装置自動化におけるサーボドライブの使用
技術の進歩と競争により、生産性が継続的に向上し、技術機器の自動化の度合いが高まります。同時に、速度制御範囲、位置決め精度、過負荷容量などのパラメータに関して、調整可能な電気ドライブに対する要件が高まっています。
この要件を満たすために、最新の電気駆動装置であるサーボ駆動装置のハイテク装置が開発されてきました。幅広い速度制御において、高精度な動作プロセスを保証し、良好な再現性を実現する駆動システムです。サーボドライブは電気ドライブの最も先進的な段階です。
DCからACへ
長い間、DC モーターは主に制御されたドライブに使用されてきました。これは、電機子電圧制御則の適用が簡単であるためです。磁気アンプ、サイリスタ、トランジスタレギュレータが制御装置として使用され、アナログタコジェネレータが速度フィードバックシステムとして使用されました。
サイリスタ電気ドライブは、電力を供給する制御されたサイリスタ コンバータです。 永久エンジン… 電気駆動装置の電源回路は次のもので構成されます。 マッチングトランス TV。 6 相半波並列回路に接続された 12 個のサイリスタ (V01 ～ V12) から組み立てられた制御整流器。電流リミッタ L1 および L2 と独立励磁の DC モータ M。 三相変圧器 テレビには 2 つの電源コイルと、それらからシールドされた電源制御回路用のコイルがあります。一次巻線はデルタ形に接続され、二次巻線は中性端子を備えた六相スター形に接続されます。
このようなドライブの欠点は、制御システムの複雑さ、ブラシ集電装置の存在によりモーターの信頼性が低下すること、およびコストが高いことです。
エレクトロニクスの進歩と新しい電気材料の出現により、サーボ技術分野の状況は変化しました。最近の進歩により、最新のマイクロコントローラーと高速、高電圧パワー トランジスターを使用して、AC 駆動制御の複雑さを相殺することが可能になりました。 永久磁石は、ネオジム鉄ボロンおよびサマリウムコバルト合金で作られており、エネルギー強度が高いため、重量と寸法を削減しながら、ローターに磁石を備えた同期モーターの特性が大幅に向上しました。その結果、ドライブの動特性が向上し、小型化が実現しました。非同期および同期 AC モーターへの傾向は、伝統的に DC 電気ドライブに基づいていたサーボ システムで特に顕著です。
非同期サーボ
非同期電動機は、シンプルで信頼性の高い設計が低コストであるため、業界で最も人気があります。しかし、このタイプのモータはトルクや速度の制御が複雑な制御対象であり、ベクトル制御アルゴリズムを実装した高性能マイコンと高分解能のデジタル速度センサを使用することで、速度制御範囲や精度特性を得ることができます。非同期電気ドライブの性能は、同期サーボ ドライブの性能と同等です。
周波数制御 AC 誘導ドライブは、周波数 50 Hz の単相または三相電圧を可変周波数の三相電圧に変換するトランジスタまたはサイリスタ周波数コンバータを使用して、かご形誘導モータのシャフトの速度を変更します。 0.2 ～ 400 Hz の範囲で。
今日 周波数変換器 これは、最新の半導体ベースの小型 (同様の出力の非同期電動機よりもはるかに小さい) デバイスで、内蔵マイクロプロセッサによって制御されます。 可変非同期電気ドライブ これにより、生産の自動化や省エネ、特に技術機械の回転速度や送り速度の無段階調整など、さまざまな問題を解決できます。
コストの点では、非同期サーボドライブは高出力において議論の余地のない優位性を持っています。
同期サーボ
同期サーボ モーターは、永久磁石励起と光電ローター位置センサーを備えた 3 相同期モーターです。かごまたは永久磁石ローターを使用します。その主な利点は、発生するトルクと比較してローターの慣性モーメントが低いことです。これらのモータは、ダイオード整流器、コンデンサバンク、およびパワートランジスタスイッチに基づくインバータで構成されるサーボアンプと組み合わせて動作します。整流された電圧のリップルを平滑化するために、サーボアンプにはコンデンサのブロックが装備されており、ブレーキの瞬間にコンデンサに蓄積されたエネルギーを放電トランジスタとバラスト抵抗で変換し、効果的なダイナミックブレーキを実現します。
可変周波数同期サーボ ドライブは、応答が速く、パルス プログラム制御システムとうまく連携し、次のドライブ品質が必要とされるさまざまな業界で使用できます。
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作業体の高精度な位置決め。
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トルクを高精度に維持します。
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移動速度を維持したり、高精度に送り込んだりすることができます。
同期サーボモーターとそれをベースにした可変ドライブの主なメーカーは、三菱電機 (日本) と Sew-Evrodrive (ドイツ) です。
三菱電機は、定格電力 30 ～ 750 W、定格速度 3000 rpm、定格トルク 0.095 ～ 2.4 Nm の 5 つのサイズの低電力サーボ ドライブ Melservo-C を製造しています。
同社は、定格出力 0.5 ～ 7.0 kW、定格速度 2000 rpm、定格トルク 2.4 ～ 33.4 Nm の中出力ガンマ周波数サーボ ドライブも製造しています。
三菱の MR-C シリーズ サーボ ドライブは、制御システムに完全な互換性 (パルス入力) があるため、ステッピング モーターの置き換えに成功しますが、同時にステッピング モーター特有の欠点もありません。
MR-J2 (S) サーボモーターは他のサーボモーターと異なり、最大 12 個の制御プログラムを含む拡張メモリーを備えたマイクロコントローラーが内蔵されています。このようなサーボドライブは、動作速度の全範囲にわたって精度を損なうことなく動作します。このデバイスの重要な利点の 1 つは、「蓄積されたエラー」を補償できることです。サーボアンプは、一定数のデューティサイクルの後、またはセンサーからの信号に応じてサーボモーターを「ゼロ」にリセットするだけです。
Sew-Evrodrive は、個々のコンポーネントと、あらゆるアクセサリを備えた完全なサーボ ドライブの両方を提供します。これらのデバイスの主な応用分野は、プログラムされた工作機械用のアクチュエータと高速位置決めシステムです。
Sew-Evrodrive 同期サーボ モーターの主な特徴は次のとおりです。
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始動トルク - 1 ～ 68 Nm、強制冷却用ファンの存在下 - 最大 95 Nm。
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過負荷容量 - 始動トルクに対する最大トルクの比 - 最大 3.6 倍。
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高度な保護 (IP65);
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固定子巻線に組み込まれたサーミスタがモーターの加熱を制御し、あらゆる種類の過負荷が発生した場合のモーターの損傷を防ぎます。
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パルス光電センサー 1024 パルス/rev。最大 1:5000 の速度制御範囲を提供します
結論を導き出しましょう:
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調整可能なサーボドライブの分野では、アナログ制御システムを備えた DC 電気ドライブを、デジタル制御システムを備えた AC 電気ドライブに置き換える傾向があります。
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最新の小型周波数変換器をベースにした調整可能な非同期電気ドライブにより、高度な信頼性と効率で生産自動化とエネルギー節約のさまざまな問題を解決できます。木工機械や機械の送り速度をスムーズに調整するためにこれらのドライブを使用することをお勧めします。
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非同期サーボ ドライブは、29 ～ 30 N/m を超える高出力およびトルク (たとえば、皮むき機のスピンドル回転ドライブ) において、同期サーボ ドライブに比べて議論の余地のない利点があります。
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高速が必要であり（自動サイクルの持続時間は数秒を超えない）、発生するトルクの値が最大 15 ～ 20 N / m である場合は、さまざまな種類のセンサーを備えた同期モーターをベースにした調整可能なサーボ ドライブを使用する必要があります。モーメントを低下させることなく、最大 6000 rpm までの回転速度を調整できます。
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AC 同期モーターをベースとした可変周波数サーボ ドライブにより、CNC を使用せずに高速位置決めシステムを作成できます。
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