производительность.

С другой стороны, потенциометр делает больше показаний в секунду, и используются более эффективные и меньшие драйверы, которые позволяют управлять большей мощностью с помощью гораздо меньшей схемы. Если этого было недостаточно, микроконтроллер дает возможность программировать определенные параметры, такие как ход, центральное положение, нейтральная зона и т. Д.

Серводвигатели позволяют нам создавать все виды контролируемых движений и, несомненно, являются важными прорыв при разработке новых технологий.

Вам нужна помощь при выборе лучшего электродвигателя для малых приводов ? Загрузите электронную книгу CLR и начните с уверенностью делать выбор.

Что такое серводвигатель и типы серводвигателей переменного и постоянного тока

Проще говоря, серводвигатель представляет собой отдельный электродвигатель. Основная цель использования этого двигателя в промышленности — вращать и толкать детали машины, при этом необходимо определить задачу. Это один из наиболее широко используемых двигателей в таких областях, как промышленное производство, автоматизация и т. Д.Несмотря на то, что они предлагаются и планируются для использования в таких приложениях, как управление движением, для высокоточного позиционирования, быстрого реверсирования и выдающейся производительности. Применение серводвигателей включает в себя робототехнику, автоматизированные промышленные системы, радарные системы, системы слежения, станки, компьютеры, станки с ЧПУ и т. Д. В этой статье обсуждается обзор серводвигателей и различных типов серводвигателей

Что такое серводвигатель?

Другое название серводвигателя — управляемый двигатель, потому что он используется в системах управления с обратной связью, таких как выходные приводы, и не используется для непрерывного изменения энергии.Принцип работы серводвигателя и электромагнитного двигателя одинаков, за исключением того, что конструкция и функция отличаются. Номинальная мощность этих двигателей будет варьироваться от ватт до нескольких сотен ватт.

Серводвигатель

Когда бездействие ротора в двигателе невелико, реакция будет высокой. Точно так же ротор серводвигателя выше, чем у двигателя меньшего диаметра. Иногда они работают на меньшей или нулевой скорости. Серводвигатели применимы в радарах, станках, компьютерах, роботах, отслеживании, управлении обработкой, системах наведения и т. Д.Пожалуйста, перейдите по ссылке, чтобы узнать больше о серводвигателе — работа, преимущества и недостатки

Различные типы серводвигателей

Как правило, эти двигатели делятся на два типа в зависимости от источника питания, используемого для их функции, например серводвигатели переменного тока Серводвигатели постоянного тока и . Эти двигатели подходят для многих приложений благодаря развитию микропроцессора , , силового транзистора и высокоточного управления. Эти двигатели включают в себя трехпроводное питание, заземление и управление.В зависимости от размера и формы эти двигатели используются в различных приложениях. Наиболее часто используемый серводвигатель — это серводвигатель RC, который в основном используется в хобби. Основные характеристики этого мотора — доступность, простота и надежность.

Типы серводвигателей

Серводвигатель постоянного тока

Обычно серводвигатель постоянного тока включает в себя источник постоянного тока отдельно в области обмотки якоря. Двигателем можно управлять либо током возбуждения, либо током якоря.Управление якорем имеет некоторые преимущества по сравнению с управлением полем. Точно так же управление полем имеет преимущества по сравнению с управлением якорем. Управление этим двигателем может осуществляться в зависимости от используемого приложения. Этот двигатель обеспечивает быструю и точную реакцию на командные сигналы начала или окончания из-за небольшого индуктивного сопротивления якоря. Эти двигатели используются в нескольких устройствах и оборудовании с числовым программным управлением.

Типы серводвигателей постоянного тока

Серводвигатели постоянного тока подразделяются на различные типы:

Двигатели серии
• Двигатели раздельной серии
• Шунтирующий двигатель
• Шунтирующий двигатель с постоянным магнитом

Серводвигатели постоянного тока серии

Серводвигатели постоянного тока серийного типа обладают высоким пусковым моментом, а также потребляют большой ток.Регулировка скорости этого мотора очень меньше. Перенаправление может быть достигнуто путем изменения полярности напряжения поля с помощью разделенной последовательной обмотки возбуждения. Используя этот метод, можно снизить эффективность этого двигателя.

Двигатели серии Split

Эти двигатели типа представляют собой двигатели серии DC мощностью в несколько частичных киловатт, рассчитанные на разделенное поле. Эти двигатели могут работать как двигатели с индивидуальным возбуждением и полевым управлением. Якорь двигателя может быть запитан стабильным током.Этот двигатель имеет общую характеристику с крутящим моментом. Это определяет высокий крутящий момент при остановке и быстрое снижение крутящего момента за счет увеличения скорости. Это приведет к отличному демпфированию.

Двигатель параллельного управления

Серводвигатель параллельного управления не отличается от других двигателей постоянного тока. Этот двигатель имеет две обмотки, такие как обмотка возбуждения и обмотка якоря. Обмотки возбуждения расположены на статоре машины, а обмотки якоря — на роторе. Соединение между этими двумя обмотками может быть выполнено с источником постоянного тока.В шунтирующем двигателе постоянного тока две обмотки подключены к источнику постоянного тока параллельно.

Шунтирующий двигатель с постоянным магнитом

Это двигатель с постоянным возбуждением везде, где поле фактически создается стабильным магнитом. Характеристики двигателя такие же, как у двигателя с постоянным возбуждением, управляемого якорем, который мы узнаем в следующем сегменте.

Серводвигатель переменного тока

Серводвигатель переменного тока включает энкодер , который используется контроллерами для обеспечения обратной связи, а также управления с обратной связью.Электродвигатель переменного тока может быть обнаружен с высокой точностью, а также может точно контролироваться, если это необходимо для приложений. Эти двигатели имеют превосходную конструкцию для достижения лучшего крутящего момента. Применение серводвигателя переменного тока в основном включает в себя робототехнику, автоматизацию , оборудование с ЧПУ и многие другие приложения.

Типы серводвигателей переменного тока

Серводвигатели переменного тока подразделяются на различные типы:

• Серводвигатель позиционного вращения
• Серводвигатель непрерывного вращения
• Линейный серводвигатель

Серводвигатели переменного тока

Серводвигатель позиционного вращения

Наиболее распространенный вид серводвигателя — двигатель позиционного вращения.Выходной вал двигателя вращается на 180 градусов. Этот тип двигателя в основном включает в себя физические упоры, которые размещены в зубчатом механизме для предотвращения вращения снаружи и защиты датчика вращения. Серводвигатели позиционного вращения используются в роботах, самолетах, игрушках, управляемых автомобилях и многих других областях.

Серводвигатель непрерывного вращения

Как обычный серводвигатель позиционного вращения, так и серводвигатель постоянного вращения одинаковы, за исключением того, что он может двигаться в любом направлении без фиксированного ограничения.Управляющий сигнал поочередно определяет статическую точку сервопривода, чтобы понять направление и скорость вращения. Разнообразие возможных команд заставит двигатель вращаться в направлениях по часовой стрелке или против часовой стрелки, как выбирается путем изменения скорости на основе управляющего сигнала. Применение серводвигателя непрерывного вращения включает в себя радарную тарелку. Например, если вы путешествуете в одиночку на роботе, вы можете использовать его как приводной двигатель над мобильным роботом.

Линейный серводвигатель

Линейный серводвигатель — это один из видов двигателей, аналогичный сервомотору позиционного вращения, но с дополнительными механизмами для изменения выходного сигнала с кругового в направлении вперед и назад. Мы не можем легко найти эти двигатели, хотя иногда вы можете найти их в магазинах для любителей, где бы они ни использовались как приводы в современных моделях самолетов.

Таким образом, речь идет о типах серводвигателей. Этот двигатель является частью сервомеханизма и соединен с некоторым типом энкодера для обеспечения позиционирования, обратной связи по скорости, а также с некоторым устройством для устранения неисправностей, которое активирует сигнал питания.Основные характеристики, необходимые для любого серводвигателя, включают: выходной крутящий момент двигателя должен быть пропорционален приложенному напряжению. Направление крутящего момента, которое расширяется двигателем, должно зависеть от мгновенной полярности управляющего напряжения. Вот вопрос к вам, , каковы области применения серводвигателя?

Работа серводвигателей | Как работают серводвигатели

Как работают серводвигатели

Этот маленький моторчик отличается высоким КПД и мощностью

Серводвигатели существуют уже давно и используются во многих приложениях.Они небольшие по размеру, но обладают большой мощностью и очень энергоэффективны. Эти особенности позволяют использовать их для управления игрушечными машинками, роботами и самолетами с дистанционным или радиоуправлением. Серводвигатели также используются в промышленности, робототехнике, поточном производстве, фармацевтике и в сфере общественного питания. Но как работают маленькие ребята?

Сервосистема встроена прямо в моторный блок и имеет позиционируемый вал, который обычно оснащен шестерней (как показано ниже). Двигатель управляется электрическим сигналом, который определяет величину перемещения вала.

Что внутри сервопривода?

Чтобы полностью понять, как работает сервопривод, вам нужно заглянуть под капот. Внутри находится довольно простая установка: небольшой двигатель постоянного тока, потенциометр и схема управления. Двигатель прикреплен шестернями к колесу управления. Когда двигатель вращается, сопротивление потенциометра изменяется, поэтому схема управления может точно регулировать, насколько велико движение и в каком направлении.

Когда вал двигателя находится в желаемом положении, подача питания на двигатель прекращается.В противном случае двигатель вращается в соответствующем направлении. Требуемое положение передается с помощью электрических импульсов по сигнальному проводу. Скорость двигателя пропорциональна разнице между его фактическим положением и желаемым положением. Таким образом, если двигатель находится рядом с желаемым положением, он будет вращаться медленно, иначе он будет вращаться быстро. Это называется пропорциональным управлением . Это означает, что двигатель будет работать ровно настолько, насколько это необходимо для выполнения поставленной задачи, очень эффективный маленький парень.

Как сервопривод управляется?

Внутренности серводвигателя (L) и сервопривода в сборе (R)
Сервоприводы
управляются путем отправки электрического импульса переменной ширины или широтно-импульсной модуляции (ШИМ) через провод управления.Есть минимальный импульс, максимальный пульс и частота повторения. Серводвигатель обычно может поворачиваться только на 90 ° в любом направлении, всего на 180 °. Нейтральное положение двигателя определяется как положение, в котором сервопривод имеет одинаковую величину потенциального вращения как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки.
ШИМ, отправленный на двигатель, определяет положение вала и на основе длительности импульса, отправляемого через провод управления; ротор повернется в нужное положение. Серводвигатель ожидает увидеть импульс каждые 20 миллисекунд (мс), и длина импульса будет определять, насколько далеко двигатель вращается.Например, импульс 1,5 мс заставит двигатель повернуться в положение 90 °. Менее 1,5 мс перемещает его против часовой стрелки в положение 0 °, а время более 1,5 мс поворачивает сервопривод по часовой стрелке к положению 180 °.
Положение сервопривода с регулируемой шириной импульса

Когда эти сервомашинки получают команду двигаться, они перемещаются в положение и удерживают его. Если внешняя сила давит на сервопривод, когда сервопривод удерживает позицию, сервопривод будет сопротивляться выходу из этого положения.Максимальное усилие, которое может оказать сервопривод, называется номинальным крутящим моментом сервопривода . Однако сервоприводы не будут оставаться на своем месте вечно; импульс положения должен быть повторен, чтобы сервопривод оставался на месте.

Типы серводвигателей

Есть два типа серводвигателей — переменного и постоянного тока. Сервопривод переменного тока может выдерживать более высокие скачки тока и, как правило, используется в промышленном оборудовании. Сервоприводы постоянного тока не предназначены для сильных скачков тока и обычно лучше подходят для небольших приложений.Вообще говоря, двигатели постоянного тока дешевле, чем их аналоги переменного тока.
Это также серводвигатели, которые были созданы специально для непрерывного вращения, что упрощает перемещение вашего робота. Они оснащены двумя шарикоподшипниками на выходном валу для уменьшения трения и легкого доступа к потенциометру регулировки точки покоя.

Приложения для серводвигателя

Сервоприводы используются в самолетах с радиоуправлением для позиционирования поверхностей управления, таких как рули высоты, рули направления, ходьба робота или управление захватами .Серводвигатели небольшие, имеют встроенную схему управления и обладают хорошей мощностью для своего размера.

В сфере общественного питания и фармацевтики инструменты предназначены для использования в более суровых условиях, где высока вероятность коррозии из-за многократной мойки при высоких давлениях и температурах для соблюдения строгих гигиенических стандартов. Сервоприводы также используются в поточном производстве , где требуется высокая повторяемость, но точная работа.

Конечно, вам не нужно знать, как работает сервопривод, чтобы использовать его, но, как и в случае с большинством электроники, чем больше вы понимаете, тем больше возможностей открывается для расширенных проектов и возможностей проектов.Если вы любитель, конструирующий роботов, инженер, разрабатывающий промышленные системы, или вам просто постоянно интересно, куда вас приведут серводвигатели?

Руководство покупателя серводвигателя

---

Если у вас есть история или проект в области электроники, которым вы хотели бы поделиться, отправьте электронное письмо [электронная почта защищена].

Что такое СЕРВО-ДВИГАТЕЛЬ

Персонал

Слово «серводвигатель» (лат. «Servire» или англ. «Служить», также нем.‚Dienen‘) — это описание не типа конструкции, а, скорее, функции двигателя.

Поскольку двигатели являются приводными системами, серводвигатель описывает функцию пилотного двигателя или исполнительного механизма в отличие от основного двигателя.

Таким образом, в качестве серводвигателя можно в принципе использовать любой (здесь: электрический) двигатель, который способен достигать достаточно точного положения.

Большинство типов конструкций электродвигателей требуют, кроме того, электрического узла, который непрерывно предоставляет данные о положении и / или скорости ротора.Затем эта информация отправляется обратно в блок управления двигателем. Это создает управление с обратной связью. Поэтому, когда говорят о «серводвигателе», то обычно имеют в виду двигатель, который подходит для работы в режиме управления с обратной связью.

Более часто используемый шаговый двигатель, напротив, в разговорной речи не относится к той же категории, что и серводвигатель, хотя в принципе он выполняет ту же функцию.

классификация

В качестве классификации типов двигателей для серводвигателей широко используются шаговые двигатели, асинхронные двигатели, синхронизированные двигатели и двигатели постоянного тока.Как правило, двигатель также имеет электронный блок, который непрерывно выдает информацию о положении и / или скорости ротора. Эта часть называется обратной связью.

Под термином «обратная связь двигателя» понимаются тахогенераторы, резольверы, инкрементальные энкодеры, синусоидальные энкодеры, обратные связи по положению и их комбинации. Со временем устройства с импульсной проводной обратной связью и устройства на эффекте Холла стали технически устаревшими. Существует множество возможностей комбинирования типов двигателей и стилей обратной связи.

Поскольку серводвигатель должен достичь точного положения, ему всегда нужен блок управления высшего уровня, который принимает команды, сравнивает желаемые значения с фактическими значениями и подает соответствующий электрический ток для данного двигателя. Этот блок называется контроллером или сервоусилителем.

Шаговый двигатель составляет исключение. Поскольку движение шагового двигателя достаточно хорошо соответствует количеству шагов, обеспечиваемому контроллером, то, как правило, никакой обратной связи не требуется.

Практические примеры

Самолеты: винтовые двигатели (= главный двигатель), приводы закрылков, боковые рули направления (привод или серводвигатели)

Токарный станок: рабочий шпиндель (= главный двигатель), оси X и Y (= серводвигатель)

Термин «двигатель постоянного тока с электронной коммутацией»

Термин «двигатель постоянного тока с электронной коммутацией» по существу неверен. Вообще говоря, это ссылка на синхронные двигатели, которые не могут приводиться в действие постоянным током.Фактически, они требуют электронного управления, которое просто запитывается от промежуточной цепи постоянного тока.

дом

Серводвигатели

— синхронные и асинхронные

Мы также предлагаем модульную концепцию двигателя для динамических и точных сервоприводов. Выберите лучший серводвигатель для вашего приложения из трех синхронных и одной асинхронной серий: компактный, малоинерционный и мощный. Двигатели многих размеров и длины гарантируют широкий спектр применения и обеспечивают надежный крутящий момент в состоянии покоя.

Что такое серводвигатели?

Серводвигатель — это двигатель, который позволяет вам контролировать точное положение вала двигателя, а также скорость и / или ускорение. Для этой цели также используются соответствующие датчики и регулирующая техника. Раньше серводвигатели были вспомогательными приводами, предназначенными для использования в станках. Между прочим, серводвигатель получил свое название от латинского слова servus, что в переводе с английского означает «сервер».Серводвигатели состоят из асинхронного двигателя , синхронного двигателя или двигателя постоянного тока . Таким образом, разница между двигателями заключается не в самом принципе привода, а только в их возможностях регулирования.

Какие типы серводвигателей доступны?

Серводвигатели

можно разделить на синхронных и асинхронных серводвигателей . Однако двигатель всегда представляет собой привод, работающий с электронным управлением позиционированием, скоростью или крутящим моментом — или их комбинацией.К ним предъявляются очень высокие требования по динамике, диапазонам настройки и / или точности движения. Серводвигатели в основном используются в сочетании с решениями по автоматизации и управлению , например, в упаковочных машинах.

Что мы предлагаем: Синхронные и асинхронные серводвигатели

Асинхронные серводвигатели

Асинхронные серводвигатели

подходят для использования в приложениях, в которых необходимо перемещать с высокой внешней инерцией в установках и машинах и безопасно управлять ими.Имея это в виду, SEW ‑ EURODRIVE DRL. серия двигателей обеспечивает подходящие приводные решения.

Синхронные серводвигатели

Синхронные серводвигатели — это приводы, в которых ротор синхронно приводится в движение вращающимся полем в статоре с использованием приложенных постоянных магнитов.