DC-, BLDC- og AC-servomotorer
Her kan du læse om forskellene mellem de tre motorserier
Forstå teknologierne – og hvordan du vælger
Opfindelsen af servomotoren for omkring 100 år siden revolutionerede elektrisk bevægelse og gjorde det muligt at styre hastighed og position med høj præcision i applikationer som industriel automation, robotteknologi, medicinsk udstyr, flystyring, CNC-maskiner og mange andre områder.
Servomotorteknologierne har udviklet sig gennem årene, hvilket både har udvidet anvendelsesmulighederne og skabt et dilemma: Hvilken teknologi skal man vælge til sin applikation?
Lad os se nærmere på tre hovedtyper – børstede DC-permanentmagnetmotorer, BLDC-børsteløse DC-motorer og AC-permanentmagnetmotorer – og vurdere deres styrker, svagheder og ideelle anvendelsesområder.
DC-permanentmagnet-børste-servomotorer
Opfundet i 1926, er dette den tidligste servomotorteknologi, baseret på det børstede DC-motorkoncept, der stammer helt tilbage fra 1832. De konstruktioner, der anvendes i dag, benytter permanentmagneter på statoren og kobberviklinger på rotorens lameller. Servoaktiveringen sker via et realtids-feedbacksystem, f.eks. en tachometer.
Servodrevet fortolker feedbacksignalerne og regulerer spændingen til motoren gennem en række impulser med varierende bredde – en proces kendt som pulsbredde-modulation (PWM). Disse impulser kommuteres – dvs. fordeles til de forskellige faser af rotorviklingerne – via en roterende kontakt, bestående af en række kobberstænger (kommutatoren) i kontakt med faste børster lavet af et elektrisk ledende materiale som grafit.
AKM2G & AKM Low Voltage DC Servo Motors
DC Torque Motors
Når viklingerne aktiveres sekventielt, skaber de et roterende magnetfelt, som interagerer med permanentmagneterne og får rotoren til at dreje. Baseret på data fra hastighedssensoren anvender drevet pulsbredde-modulation til løbende at korrigere eventuelle afvigelser – for eksempel for at sikre en jævn rotorfart og præcis positionering, selv når motoren arbejder under varierende belastninger.
Fordele ved børstede DC-servomotorer
• Lavere anskaffelsespris, selvom den begrænsede levetid kan
udligne denne fordel
• Højt moment ved opstart og ved lave hastigheder
• Relativt simpelt styresystem
Ulemper ved børstede DC-servomotorer
• Slidte børster kræver regelmæssig udskiftning
• En slidt kommutator kræver reparation, nye lejer eller i værste
fald udskiftning af motoren
• Den fysiske kommutering begrænser effektoverførslen og kan,
hvis grænsen overskrides, medføre elektrisk lysbue (arcing)
Børsteløs DC servo motorer (BLDC)
BLDC står for BrushLess Direct Current, altså børsteløs jævnstrøm
Børsteløse DC-motorer blev opfundet i 1960’erne, muliggjort af fremskridt inden for halvlederbaseret elektronik. De tidlige modeller havde begrænset effekt, men BLDC-motorer blev for alvor praktiske i 1980’erne med den voksende tilgængelighed af kraftige permanentmagnetmaterialer. I dag bruges disse motorer langt mere almindeligt i industrielle applikationer end børstede DC-servomotorer.
Uden fysiske børster, der kontakter en roterende kommutator, er grunddesignet af en BLDC-motor omvendt i forhold til en børstet motor for at forbedre effektivitet og ydeevne. Armaturviklingerne er placeret inde i statoren/rammen på sporede lamineringer, og permanentmagneterne er fastgjort til rotoren.
Et feedback-enhed, såsom en encoder, rapporterer kontinuerligt rotorens position til driveren, som derefter direkte skifter DC-spændingen, der tilføres viklingerne, for at korrigere eventuelle rotationsfejl og opnå ønsket retning, hastighed og position. Denne elektroniske switching sker i trin, der groft efterligner en sinuskurve, hvor strømmen på et givet rotationspunkt påføres to faser, mens den tredje fase altid er slukket.
AKM-serien, synkron servomotor med permanent- magneter, høj momenttæthed, lav cogging
AKMH-serien, udviklet til fødevare- og farmaceutisk industri, IP69K-tæthed og let rengøring
Denne trappede bølgeform resulterer i momentpulsering, mens en cogging-effekt opstår på grund af tiltrækningen mellem permanentmagnetrotoren og statorens takkede stållamineringer. Disse egenskaber hæmmer præcis styring og jævn drift ved lave hastigheder, men det er sjældent et problem ved høje hastigheder. Slotløse motorer uden statortænder eliminerer cogging-effekten, men jævn lavhastighedsdrift sker på bekostning af betydeligt lavere moment.
Fordele ved børsteløse DC-servomotorer
• Præcis og hurtig lukket-løkke-styring ved mellem til høje
hastigheder
• Ingen fysisk kommutation betyder længere levetid, højere
effektivitet og minimal vedligeholdelse
• Kan opnå langt højere hastigheder end børstede motorer, med
mindre momentfald
Ulemper ved børsteløse DC-servomotorer
• Mere kompleks drivelektronik samt
programmering/opsætning
• Cogging* og momentpulsering kan hæmme jævnhed og
kontrol ved < 200 rpm
* Hakkebevægelse
AC-permanentmagnet-servomotorer
Synkrone AC-permanentmagnet-servomotorer er det foretrukne valg til de fleste applikationer, der kræver præcis positionerings- og hastighedsstyring. Teknologien blev først udviklet i 1980’erne og er siden blevet markant forbedret takket være fremskridt inden for drevelektronik, permanentmagnetmaterialer, produktionstolerancer og andre innovationer.
Det grundlæggende design minder om en BLDC-servomotor. Den ydre stator består af 3-fasede viklingsspoler placeret mellem en række laminerede ståltænder. Et elektronisk kommuteringssystem aktiverer disse spoler sekventielt for at skabe et roterende magnetfelt, som interagerer med permanentmagneterne på den indre rotor og dermed frembringer rotation.
I modsætning til BLDC-servomotorer tilføres kommuteringsstrømmen i en AC-servomotor som en sinusbølge til alle tre faser afhængig af rotorens position. Strømmens amplitude og frekvens varieres for at opnå større moment og mere præcis kontrol. Den jævne sinusbølge reducerer også effekten af cogging (hakbevægelse) og momentbølger (torque ripple).
Fordele
ved AC-permanentmagnet-servomotorer
• Stor momenttæthed, effekt og effektivitet i et kompakt design.
• Fleksible formfaktorer, størrelser og effektområder.
• Lav inerti, hvilket giver hurtig respons ved dynamisk skiftende
belastninger og hastigheder.
• Lang og driftssikker levetid med minimal vedligeholdelse.
Ulemper
ved AC-permanentmagnet-servomotorer
• Motorer med slidsede statorer kan udvise cogging ved lave
hastigheder, men dette kan kompenseres gennem sinusbølge-
kommutering og avanceret firmware i drevet.
EKM Serie Børsteløs AC Servo Motor
AKM-serien – Højeffektive, synkrone AC-servomotorer
Sammenligningsguide for servomotorer
Servomotor til præcision og ydeevne
Kollmorgen tilbyder et bredt udvalg af AC-permanentmagnet- og BLDC-servomotorer, der opfylder stort set ethvert bevægelseskrav. Uanset hvilken servoteknologi du vælger, kan vi hjælpe dig med at træffe det rigtige valg for at optimere systemets ydeevne, effektivitet og time-to-market.
Delta Elektronik har en Motion First-tilgang til automation, fordi maskinens performance i dag primært afhænger af bevægelsernes kvalitet, dynamikken og synkroniseringen.
Kontakt os – vi hjælper dig med at finde den ideelle løsning til din applikation.