Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сервопривод или шаговый двигатель: какова разница и что выбрать

Сервопривод или шаговый двигатель: какова разница и что выбрать?

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?

Современные шаговые электродвигатели обеспечивают перемещение рабочей части с точностью до 0,01 мм.

Отличие шагового двигателя от сервопривода заключается в пропуске шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке, что значительно снижает качество обработки

Сервопривод для поворотного стола фрезерного станка или портала другого оборудования обеспечивает точность до 0,002 мкм.

Позиционирование по следящей схеме обеспечивает высокое качество обработки независимо от нагрузки

Максимальная скорость перемещения рабочих органов при использовании шагового электропривода — 25 м.

Время разгона — 120 об/мин за секунду

Сервопривод может перемещать портал со скоростью более 60 м/мин.

Время разгона составляет до 1000 об/мин за 0,2 секунды

Критерии выбора

Тип приводного двигателя для станков выбирают по следующим характеристикам:

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.

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.

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.

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

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.

О КОМПАНИИ

Мнение об электромобиле ZETTA

Мнение об электромобиле ZETTA

Не так давно был широко анонсирован первый российский серийный электромобиль ZETTA. А в рамках Петербургского международного экономического форума (ПМЭФ) директор Фонда развития моногородов сообщил о принятом решении выделить 49,5 млн рублей на организации производства универсального энергоэффективного тягового асинхронного двигателя с внешним ротором в рамках этого проекта. Общий объем инвестиций в проект — более 188 млн рублей.

Читать еще:  Vw дизельный двигатель весь в масле причины

Мы решили обсудить эту новость с управляющим директором ООО «Русэлпром. Электрические машины» Родионом Евгеньевичем Сурковым.

Как писала «Российская газета», основные характеристики автомобиля ZETTA:

  • Максимальная скорость: 120 км/ч (ограничение со стороны контроллера);
  • Габариты: 160×303×176 см;
  • Вес: 486–708 кг (в зависимости от батареи);
  • Ёмкость батареи: 10 кВт/ч;
  • Тип батареи: LiFePO4;
  • Автономность: 200–560 км езды на одном заряде;
  • Крутящий момент: 800 Нм;
  • Объём багажника: 180 литров;
  • Тормозная система: электрическая и механическая, ABS и ESP;
  • Ориентировочная стоимость продажи: 450 тысяч рублей;

— Родион Евгеньевич, есть ли у такого автомобиля будущее?

— Для начала давайте посмотрим на российский рынок электромобилей. По данным аналитического агентства «Автостат», продажи новых электромобилей за первые пять месяцев 2019 года составили 119 единиц. Если смотреть внимательнее, то мы увидим, что основная часть продаваемых электромобилей – это автомобили премиум класса или близкие к ним: Jaguar I-Pace и различные модели Tesla. ZETTA им не конкурент. Она может составить лишь конкуренцию Renault Twizy, которых продано 3 штуки. Но за счет более низкой цены – почти в два раза (450 против 900 тысяч рублей) есть потенциал создать нишу. Но говорить о создании анонсированного рынка в 20 000 автомобилей в год пока, однозначно, рано.

ZETTA: характеристики

— Электромобили смогут прижиться России?

— Еще в 1900 году на Всемирной выставке в Париже, конструктор Фердинанд Порше продемонстрировал электромобиль Lohner-Porshe с электрическими мотор-колесами, как у ZETTA. И даже было выпущено более 300 таких электромобилей, но в связи с динамичным развитием бензиновых двигателей мотор-колеса утратили популярность.

А сейчас другая тенденция — технологии развились и в электрофикации транспорта начали видеть только плюсы. По оценке экспертов компании McKinsey к 2030 году до 50% всех новых автомобилей будут так или иначе электрифицированы, а многие автопроизводители заявляют, что уже к 2023 году откажутся от двигателей внутреннего сгорания.

В России популярность электромобилей начнется, когда АВТОВАЗ не только внедрит электродвигатель, как он это сделал на модели Ellada еще в 2011 году, а когда сделает экономически обоснованную цену на него и создаст инфраструктуру для использования.

Однако, эффективное использование электромобилей возможно только в «теплых» регионах. Их аккумуляторы очень чувствительны к холодам. А вот применение гибридных автомобилей уже не вызывает вопросов. Их массовое использование мы уже видим на Дальнем востоке.

— Ваш концерн РУСЭЛПРОМ выпускает асинхронные двигатели. Создатели автомобиля ZETTA анонсировали, что их автомобили будут установлены асинхронные двигатели — мотор-колеса. Разработчики утверждают, что такой двигатель снижает удельное энергопотребление на 10-40%. Это возможно?

— По словам разработчиков ZETTA, двигатель создан на основе «совмещения двух типов классической обмотки – «звезда» и «треугольник», соединенных параллельно». Такая схема обмотки статора возможна, но значительной эффективности не принесет.

В плане производства, промышленные автогиганты применяют самые передовые технологии электродвигателестроения и такой большой разницы энергопотребления даже в 5% быть не может в принципе. Даже если предположить, что новый двигатель имеет высокие характеристики, то мы все равно не увидим ни одного сертификата соответствия ГОСТу, а только некие патенты без описательной части. А это значит, что даже работоспособность двигателей не подтверждена, не говоря уже о безопасности или долговечности.

ZETTA: ротор и статор

— А если все сертификаты на автомобиль будут получены?

— Чтобы люди начали покупать должен быть полностью решен вопрос обслуживания автомобилей. И это не только зарядные станции, но и ремонт. То есть человек как минимум должен жить в частном доме, чтобы заряжать автомобиль. Сейчас большинство обладателей электромобилей в России люди не бедные и могут себе это позволить. ZETTA все же будет позиционироваться, как бюджетный автомобиль и в первую очередь, за счет компактных размеров, для города. А пока ни в Москве, ни в других городах подобной инфраструктуры нет.

— РУСЭЛПРОМ собирается участвовать в такого рода проектах?

— Если нам поступит запрос по разработке двигателей для серийных автомобилей мы с удовольствие возьмемся за этот проект. У нас уже есть много наработок по этой теме. Мы уже серийно освоили силовой электропривод — электродвигатель и силовой блок для легких коммерческих автомобилей – фургонов, класса VAN. Да, стоимость автомобилей выходит чуть выше, чем с классическим бензиновым двигателем, но разница окупается приблизительно за 2 года, ведь стоимость электроэнергии на 1 км пробега лишь 45 копеек. У автомобилей Тесла выходит примерно такая же стоимость километра.

Электрические приводы. Виды и устройство. Применение и работа

Электропривод – электромеханическая система, служащая для привода в движение функциональных органов машин и агрегатов для выполнения определенного технологического процесса. Электрические приводы состоят из электродвигателя, устройства преобразования, управления и передачи.

Устройство

С прогрессом промышленного производства электрические приводы заняли в быту и на производстве лидирующую позицию по числу электродвигателей и общей мощности. Рассмотрим структуру, типы, классификацию электроприводов, и предъявляемые к нему требования.


1 — Передний крепеж
2 — Винтовая передача
3 — Концевой датчик
4 — Электродвигатель
5 — Зубчатая передача
6 — Задний крепеж

Читать еще:  Давление масла зависит от оборотов двигателя
Функциональные компоненты

  • Р – регулятор служит для управления электроприводом.
  • ЭП – электрический преобразователь служит для преобразования электроэнергии в регулируемую величину напряжения.
  • ЭМП – электромеханический преобразователь электричества в механическую энергию.
  • МП – механический преобразователь способен изменять быстродействие и характер движения двигателя.
  • Упр – управляющее действие.
  • ИО – исполнительный орган.
Функциональные части
  • Электропривод.
  • Механическая часть.
  • Система управления.

Исполнительный механизм является устройством, которое смещает рабочую деталь по поступающему сигналу от управляющего механизма. Рабочими деталями могут быть шиберы, клапаны, задвижки, заслонки. Они изменяют количество поступающего вещества на объект.

Рабочие органы могут двигаться поступательно, вращательно в определенных пределах. С их участием производится воздействие на объект. Чаще всего электропривод с исполнительным механизмом состоят из электропривода, редуктора, датчиков положения и узла обратной связи.

Сегодня электрические приводы модернизируются по их снижению веса, эффективности действия, экономичности, долговечности и надежности.

Свойства привода
  • Статические . Механическая и электромеханическая характеристика.
  • Механические . Это зависимость скорости вращения от момента сопротивления. При анализе динамических режимов механические характеристики полезны и удобны.
  • Электромеханические . Это зависимость скорости вращения от тока.
  • Динамические . Это зависимость координат электропривода в определенный момент времени при переходном режиме.
Классификация

Электрические приводы обычно классифицируются по различным параметрам и свойствам, присущим им. Рассмотрим основные из них.

По виду движения:
  • Вращательные.
  • Поступательные.
  • Реверсивные.
  • Возвратно-поступательные.
По принципу регулирования:
  • Нерегулируемый.
  • Регулируемый.
  • Следящий.
  • Программно управляемый.
  • Адаптивный. Автоматически создает оптимальный режим при изменении условий.
  • Позиционный.
По виду передаточного устройства:
  • Редукторный.
  • Безредукторный.
  • Электрогидравлический.
  • Магнитогидродинамический.
По виду преобразовательного устройства:
  • Вентильный. Преобразователем является транзистор или тиристор.
  • Выпрямитель-двигатель. Преобразователем является выпрямитель напряжения.
  • Частотный преобразователь-двигатель. Преобразователем является регулируемый частотник.
  • Генератор-двигатель.
  • Магнитный усилитель-двигатель.
По методу передачи энергии:
  • Групповой . От одного мотора через трансмиссию приводятся в движение другие исполнительные органы рабочих машин. В таком приводе очень сложное устройство кинематической цепи. Электрические приводы такого вида являются неэкономичными из-за их сложной эксплуатации и автоматизации. Поэтому такой привод сегодня не нашел широкого применения.
  • Индивидуальный . Он характерен наличием у каждого исполнительного органа отдельного электродвигателя. Такой привод является одним из основных на сегодняшний день, так как кинематическая передача имеет простое устройство, улучшены условия техобслуживания и автоматизации. Индивидуальный привод нашел популярность в современных механизмах: сложных станках, роботах-манипуляторах, подъемных машинах.
  • Взаимосвязанный . Такой привод имеет несколько связанных электроприводов. При их функционировании поддерживается соотношение скоростей и нагрузок, а также положение органов машин. Взаимосвязанные электрические приводы необходимы по соображениям технологии и устройству. Для примера можно назвать привод ленточного конвейера, механизма поворота экскаватора, или шестерни винтового пресса большой мощности. Для постоянного соотношения скоростей без механической связи применяется схема электрической связи нескольких двигателей. Такая схема получила название схемы электрического вала. Такой привод используется в сложных станках, устройствах разводных мостов.
По уровню автоматизации:
  • Автоматизированные.
  • Неавтоматизированные.
  • Автоматические.
По роду тока:
  • Постоянного тока.
  • Переменного тока.
По важности операций:
  • Главный привод.
  • Вспомогательный привод.
Подбор электродвигателя

Чтобы приводы производили качественную работу, необходимо правильно выбрать электрический двигатель. Это создаст условия долгой и надежной работы, а также повысит эффективность производства.

При подборе электродвигателя для привода агрегатов целесообразно следовать некоторым советам по:
  • Требованиям технологического процесса выбирают двигатель с соответствующими характеристиками, конструктивного исполнения, а также метода фиксации и монтажа.
  • Соображениям экономии подбирают надежный, экономичный и простой двигатель, который не нуждается в больших расходах на эксплуатацию, имеет малый вес, низкую цену и небольшие размеры.
  • Условиям внешней среды и безопасности подбирают соответствующее исполнение мотора.

Правильный подбор электродвигателя обуславливает технико-экономические свойства всего привода, его надежность и длительный срок работы.

Преимущества
  • Возможность более точного подбора мощности двигателя для электропривода.
  • Электрический мотор менее пожароопасен в отличие от других типов двигателей.
  • Приводы дают возможность быстрого пуска и остановки механизма, его плавного торможения.
  • Нет необходимости в специальных регуляторах питания для электродвигателя. Все процессы происходят в автоматическом режиме.
  • Приводы дают возможность подбора мотора, свойства которого лучше других моделей сочетаются с характеристиками агрегата.
  • С помощью электрического привода можно плавно регулировать обороты механизма в определенных пределах.
  • Электродвигатель может преодолеть большие и долговременные перегрузки.
  • Электропривод дает возможность получения максимальной скорости и производительности рабочего механизма.
  • Электродвигатель дает возможность экономить электричество, а при определенных условиях даже генерировать ее в сеть.
  • Полная и простая автоматизация установок и механизмов возможна только с помощью электроприводов.
  • КПД электромоторов имеет наибольший показатель по сравнения с другими моделями двигателей.
  • Моторы производят с повышенной уравновешенностью. Это дает возможность встраивания их в механизмы машин, делать менее массивным фундамент.

Инновационные электрические приводы все автоматизированы. Системы управления приводом дают возможность рационального построения технологических процессов, увеличить производительность и эффективность труда, оптимизировать качество продукции и уменьшить ее цену.

Технические требования

К любым техническим механизмам и агрегатам предъявляются определенные требования технического плана. Не стали исключением и электроприводы. Рассмотрим основные предъявляемые к ним требования.

Надежность

В соответствии с этим требованием привод должен исполнять определенные функции и заданных условиях в течение некоторого интервала времени, с расчетной вероятностью работы без возникновения неисправностей.

При невыполнении этих требований остальные свойства оказываются бесполезными. Надежность может значительно отличаться в зависимости от характера работы. В некоторых механизмах не требуется долгого времени работы, однако отказ механизма не должен иметь место. Такой пример можно найти в военной промышленности. И другой пример, где наоборот, время службы должно быть большим, а отказ устройства вполне возможен, и не приведет к серьезным последствиям.

Читать еще:  Шум при запуске двигателя лифан х60
Точность

Это требование связано с отличием показателей от заданных. Они не могут превышать допустимые величины. Электроприводы должны обеспечивать перемещение рабочего элемента на определенный угол или за некоторое время, а также поддерживать на определенном уровне скорость, ускорение или момент вращения.

Быстродействие

Это качество привода обеспечивает быструю реакцию на разные воздействия управления. Быстродействие связано с точностью.

Качество

Такая характеристика обеспечивает качество процессов перехода, исполнение определенных закономерностей их выполнения. Качественные требования создаются вследствие особенностей работы машин с электроприводами.

Энергетическая эффективность

Любые производственные процессы преобразования и передачи имеют потери энергии. Наиболее важным это качество стало в применении электроприводов механизмов, приводах значительной мощности, долгим режимом эксплуатации. Эффективность использования энергии определяется КПД.

Совместимость

Электрические приводы должны совмещаться с работой аппаратуры, в которой они применяются, с их системой снабжения электроэнергией, информационными данными, а также с рабочими элементами. Наиболее остро стоит требование совместимости электроприводов для медицинской и бытовой техники, в радиотехнике.

Тенденция развития электроприводов для запорной арматуры

Электрический привод (электропривод) — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса. Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии и главным источником механической энергии в промышленности.

В отрасли арматуростроения электроприводом называют устройства, предназначенные для приведения в действие трубопроводной арматуры.

Широкая автоматизация производственных процессов во всех отраслях народного хозяйства и быстрое развитие трубопроводного транспорта вызвали необходимость применения трубопроводных систем с автоматическим управлением.

Первым шагом в развитии электропривода для запорной арматуры стала конструкция мотор-редуктора с пультом управления «открыто», «стоп» и «закрыто». Ее использовали для управления шиберной задвижкой.

Точность позиционирования при этом была довольно низкой.

Внедрение плоскопараллельной задвижки уменьшило возможность возникновения протечек в трубопроводе, но потребовало более точного позиционирования, что дало толчок к созданию следующего типа привода: мотор-редуктора с концевыми выключателями. Преимуществом модернизированного мотор-редуктора являлась высокая точность позиционирования и расширение объектов обслуживания одним оператором. Однако из-за несовершенства концевых выключателей вероятность возможность аварий была очень высока.

Рисунок 1 – Мотор-редуктор

В чем состоит отличие электропривода от модернизированного мотор-редуктора?

Во-первых, специализированный электродвигатель с повышенными характеристиками пускового момента и уменьшенной инерцией.

Во-вторых, высокая степень защиты внутренних частей привода от воздействий окружающей среды и термозащита от перегрева в процессе эксплуатации.

В-третьих, большое количество по вариантам корпусов, диапазонам температур, электрических схем подключений и т.п.

Появление электропривода с односторонней муфтой крутящего момента связано с разработкой клиновой задвижки. Электропривод обеспечивал требуемый крутящий момент на закрытие, но с увеличением давления среды в трубопроводе возникла возможность протечки ее через бугельный узел (винт-гайка) при открытой задвижке. Это потребовало создания электропривода с двухсторонней муфтой, способного сжимать уплотнение на заданное усилие в положении «открыто».

В дальнейшем развитие электропривода шло по пути улучшения качества конструкции. Одной из наиболее простых и надежных конструкций электропривода можно назвать односкоростной электропривод с червячной передачей.

Конструкция односкоростного электропривода требует использования электродвигателя большой мощности и кабеля большого сечения. Данный электропривод расходует большое количество энергии. Таким образом, односкоростной электропривод экономически невыгоден.

В настоящее время разработана и испытана двухскоростная схема электропривода запорной арматуры с усилием крутящего момента. Двухскоростной электропривод состоит из электродвигателя, основного планетарного механизма, червячной передачи на путевые выключатели, цилиндрического редуктора и ручного дублера.

Рисунок 2 — Двухскоростной электропривод

Преимуществами данного электропривода становятся использование более дешевых материалов и в 2-2,5 раза меньший расход энергии по сравнению с односкоростным электроприводом.

Недостаток двухскоростного электропривода – большое количество зубчатых колес, требующих высокой точности изготовления. Кроме того, при переходе с большей скорости на меньшую (и наоборот) резко изменяются токовые характеристики электродвигателя, на что существующие системы автоматики реагируют как на аварийную ситуацию, т.е. производят отключения электропривода.

Революционные изменения, произошедшие за последние десятилетия в области микроэлектроники и информационных технологий, привели к смене концепций управления во всех сферах производства. Таким образом, широкое распространение получил программно-управляемый электропривод, в котором используется шаговый электродвигатель. Эти двигатели постоянно наращивают свою мощность при снижении габаритов, и их использование не требует применения сложных кинематических цепей и может реализоваться по упрощенной схеме.

Управляющая программа может храниться в памяти привода или транслироваться с центрального пункта управления и обеспечивать любые законы перемещения запорного органа задвижек.

Возникновение электропривода с электронным блоком управления явилось новым скачком в механизации трубопроводной арматуры. Данное поколение электроприводов дает возможность не только обеспечить высокую точность позиционирования и высокую надежность его работы, но и создает возможность диагностирования привода. Электронный блок управления позволяет контролировать обрыв и перекос фаз, фиксировать время открытия и закрытия, вести учет количества циклов срабатывания и выдавать оператору сигнал об аварийной или предаварийной ситуации.

Рисунок 3 — Интеллектуальный электропривод

Таким образом, дальнейшая тенденция развития электропривода связана с совершенствованием электронного блока и созданием электропривода с блоком управления и диагностики электроприводной арматуры, что даст возможность управлять неограниченным количеством электроприводной арматуры, своевременно диагностировав ее состояние, и предотвратить аварии.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector