Hoe u een servomotor selecteert: koppel, traagheidsverhouding en dimensionering van servomotoren met lage spanning

Bij het selecteren van een servomotor beginnen de meeste ingenieurs met het berekenen van het koppel.

Het koppel lijkt voldoende, het motorvermogen lijkt passend en op papier lijkt alles correct. Maar zodra de machine begint te draaien, beginnen zich problemen voor te doen: trillingen tijdens het gebruik, trage reactie, overmatige schokken tijdens het accelereren en vertragen, en een onstabiele positioneringsnauwkeurigheid. De aandrijfparameters worden herhaaldelijk aangepast, maar de prestaties zijn nog steeds niet bevredigend.

Na uren-of zelfs dagen- het oplossen van problemen blijkt de echte oorzaak vaak niet een onvoldoende koppel te zijn, maar een onjuist afgestemde traagheidsverhouding.

Als het koppel te laag is, kan de motor de belasting eenvoudigweg niet aandrijven. Als de traagheidsverhouding onjuist is, zal de machine mogelijk nooit stabiele prestaties behalen, ongeacht hoeveel afstemming er wordt uitgevoerd.

Veel inbedrijfstellingsproblemen die dagen of zelfs weken in beslag nemen, zijn terug te voeren op deze over het hoofd geziene factor.

In dit artikel slaan we de ingewikkelde formules over en concentreren we ons op de praktische principes voor de selectie van servomotoren die er het meest toe doen in echte- technische toepassingen.

Koppel is belangrijk, maar het is niet het hele verhaal

Koppel is vaak de eerste parameter die ingenieurs evalueren bij de selectie van servomotoren, en met goede reden. Het koppel bepaalt of de motor de last kan verplaatsen.

Een hefplatform moet bijvoorbeeld voortdurend de zwaartekracht overwinnen, waardoor het nominale koppel een kritische overweging is. Daarentegen voeren hoge-pick{2}}and-machines, robotarmen en transfersystemen met hoge snelheid frequente versnellings- en vertragingscycli uit, waarbij het piekkoppel even belangrijk wordt.

Bij de meeste industriële toepassingen reserveren ingenieurs doorgaans een veiligheidsmarge van ongeveer 1,5 keer het berekende nominale koppel. Voor zeer dynamische systemen met frequente start-stopbewegingen wordt doorgaans een piekkoppelmarge van twee keer of meer aanbevolen.

Typische koppelreferentie per toepassing

Veel ingenieurs komen echter een frustrerende situatie tegen:

De koppelberekening is correct, er zijn voldoende veiligheidsmarges voorzien, maar toch trilt de machine, schiet door of heeft moeite om een ​​stabiele positionering te bereiken.

In veel gevallen ligt het antwoord in de traagheidsverhouding.

Traagheidsverhouding: de echte sleutel tot servosysteemprestaties

Als het koppel bepaalt of een machine kan bewegen, bepaalt de traagheidsverhouding of deze soepel en nauwkeurig kan bewegen.

De traagheidsverhouding wordt berekend als:

Traagheidsverhouding=Belastingtraagheid ÷ Traagheid motorrotor

Op het eerste gezicht lijkt het concept misschien abstract. Een eenvoudige analogie maakt het gemakkelijker te begrijpen.

Stel je voor dat je een leeg winkelwagentje voortduwt in plaats van een winkelwagentje dat volgeladen is met zware goederen. Beide kunnen worden verplaatst, maar de beladen kar is moeilijker te accelereren, moeilijker te stoppen en reageert minder op richtingsveranderingen.

Servomotoren gedragen zich vrijwel hetzelfde.

Wanneer de traagheidsverhouding te groot wordt, moet de motor harder werken om de belasting onder controle te houden, wat vaak leidt tot prestatieproblemen zoals:

Overmatige motortrillingen

Resterende oscillatie na het stoppen

Moeilijkheid bij het vergroten van de servoversterking

Onstabiele positioneringsnauwkeurigheid

Hogere motortemperaturen

Deze symptomen worden vaak verward met afstemmingsproblemen of onvoldoende motorvermogen, terwijl het echte probleem vaak een slechte traagheidsmatch is.

Aanbevolen traagheidsverhoudingen voor gewone aandrijfmechanismen

Voor de meeste automatiseringsapparatuur vereenvoudigt het handhaven van een traagheidsverhouding onder 5 de inbedrijfstelling aanzienlijk en verbetert de algehele systeemstabiliteit.

Een andere belangrijke overweging is de versnellingsreductie. Een versnellingsbak verhoogt niet alleen het uitgangskoppel, maar vermindert ook de gereflecteerde belastingtraagheid die door de motor wordt waargenomen. Een 10:1-versnellingsbak kan bijvoorbeeld de gereflecteerde traagheid theoretisch reduceren tot ongeveer 1/100 van de oorspronkelijke waarde, waardoor het voor het servosysteem veel gemakkelijker wordt om stabiele controle te bereiken.

Drie vaak over het hoofd geziene factoren die de betrouwbaarheid op de lange- termijn beïnvloeden

Veel machines presteren goed tijdens de eerste tests, maar beginnen maanden later prestatieproblemen te ondervinden. In veel gevallen is de hoofdoorzaak niet het koppel of de traagheid, maar details die tijdens de selectiefase over het hoofd zijn gezien.

Concentreer u niet alleen op de nominale snelheid

De meeste industriële servomotoren zijn verkrijgbaar met nominale toerentallen van 3000 tpm of 5000 tpm.

Een veelgemaakte fout is de veronderstelling dat een hogere snelheidsindex automatisch betere prestaties betekent.

In werkelijkheid neemt het continue koppel gewoonlijk af naarmate de snelheid toeneemt. Ingenieurs moeten altijd de koppel-snelheidscurve van de motor beoordelen en verifiëren dat er voldoende koppel beschikbaar blijft bij de beoogde bedrijfssnelheid.

Encoderselectie heeft een directe invloed op de precisie

Voor algemene automatiseringsapparatuur zijn 17-bits of 20-bits encoders doorgaans voldoende.

Voor robotica, precisiepositioneringssystemen, halfgeleiderapparatuur en andere hoogwaardige-toepassingen bieden 23-bits encoders een aanzienlijk hogere feedbackresolutie en positioneringsnauwkeurigheid.

Ingenieurs moeten ook bepalen of de machine het volgende vereist:

Positiebehoud na stroomuitval

Automatisch coördinatenherstel na opnieuw opstarten

Als deze functies vereist zijn, verdient een absolute encoder doorgaans de voorkeur.

Verticale assen moeten altijd een rem gebruiken

Dit is een van de meest vaak over het hoofd geziene en mogelijk dure fouten.

Elke as die wordt beïnvloed door de zwaartekracht moet zijn uitgerust met een vasthoudrem.

Zonder rem kan een stroomstoring of een noodstop ervoor zorgen dat de lading vrij kan vallen, waardoor apparatuur of werkstukken mogelijk beschadigd raken of veiligheidsrisico's ontstaan.

De meerkosten van een rem zijn verwaarloosbaar vergeleken met de kosten van een onverwacht ongeval.

Waarom adopteren steeds meer AGV's en AMR's servosystemen met lage spanning?

Naarmate AGV's, AMR's, autonome vorkheftrucks en magazijnrobots steeds populairder worden, worden traditionele 220V AC-servosystemen geleidelijk vervangen door laagspanningsservo-oplossingen.

Vergeleken met conventionele AC-servosystemen bieden laagspanningsservomotoren verschillende voordelen:

Directe integratie met lithiumbatterijsystemen

Hogere energie-efficiëntie

Vereenvoudigde elektrische architectuur

Verbeterde operationele veiligheid

Lagere totale systeemkosten

Deze voordelen maken laagspanningsservotechnologie een ideale keuze voor mobiele robottoepassingen.

Om de groeiende vraag naar intelligente logistiek en autonome mobiele robots te ondersteunen,Plutoolsheeft de ontwikkeldPLT-serie laagspanningservomotor en aandrijfsysteem.

De PLT-serie is speciaal ontworpen voor door batterijen -aangedreven industriële voertuigen en mobiele robots, ondersteunt bedrijfsspanningen van 24 V–72 V en levert uitstekende dynamische prestaties, nauwkeurige snelheidsregeling en betrouwbare werking.

Typische toepassingen zijn onder meer:

AGV-aandrijfsystemen

AMR mobiele robots

Autonome vorkheftrucks

Apparatuur voor magazijnautomatisering

Intelligente logistieke systemen

Mobiele servicerobots

Gecombineerd met CANopen-communicatie en naadloze integratie met AGV-aandrijfwieleenheden, differentieelaandrijfsystemen en stuuraandrijfeenheden, helpt de PLT-serie fabrikanten efficiëntere en intelligentere bewegingscontrolesystemen te bouwen.

Regels voor servomotorselectie in één oogopslag

Conclusie

Veel ingenieurs die zich bezighouden met de selectie van servomotoren, richten zich primair op koppel.

Projectervaring uit de echte-wereld onthult echter al snel een belangrijkere waarheid:

Het koppel bepaalt of de last kan bewegen, terwijl de traagheidsaanpassing bepaalt of het systeem soepel en betrouwbaar kan bewegen.

Tegelijkertijd spelen factoren zoals de selectie van encoders, remsystemen en milieubeschermingsclassificaties een cruciale rol bij de betrouwbaarheid op de lange- termijn.

Het aanpakken van deze overwegingen tijdens de ontwerpfase is veel effectiever dan dagenlang bezig zijn met het oplossen van prestatieproblemen na de installatie.

Voor automatiseringsapparatuur, AGV's, AMR's, autonome vorkheftrucks en intelligente logistieke systemen gaat de juiste selectie van servomotoren niet alleen over het kiezen van een vermogen-het gaat over het vinden van de optimale balans tussen prestaties, efficiëntie, betrouwbaarheid en kosten.

Op zoek naar een betrouwbare leverancier van laagspanningsservomotoren?

Plutools is gespecialiseerd in laagspanningsservomotoren, servoaandrijvingen, AGV-aandrijfwielen, stuuraandrijvingen en geïntegreerde motion control-oplossingen voor industriële automatisering en mobiele robotica.

Of u nu een AGV, AMR, autonome vorkheftruck of geautomatiseerd materiaalhandlingsysteem ontwikkelt, ons engineeringteam kan u helpen bij het selecteren van de juiste servomotor en aandrijfoplossing voor uw toepassing.