Utilizzo di servoazionamenti nell'automazione delle apparecchiature

Il progresso tecnologico e la concorrenza portano a una crescita continua della produttività e ad un aumento del grado di automazione delle apparecchiature tecnologiche. Allo stesso tempo, i requisiti per gli azionamenti elettrici regolabili stanno aumentando in termini di parametri come il campo di controllo della velocità, la precisione di posizionamento e la capacità di sovraccarico.

Per soddisfare i requisiti, sono stati sviluppati dispositivi ad alta tecnologia della moderna trasmissione elettrica - servoazionamenti. Si tratta di sistemi di azionamento che, in un'ampia gamma di controllo della velocità, garantiscono processi di movimento altamente precisi e realizzano la loro buona ripetibilità. I servoazionamenti sono la fase più avanzata degli azionamenti elettrici.

da CC a CA

Per molto tempo, i motori a corrente continua sono stati utilizzati principalmente negli azionamenti controllati. Ciò è dovuto alla semplicità di applicazione della legge di controllo della tensione di armatura.Amplificatori magnetici, regolatori a tiristori e transistor sono stati utilizzati come dispositivi di controllo e generatori tachimetrici analogici sono stati utilizzati come sistema di retroazione della velocità.

L'azionamento elettrico a tiristori è un convertitore a tiristori controllato che fornisce energia motore permanente… Il circuito di potenza dell'azionamento elettrico è costituito da: un trasformatore di adattamento TV; raddrizzatore controllato assemblato da 12 tiristori (V01 … V12) collegati in un circuito parallelo a semionda a sei fasi; limitatori di corrente L1 e L2 e motore DC M ad eccitazione indipendente. Trasformatore trifase Il televisore ha due bobine di alimentazione e una bobina schermata da esse per alimentare i circuiti di controllo. L'avvolgimento primario è collegato a triangolo, l'avvolgimento secondario a stella esafase con terminale neutro.

Gli svantaggi di un tale azionamento sono la complessità del sistema di controllo, la presenza di collettori di corrente a spazzole, che riducono l'affidabilità dei motori, nonché l'alto costo.

I progressi nell'elettronica e l'emergere di nuovi materiali elettrici hanno cambiato la situazione nel campo della servotecnologia. I recenti progressi consentono di compensare la complessità del controllo dell'azionamento CA con microcontrollori moderni e transistor di potenza ad alta velocità e alta tensione. Magneti permanenti, realizzati in leghe neodimio-ferro-boro e samario-cobalto, grazie alla loro elevata intensità energetica, hanno migliorato sensibilmente le caratteristiche dei motori sincroni con magneti sul rotore, riducendone il peso e le dimensioni. Di conseguenza, le caratteristiche dinamiche dell'azionamento sono migliorate e le sue dimensioni sono state ridotte.La tendenza verso i motori AC asincroni e sincroni è particolarmente evidente nei servosistemi, che sono stati tradizionalmente basati su azionamenti elettrici DC.

Servo asincrono

Il motore elettrico asincrono è il più popolare nel settore grazie al suo design semplice e affidabile a basso costo. Tuttavia, questo tipo di motore è un oggetto di controllo complesso in termini di controllo di coppia e velocità, l'utilizzo di microcontrollori ad alte prestazioni che implementano l'algoritmo di controllo vettoriale e sensori digitali di velocità ad alta risoluzione consentono di ottenere il campo di controllo della velocità e le caratteristiche di precisione di un azionamento elettrico asincrono, non peggiore di quello di un servoazionamento sincrono.

Gli azionamenti a induzione CA a frequenza controllata modificano la velocità dell'albero del motore a induzione a gabbia di scoiattolo utilizzando convertitori di frequenza a transistor o tiristori che convertono una tensione monofase o trifase con una frequenza di 50 Hz in una tensione trifase con una frequenza variabile nell'intervallo da 0,2 a 400 Hz .

Oggi convertitori di frequenza è un dispositivo di piccole dimensioni (molto più piccolo di un motore elettrico asincrono di potenza simile) su base moderna a semiconduttore, controllato da un microprocessore incorporato. Azionamento elettrico asincrono variabile consente di risolvere diversi problemi di automazione della produzione e di risparmio energetico, in particolare la regolazione continua della velocità di rotazione o della velocità di avanzamento delle macchine tecnologiche.

In termini di costo, il servoazionamento asincrono ha un'indiscussa superiorità alle alte potenze.

Servo sincrono

I servomotori sincroni sono motori sincroni trifase con eccitazione a magneti permanenti e sensore fotoelettrico di posizione del rotore. Usano rotori a gabbia di scoiattolo o a magneti permanenti. Il loro principale vantaggio è il basso momento di inerzia del rotore rispetto alla coppia sviluppata. Questi motori funzionano in combinazione con un servoamplificatore comprendente un raddrizzatore a diodi, un banco di condensatori e un inverter basato su interruttori a transistor di potenza. Per appianare l'ondulazione della tensione rettificata, il servoamplificatore è dotato di un blocco di condensatori e per convertire l'energia accumulata nei condensatori nei momenti di frenata - con un transistor di scarica e una resistenza di zavorra, che fornisce un'efficace frenata dinamica.

I servoazionamenti sincroni a frequenza variabile rispondono rapidamente, funzionano bene con i sistemi di controllo programmati a impulsi e possono essere utilizzati in una varietà di settori in cui sono richieste le seguenti qualità di azionamento:

• posizionamento dei corpi di lavoro con elevata precisione;

• mantenimento della coppia con elevata precisione;

• mantenere la velocità di movimento o l'alimentazione con elevata precisione.

I principali produttori di servomotori sincroni e azionamenti variabili basati su di essi sono Mitsubishi Electric (Giappone) e Sew-Evrodrive (Germania).

Mitsubishi Electric produce una gamma di servoazionamenti a bassa potenza -Melservo-C in cinque dimensioni con potenza nominale da 30 a 750 W, velocità nominale 3000 giri/min e coppia nominale da 0,095 a 2,4 Nm.

L'azienda produce anche servoazionamenti gamma-frequenza di media potenza con potenza nominale da 0,5 a 7,0 kW, velocità nominale da 2000 giri/min e coppia nominale da 2,4 a 33,4 Nm.

I servoazionamenti della serie MR-C di Mitsubishi sostituiscono con successo i motori passo-passo perché i loro sistemi di controllo sono completamente compatibili (ingresso impulsi), ma allo stesso tempo sono privi degli svantaggi inerenti ai motori passo-passo.

I servomotori MR-J2 (S) si differenziano dagli altri per il microcontrollore integrato con memoria estesa, che contiene fino a 12 programmi di controllo. Tale servoazionamento funziona senza perdita di precisione sull'intera gamma di velocità operative. Uno dei vantaggi significativi del dispositivo è la sua capacità di compensare gli "errori accumulati". Il servoamplificatore resetta semplicemente il servomotore "a zero" dopo un certo numero di cicli di lavoro o su un segnale da un sensore.

Sew-Evrodrive fornisce sia singoli componenti che servoazionamenti completi con una gamma completa di accessori. Le principali aree di applicazione di questi dispositivi sono attuatori e sistemi di posizionamento ad alta velocità per macchine utensili programmate.

Ecco le caratteristiche principali dei servomotori sincroni Sew-Evrodrive:

• coppia di spunto - da 1 a 68 Nm, e in presenza di una ventola per il raffreddamento forzato - fino a 95 Nm;

• capacità di sovraccarico - il rapporto tra coppia massima e coppia di spunto - fino a 3,6 volte;

• alto grado di protezione (IP65);

• termistori incorporati nell'avvolgimento dello statore controllano il riscaldamento del motore ed escludono il suo danneggiamento in caso di qualsiasi tipo di sovraccarico;

• sensore fotoelettrico pulsato 1024 impulsi/giro. fornisce una gamma di controllo della velocità fino a 1:5000

Traiamo conclusioni:

• nel campo dei servoazionamenti regolabili si tende a sostituire gli azionamenti elettrici DC con sistemi di controllo analogici con azionamenti elettrici AC con sistemi di controllo digitali;

• gli azionamenti elettrici asincroni regolabili basati su moderni convertitori di frequenza di piccole dimensioni consentono di risolvere vari problemi di automazione della produzione e di risparmio energetico con un elevato grado di affidabilità ed efficienza. Si consiglia di utilizzare questi azionamenti per una regolazione regolare della velocità di avanzamento nelle macchine e nelle macchine per la lavorazione del legno;

• i servoazionamenti asincroni presentano indiscutibili vantaggi rispetto a quelli sincroni a potenze e coppie elevate superiori a 29-30 N / m (ad esempio, azionamento della rotazione del mandrino nelle macchine pelatrici);

• se è richiesta una velocità elevata (la durata del ciclo automatico non supera alcuni secondi) e il valore delle coppie sviluppate è fino a 15-20 N / m, i servoazionamenti regolabili basati su motori sincroni con diversi tipi di sensori dovrebbero , che consentono di regolare la velocità di rotazione fino a 6000 giri/min senza ridurre il momento;

• I servoazionamenti a frequenza variabile basati su motori sincroni AC consentono la realizzazione di sistemi di posizionamento rapido senza l'utilizzo di CNC.

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