Ghid de selecție a servomotoarelor: cuplu, viteză și precizie explicate

Alegerea servomotorului potrivit pentru o mașină industrială poate fi mai complicată decât simpla verificare a puterii nominale a motorului.

Un servomotor poate avea suficienți cai putere, dar totuși nu reușește să furnizeze suficient cuplu în timpul accelerației. Poate atinge viteza maximă necesară, dar funcționează slab la viteză mică. Poate avea, de asemenea, un codificator de înaltă-rezoluție, dar întreaga mașină nu poate atinge precizia de poziționare cerută de aplicație.

Motivul este simplu: cuplul, viteza și precizia sunt conectate.

Când selectați un servomotor, trebuie să priviți motorul, codificatorul, servomotor, transmisia mecanică și sarcina reală ca un sistem complet de control al mișcării.

Acest ghid explică cele trei cele mai importanteservomotorfactori de selecție-cuplul, viteza și precizia-și arată cum să le folosiți împreună atunci când alegeți un motor pentru aplicații industriale.

De ce contează cuplul, viteza și precizia în selecția servomotoarelor

Diferitele mașini impun cerințe diferite pentru servomotoarele lor.

O mașină de ambalat poate avea nevoie de accelerare rapidă și oprire precisă.

Un transportor poate avea nevoie de un control continuu stabil al cuplului și al vitezei.

O articulație robotizată poate avea nevoie de un cuplu mare într-un pachet compact.

O mașină CNC poate acorda prioritate preciziei de poziționare și o operare fluidă la -viteză mică.

Prin urmare, nu există un singur servomotor care să fie „cel mai bun” pentru fiecare aplicație.

Motorul potrivit trebuie să ofere combinația necesară de:

• Cuplu continuu
• Cuplul maxim
• Viteza de operare
• Viteza maxima
• Accelerare
• Precizia poziționării
• Rezoluția codificatorului
• Inerția sarcinii
• Ciclu de funcționare

Dintre acești parametri, cuplul, viteza și precizia sunt cele mai importante trei puncte de plecare.

1. Cuplu: Poate servomotorul să vă miște sarcina?

Cuplul determină cât de multă forță de rotație poate produce servomotorul.

Pentru echipamentele industriale, cuplul este de obicei mai important decât pur și simplu să ne uităm la cai putere.

Un servomotor are nevoie de un cuplu suficient pentru a depăși rezistența mecanică a mașinii și pentru a accelera sarcina.

Cerința totală a cuplului poate include:

Cuplul de sarcină

Cuplul de frecare

Cuplul de accelerare

Cuplul-gravitativ

Pierderi de transmisie

Aceasta înseamnă că motorul nu trebuie selectat numai în funcție de greutatea sarcinii.

Structura mecanică a mașinii contează la fel de mult.

Cuplu continuu vs cuplu maxim

Aceasta este una dintre cele mai importante distincții atunci când alegeți un servomotor.

Cuplu continuu

Cuplul continuu este cantitatea de cuplu pe care motorul o poate furniza în timpul funcționării normale, fără a-și depăși limitele termice.

Contează când motorul trebuie să funcționeze sub sarcină pentru perioade lungi.

De exemplu:

Un transportor poate necesita 5 N·m de cuplu continuu.

În acest caz, motorul selectat ar trebui să aibă un cuplu continuu suficient pentru a face față sarcinii de 5 N·m fără a funcționa continuu la limita sa termică.

Cuplul maxim

Cuplul maxim este cuplul mai mare disponibil pentru perioade scurte.

Devine importantă în timpul:

• Lansare
• Accelerare
• Decelerație rapidă
• Schimbări de direcție
• Schimbări bruște de sarcină

De exemplu, o mașină poate necesita:

Cuplu continuu de 5 N·m

dar

Cuplu maxim de 10 N·m

în timpul accelerării.

Un motor cu un cuplu continuu adecvat, dar cu un cuplu maxim insuficient poate funcționa normal la viteză constantă, dar se luptă ori de câte ori mașina trebuie să accelereze rapid.

Acesta este motivul pentru care ambele numere trebuie verificate.

Cât de multă marjă de cuplu ar trebui să lăsați?

O greșeală comună este alegerea unui motor al cărui cuplu nominal este exact egal cu sarcina calculată.

Mașinile reale funcționează rareori în condiții perfect constante.

Încărcările se pot modifica din cauza:

• Greutatea produsului
• Frecare mecanică
• Temperatură
• Purta
• Accelerare
• Eficiența transmisiei
• Conditii de productie
• Prin urmare, este utilă o marjă rezonabilă de inginerie.

Cu toate acestea, simpla alegere a unui motor care este de câteva ori mai mare decât sarcina calculată nu este neapărat mai bună.

Un motor supradimensionat poate crește:

• Costul motorului
• Costul servomotor
• Inerția sistemului
• Spatiu de instalare
• Consumul de energie

Scopul este de a oferi suficientă capacitate de cuplu fără a supradimensiona inutil sistemul.

2. Viteza: Cât de repede trebuie să funcționeze motorul?

Viteza este al doilea aspect important.

Când selectați un servomotor, nu vă uitați doar la turația maximă.

Ar trebui să determinați trei puncte de operare:

Viteza minima de operare

Viteza normala de functionare

Viteza maxima de operare

Întrebarea importantă nu este:

„Cât de repede se poate învârti acest motor?”

Este:

„Poate acest motor să ofere cuplul necesar la viteza de care are de fapt mașina mea?”

Această distincție este extrem de importantă.

Un servomotor poate avea o viteză maximă de 5.000 RPM, dar asta nu înseamnă că poate furniza cuplul maxim la 5.000 RPM.

Servomotoarele au caracteristici de cuplu-viteză care trebuie luate în considerare în timpul selecției.

De ce viteza mare și cuplul mare pot fi dificil de combinat

Viteza și cuplul motorului sunt strâns legate de caracteristicile electrice și mecanice ale motorului.

Când viteza crește, motorul poate intra într-o regiune în care cuplul disponibil scade.

Acest lucru creează o întrebare importantă de selecție:

Aveți nevoie de cuplu mare, viteză mare sau ambele în același timp?

De exemplu:

Aplicația A

Viteza de operare: 1.000 RPM

Cuplul necesar: 10 N·m

Aplicația B

Viteza de operare: 4.000 RPM

Cuplul necesar: 10 N·m

Deși ambele aplicații necesită același cuplu, Aplicația B este mult mai solicitantă deoarece motorul trebuie să mențină acel cuplu la o viteză mult mai mare.

Prin urmare, să se uite doar la cuplul nominal nu este suficient.

Verificați întotdeauna curba-de turație a cuplului motorului.

Viteza este, de asemenea, despre accelerație

Pentru aplicațiile servo, viteza maximă este doar o parte a ecuației.

Accelerația poate fi și mai importantă.

Luați în considerare o mașină care trebuie să se mute de la:

0 → 3.000 RPM în 0,2 secunde

Este foarte diferit de o mașină care ia:

10 secunde pentru a ajunge la 3.000 RPM.

Prima aplicație necesită performanțe dinamice mult mai mari.

Motorul trebuie să furnizeze suficient cuplu pentru a accelera rotorul și sarcina conectată în timpul necesar.

Acesta este motivul pentru care cerințele de accelerare ar trebui furnizate furnizorului de motoare în timpul selecției.

3. Precizie: Cât de precis poate poziționa servomotorul sarcina?

Precizia este adesea greșit înțeleasă în selectarea servomotoarelor.

Mulți cumpărători presupun că o rezoluție mare a codificatorului înseamnă automat că mașina va avea o precizie de poziționare extrem de ridicată.

Asta nu este neapărat adevărat.

Precizia reală a sistemului depinde de mai multe componente:

• Rezoluția codificatorului
• Algoritm de control servo
• Reactie mecanica
• Rigiditatea arborelui
• Precizia cutiei de viteze
• Flexibilitate de cuplare
• Vibrația mașinii
• Inerția sarcinii
• Toleranță mecanică de fabricație

Codificatorul este doar o parte a sistemului complet.

Rezoluția codificatorului vs precizia reală a poziționării

Acești doi termeni nu ar trebui tratați ca fiind același lucru.

Rezoluția codificatorului

Rezoluția codificatorului descrie cât de fin poate detecta codificatorul modificările poziției arborelui.

Rezoluția mai mare oferă controlerului mai multe informații de feedback.

Acest lucru se poate îmbunătăți:

• Feedback de poziție
• -netezime cu viteză mică
• Controlul mișcării
• Repetabilitate

Dar rezoluția mai mare nu elimină automat erorile mecanice.

Precizia reală a poziționării

Precizia poziționării descrie cât de aproape este poziția mecanică reală de poziția comandată.

De exemplu, dacă unei mașini i se comandă să se deplaseze la 100,00 mm, dar poziția finală este 100,08 mm, eroarea de poziționare este de 0,08 mm.

Acea eroare poate proveni din:

• Reactia cutiei de viteze
• Elasticitatea centurii
• Eroare de plumb șurub
• Deformare mecanică
• Montarea codificatorului
• Mișcarea încărcăturii

Prin urmare, atunci când un client spune: „Am nevoie de un servomotor-de mare precizie”, întrebarea corectă este:

De ce precizie are nevoie de fapt mașina completă?

Repetabilitate vs Acuratețe

Acestea sunt, de asemenea, concepte diferite.

O mașină se poate opri în mod repetat în aproape exact aceeași poziție, dar totuși să fie ușor departe de poziția comandată.

De exemplu:

• Poziția țintă: 100,00 mm
• Rezultate reale:
• 100,08 mm
• 100,08 mm
• 100,07 mm
• 100,08 mm

Sistemul are o repetabilitate bună, dar o precizie absolută slabă.

Această distincție contează în aplicații precum:

• Echipamente CNC
• Robotică
• Mașini de inspecție
• Echipamente semiconductoare
• Asamblare de precizie
• Sisteme automate de poziționare

Inerția sarcinii: factorul ascuns din spatele performanței servo

Cuplul, viteza și precizia nu pot fi evaluate separat de inerția sarcinii.

Un servomotor poate avea suficient cuplu nominal, dar totuși funcționează slab dacă sarcina conectată are o inerție foarte mare.

Inerția mare poate provoca:

• Accelerație lentă
• Depășire
• Vibrație
• Timp lung de așezare
• Erori de pozitionare
• Instabilitatea servo

Sarcinile obișnuite de-inerție mare includ:

• Role mari
• Mese rotative
• Volante
• Unelte mari
• Brațe robotice grele
• Ansambluri rotative de{0}}masă mare

Din acest motiv, furnizorul de motoare ar trebui să cunoască inerția aproximativă a sarcinii ori de câte ori este posibil.

De ce contează servomotor

Servomotorul este doar o parte a sistemului.

Servoacționarea determină modul în care puterea electrică este furnizată motorului și modul în care este procesat semnalul de feedback.

Înainte de a selecta un motor, verificați compatibilitatea între:

• Tensiunea motorului
• Curentul motorului
• Codificator
• Servoacționare
• Controlor
• Interfață de comunicare

Un motor cu specificații excelente poate oferi rezultate slabe dacă unitatea nu este potrivită în mod corespunzător.

Prin urmare, motorul și acționarea ar trebui selectate ca sistem.

Alegerea servomotorului potrivit în funcție de aplicație

Aplicațiile diferite acordă prioritate specificațiilor diferite.

Acesta este motivul pentru care simpla solicitare pentru „un servomotor de 2 kW” nu oferă suficiente informații pentru o selecție corectă.

Servomotoare 24V vs 48V vs 220V

Tensiunea este un alt factor de selecție important.

Servomotor 24V

Servomotoarele de 24 V sunt de obicei considerate pentru:

AGV-uri

AMR-uri

Roboți mobili

Aparatele alimentate cu baterie-

Echipament de automatizare compact

Sunt deosebit de convenabile atunci când mașina folosește deja o arhitectură electrică de 24 V DC.

Servomotor 48V

Sistemele de 48V pot furniza mai multă putere cu un curent mai mic în comparație cu sistemele de 24V.

Acest lucru poate fi util pentru:

Roboți mobili

Echipamente electrice

Automatizare{0}}de putere medie

Sisteme industriale-alimentate cu baterie

Curentul mai mic poate ajuta, de asemenea, la reducerea dimensiunii cablului și a pierderilor electrice.

Servomotor 220V

Servomotoarele de 220 V sunt utilizate pe scară largă în automatizările industriale unde este necesară o putere mai mare.

Aplicațiile tipice includ:

Mașini CNC

Roboți industriali

Mașini de ambalare

Echipamente automate de producție

Tensiunea adecvată depinde de arhitectura electrică completă a mașinii, mai degrabă decât de preferința motorului.

Când ai nevoie de o cutie de viteze?

Poate fi necesară o cutie de viteze atunci când aplicația necesită:

Cuplu de ieșire ridicat

Viteză scăzută de ieșire

Precizie ridicată de poziționare

Potrivire mai bună a inerției

De exemplu, un servomotor poate funcționa eficient la câteva mii de rpm, în timp ce mașina are nevoie doar de câteva sute de rpm.

O cutie de viteze poate reduce viteza în timp ce crește cuplul de ieșire.

Cu toate acestea, cutiile de viteze introduc și:

Reacție

Pierderi mecanice

Cost suplimentar

Întreținere suplimentară

Pentru aplicații de precizie, jocul cutiei de viteze ar trebui inclus în analiza de precizie.

Când ar trebui să alegeți un servomotor cu cuplu ridicat?

Un servomotor cu cuplu mare merită luat în considerare atunci când aplicația implică:

Sarcini grele

Accelerație rapidă

Pornire și oprire frecventă

Inerție mare

Ridicare verticală

Echipament rotativ mare

Robotică grea-

Cu toate acestea, cuplul mare nu trebuie confundat cu „mai bun”.

Dacă mașina dvs. are nevoie doar de o cantitate mică de cuplu, utilizarea unui motor semnificativ supradimensionat cu cuplu mare poate crește costul sistemului fără a îmbunătăți performanța.

Motorul ar trebui să fie dimensionat în jurul profilului real de mișcare.

Un proces practic de selecție a servomotoarelor

Un bun proces de selecție poate fi redus la următorii pași.

Pasul 1 - Definiți încărcarea

Determina:

Greutatea încărcăturii

Tip de încărcare

Frecare

Efecte gravitaționale

Transmisie mecanică

Pasul 2 - Calculați cuplul

Determina:

Cuplu continuu

Cuplul maxim

Cuplul de pornire

Cuplul de accelerare

Pasul 3 - Definiți viteza

Identifica:

Viteza minima

Viteză normală

Viteza maxima

Timp de accelerare

Pasul 4 - Calculați inerția

Evaluați inerția:

Motor

Cuplare

Cutie de viteze

Scripete

Rolă

Încărca

Pasul 5 - Definiți precizia

Stabiliți dacă aplicația necesită:

Precizia poziției

Repetabilitate

-netezime cu viteză mică

Feedback de{0}}înaltă rezoluție

Pasul 6 - Selectați Encoder

Alegeți un encoder în funcție de performanța de control necesară.

Pasul 7 - Potriviți unitatea servo

Verificați tensiunea, curentul, codificatorul, comunicarea și cerințele de control.

Pasul 8 - Evaluați mediul

Verificați temperatura, umiditatea, praful, vibrațiile și alte condiții de funcționare.

Pasul 9 - Examinați profilul complet de mișcare

Asigurați-vă că motorul selectat poate gestiona ciclul real-nu doar un punct de funcționare.

Lista de verificare pentru selecția servomotoarelor pentru cumpărători

Înainte de a solicita o ofertă, pregătiți următoarele informații:

Mecanic

Greutatea încărcăturii

Inerția sarcinii

Tip transmisie

Raportul de transmisie

Cerințe de arbore

Dimensiuni de montaj

Performanţă

Cuplu continuu

Cuplul maxim

Viteza nominală

Viteza maxima

Timp de accelerare

Timp de decelerare

Ciclu de funcționare

Precizie

Precizia de poziționare necesară

Repetabilitate necesară

Preferința codificatorului

Cerințe de reacție

Electric

Tensiune disponibilă

Curent continuu

Curent de vârf

Tip controler

Protocol de comunicare

Mediu

Temperatura mediului ambiant

Praf

Umiditate

Vibrație

Condiții de instalare

Cu cât aceste informații sunt mai complete, cu atât este mai ușor pentru furnizor să recomande motorul corect.

Greșeli frecvente de selecție a servomotoarelor

Alegerea numai după putere

Puterea este importantă, dar nu vă spune suficient despre cuplu la o anumită viteză.

Ignorând cuplul maxim

Un motor poate face față sarcinii continue, dar eșuează în timpul accelerației.

Presupunând că rezoluția codificatorului este egală cu precizie

Jocul mecanic și deformarea pot limita în continuare precizia de poziționare finală.

Ignorând inerția

Inerția mare a sarcinii poate face dificil de controlat un motor alimentat corect.

Supradimensionarea motorului

Un motor mai mare nu este automat mai fiabil sau mai eficient.

Selectarea motorului înainte de acționare

Motorul și acționarea trebuie să fie compatibile de la început.

Cum vă ajută Auric să alegeți servomotorul potrivit

Pentru OEM industriali, alegerea unui servomotor dintr-un catalog poate fi dificilă, deoarece catalogul descrie rareori fiecare detaliu al mașinii reale.

Auricabordează selecția servomotoarelor din partea aplicației.

În loc să ceară doar puterea motorului, procesul de selecție poate lua în considerare:

Cuplul necesar

Cuplul maxim

Viteza de operare

Accelerare

Inerția sarcinii

Cerințe pentru codificator

Voltaj

Dimensiuni de montaj

Configurația arborelui

Cerințe de frânare

Compatibilitate servo drive

Acest lucru este deosebit de util pentru producătorii de echipamente care au nevoie de un servomotor care se potrivește unei structuri mecanice existente sau unui design nou de mașină.

Auric poate evalua, de asemenea, cerințele personalizate pentru aplicațiile OEM în care specificațiile standard de catalog nu sunt suficiente.

Obiectivul nu este pur și simplu de a oferi un motor cu o specificație mai înaltă.

Acesta trebuie să furnizeze un motor care se potrivește corect cu cerințele reale de mișcare ale mașinii.

Întrebări frecvente

Care este cea mai importantă specificație atunci când alegeți un servomotor?

Nu există o specificație cea mai importantă. Cuplul, viteza, accelerația, inerția sarcinii, precizia și ciclul de lucru trebuie luate în considerare împreună.

Pentru majoritatea aplicațiilor, cuplul continuu și cuplul de vârf sunt primele specificații care trebuie calculate.

Cum calculez cuplul necesar pentru servomotor?

Începeți prin a evalua cuplul de sarcină, frecarea, cerințele de accelerație, gravitația și pierderile de transmisie mecanică. Condiția de funcționare-cel mai rău caz ar trebui inclusă în calcul.

Un servomotor cu turații mai mari oferă performanțe mai bune?

Nu neapărat. O viteză maximă mare este utilă doar dacă mașina chiar o cere. De asemenea, trebuie să verificați cât de mult cuplu poate furniza motorul la acea turație.

Un codificator de-înaltă rezoluție face aparatul mai precis?

Nu automat. Rezoluția codificatorului îmbunătățește rezoluția feedback-ului, dar precizia finală a mașinii depinde și de jocul mecanic, precizia transmisiei, rigiditatea, vibrațiile și performanța de control.

Am nevoie de o cutie de viteze cu servomotorul meu?

Nu întotdeauna. O cutie de viteze este utilă atunci când aveți nevoie de un cuplu de ieșire mai mare la viteză mai mică sau de o potrivire mai bună a sarcinii. Servomotoarele cu acționare directă-pot fi potrivite atunci când aplicația nu necesită reducerea vitezei.

Cum aleg între servomotoarele de 24V, 48V și 220V?

Începeți cu arhitectura electrică disponibilă și puterea necesară. 24V și 48V sunt comune în sistemele cu tensiune joasă-și alimentate cu baterii-, în timp ce 220 V este mai frecventă în mașinile industriale-de putere mai mare.

Gânduri finale

Selectarea unui servomotor nu înseamnă găsirea motorului cu cel mai mare cuplu, cel mai mare RPM sau cea mai mare rezoluție a codificatorului.

Este vorba despre găsirea echilibrului potrivit între cuplu, viteză și precizie.

Motorul are nevoie de suficient cuplu continuu pentru a face față sarcinii normale, suficient cuplu de vârf pentru a face față accelerației, suficientă viteză pentru ciclul necesar și feedback adecvat pentru a obține performanța de poziționare necesară.

În același timp, trebuie luate în considerare și inerția sarcinii, transmisia mecanică, ciclul de funcționare, compatibilitatea servomotor și mediul de operare.

Prin urmare, cel mai bun servomotor nu este neapărat cel mai mare sau cel mai puternic model.

Este motorul care poate furniza cuplul necesar la viteza necesară cu precizia necesară, rămânând în același timp fiabil și economic pe durata de viață a mașinii.

Pentru OEM industriali și producătorii de echipamente de automatizare, definirea acestor cerințe înainte de cumpărare poate preveni înlocuirea costisitoare a motoarelor și problemele de punere în funcțiune mai târziu.

Dacă puteți furniza sarcina reală, viteza, accelerația, precizia, ciclul de funcționare și cerințele de instalare, un furnizor profesionist de servomotoare, cum ar fi Auric, vă poate ajuta să treceți de la o specificație generală a motorului la o soluție de control al mișcării potrivită corespunzător.