Del 2: Hvordan din motor fungerer

Sådan vælger du det ideelle servo drev til din maskine

Driftstilstand

En servomotor fungerer med et lukket feedback-loop. En servoakse kan lukke kontrolsløjfen omkring moment, hastighed, position eller en kombination heraf, afhængigt af applikationen. Drevtilstande og akseoperations tilstande bestemmes af den bevægelse, som applikationen kræver. Lad os starte med momenttilstand.

Momenttilstand
Drevet forstærker controllersignalet, så det leverer den strøm til motoren, der skal dreje den og generere det ønskede moment. Momentet er proportionalt med motorens strøm.

Momenttilstand er ideel til aksialpresser og standsepressere. Et momentloop lukkes med induktiv føling inde i motorens viklinger. Analoge og digitale drivere kan fungere i momenttilstand. En enkoder, resolver eller Hall-effekt sensor på motorakslen og/eller belastningen er nødvendig for at opnå præcis hastighedskontrol til applikationer som spindler og AGV'er.

Digitale drivere kan behandle disse data for at lukke hastighedsloopet. Analoge drivere kan gøre det samme. Da analoge drivere mangler mikroprocessorer, kræver de analog feedback, såsom en tacho generatorer.

Positionstilstand
Den tredje driftstilstand er positionstilstand, som omfatter punkt-til-punkt bevægelse samt højt synkroniseret positionering. Positionstilstand kræver også feedback. Motion kontrollere lukker positionsloops. Afhængigt af applikationen kan digitale drivere være mere fornuftige til at lukke positionsloopet. Analoge drivere kan ikke lukke positionsloopet og har brug for en controller.

Krav til motoren

Elektriske motorer, der almindeligvis bruges til automatisering, omfatter synkrone roterende motorer, lineære motorer (AC og DC), stepmotorer, voice-spoler og AC-induktionsmotorer. Selvom variable frekvensomformere (VFD'er) kan bruges med AC-induktionsmotorer til at levere bevægelseskontrol, er dette ikke en del af denne blog. Vi vil fokusere på drivere, der bruges i synkrone motorer og stepmotorer.

DC-motorer kan klassificeres som permanente magnetbørste DC-motorer (PMDC) eller børsteløse DC-motorer (BLDC).

Børste motorer bruger mekaniske kontakter til at kommunikere med motoren. De fungerer som enfasede motorer og kræver kun to ledninger til at levere den specificerede spænding.

BLDC-servomotorer er generelt trefasede motorer. De kræver fire ledninger (én pr. fase plus jord). Når motoren drejer i den ønskede retning, aktiverer driveren viklingerne i den korrekte rækkefølge.

Ikke alle analoge servodrev kan drive BLDC-motorer, så hvis dit system inkluderer en BLDC-motor, skal du sørge for at vælge en driver, der har denne funktionalitet.

Digitale drivere tilbyder langt mere fleksibilitet – de er generelt i stand til at drive børstede DC-servomotorer, BLDC-servomotorer og endda AC-synkrone servomotorer. I sidstnævnte tilfælde omdanner driveren AC-input til DC-output ved hjælp af PWM. Dette er igen en specialiseret funktionalitet, så sørg for, at den driver, du vælger, har denne kapacitet.

Stepmotorer har andre driftskrav 

Selvom stepmotorer fås i flere forskellige designs, er de mest almindelige enheder på markedet tofasede motorer.

For at drive en tofased stepmotor skal driveren have fire sæt strøm-FET'er. De er forbundet med fire ledninger (A+ og A-, B+ og B-) og en jordforbindelse. Som følge heraf kan en stepmotor ikke drives af et konventionelt servodrev.

Selvom der findes dedikerede drivere til hver motortype, findes der også hybriddrivere, der kan bruges til at drive flere typer motorer. I tilfælde af hybriddrivere skal driveren blot være korrekt forbundet og konfigureret via softwaren.

Foto: Elmo’s Platinum Bell kan understøtte f.eks. 2 voice coil motorer, 1 børsteløs DC-motor eller en 2-faset stepmotor.

Drevets forsyning af strøm til motor

At forsyne motoren med strøm er den grundlæggende funktion af et drev. For at kunne positionere belastningen præcist skal drevet levere den nødvendige spænding og strøm, så motoren kan generere moment og hastighed.

Ved specificering af et drev skal man ikke kun overveje motorparametre og applikationskrav, men også strømforsyningen til selve drevet. Optimering af systemets ydeevne, pålidelighed og omkostninger kræver en nuanceret tilgang.

Specifikation af udgangseffekt

En almindelig fejl, som OEM'er begår, er at dimensionere motoren til applikationen og derefter blot købe et drev, der kan køre motoren ved topfart. Denne tilgang optimerer ikke kun systemets ydeevne, men kan også føre til fejl og endda for tidlig nedbrud.

For meget enkle systemer kan det være tilstrækkeligt at køre motoren ved maksimalt moment eller topfart, men det er vigtigt at se på det større billede.

Drev har maksimale strømspecifikationer, men de fleste kan også overskride peak-strømmen i korte intervaller. Dette gør det muligt for en motor-driver-kombination at producere bursts af højt moment, også kendt som over-torque eller over-current mode.

Hvis en akse primært kører ved et lavere moment, men lejlighedsvis har brug for høje moment bursts, kan det være muligt at købe et mindre, billigere drev og bruge det i over-current mode for at levere momentspidser. Denne teknik skal dog anvendes med forsigtighed.

De fleste drev kan kun levere peak-strøm i en begrænset tid uden at overophedes. Hvis motorens peak-moment kræver 10 A fra drevet, vil kørsel af motoren ved tre eller fire gange peak-værdien kræve 30 A eller 40 A fra drevet. Det kan hurtigt blive et problem. Bestem varigheden og hyppigheden af over-torque, og konsulter bare os for at afgøre, om du kan udnytte denne funktionalitet, eller om driveren skal opgraderes.

Inputstrøm til drevet

For at opnå den ønskede systemydelse er det vigtigt at levere den rette inputstrøm til drevet. Har maskinen flere strømforsyninger, eller den er bundet til et bestemt niveau på grund af hardwarebeslutninger, der er truffet for resten af maskinen eller faciliteterne.

Batteridrevne systemer

Ydeevne og maksimal driftstid pr. opladning er nøglefaktorer. Et bærbart system som et automatisk styret køretøj (AGV) er ikke særlig nyttigt, hvis det tilbringer det meste af sin tid i opladningsstationen.

Fokusér på at spare hver eneste milliampere og millivolt af input. Bevar strømmen ved at vælge højeffektive drev og anvende over-torque teknikker, hvor det er muligt, for at minimere drevets størrelse. For applikationer, der involverer start og stop eller retningsskift, bør du overveje regenerative drev.

Under deceleration genererer en motor overskydende strøm

Denne overskydende strøm skal fjernes. Det kan gøres ved at fordele den som varme i en modstand. Hvis du ønsker at høste strømmen og få den tilbage til batteriet, skal du bruge en regenerativ driver. For bærbare produkter giver regenerative drivere en stor konkurrencefordel.

Ligesom med strømtæthed gælder det, at jo mindre og lettere drevet er, desto mindre og lettere bliver det bærbare system som helhed, hvilket også kan øge cyklustiden betydeligt for drevne køretøjer.

Hvis systemet omfatter flere bevægelsesakser, kan batteriet forsyne alle drivere. Dette åbner op for afvejninger mellem drevstørrelse og batterispænding.

Alle drev har en minimum driftsspænding

Husk, at batteriets udgangskarakteristik ændrer sig over dets livscyklus, og et 24-volt batteri kan falde til 18 V eller 12 V, hvilket potentielt kan forårsage drevfejl.

Hvis batterispændingen falder under minimum driftsspænding, vil drevet stoppe med at fungere. Vælg et drev med et bredt driftsspændingsområde for at sikre fleksibilitet, effektiv drift og kompatibilitet under forskellige forhold.

Hvis et system er designet til at køre ved 1.000 RPM med et 24 V batteri, vil det ikke kunne opnå den hastighed, når batterispændingen falder til 18 V, men det vil stadig fungere (forudsat at controlleren er konfigureret til at acceptere den lavere hastighed).

Til top