Mikä on AC-servokäyttö?

An AC servokäyttö on hienostunut elektroninen laite, joka toimii ohjaimena AC servomootttaii , mahdollistaa sen sijainnin, nopeuden ja vääntömomentin tarkan hallinnan. Toisin kuin tavalliset AC-moottorit, jotka on suunniteltu jatkuvaan pyörimiseen suhteellisen tasaisella nopeudella, AC-servomoottorit yhdessä niiden käyttöjen kanssa muodostavat suljetun silmukan järjestelmän, joka pystyy hallitsemaan erittäin dynaamista ja tarkkaa liikettä. Tämä tekee niistä välttämättömiä monissa moderneissa automaatio- ja robottisovelluksissa.

Kuinka AC-servokäytöt toimivat

AC-servokäytön perusperiaate on sen suljetun silmukan ohjausjärjestelmä, joka tarkkailee jatkuvasti moottorin todellista tilaa ja säätää sen tehoa halutun komennon mukaan. Tässä on erittely prosessista:

1. Komentosignaalin vastaanotto: Servokäyttö vastaanottaa komentosignaalin ylemmän tason ohjaimelta (esim. PLC, CNC tai liikeohjain). Tämä signaali sanelee halutun liikeprofiilin – olipa kyseessä sitten kohdeasema, tietty nopeus tai vaadittu vääntömomentti.

2. Tehonmuunnos (AC-DC-AC):

   • Oikaisu (AC–DC): Tuleva vaihtovirta (tyypillisesti kolmivaiheinen tai yksivaiheinen verkko) tasasuunnetaan ensin tasajännitteeksi.

   • Käännös (DC AC:ksi): Tämä tasajännite muunnetaan sitten takaisin vaihtuvataajuiseksi ja muuttuvaiseksi jännitteiseksi AC-aaltomuodoksi käyttämällä invertteriä, joka usein käyttää pulssinleveysmodulaatiotekniikkaa (PWM). Tämä ohjattu AC-lähtö antaa tehon servomoottorille.

3. Moottorin ohjaus: Taajuusmuuttaja ohjaa huolellisesti moottoriin syötettävän vaihtovirran taajuutta ja jännitettä. Säätämällä näitä parametreja se säätelee tarkasti moottorin nopeutta ja vääntömomenttia.

4. Palautemekanismi: Suljetun silmukan järjestelmän tärkeä osa on takaisinkytkentälaite, tyypillisesti an enkooderi or ratkaiseja , asennettu servomoottoriin. Tämä laite tarjoaa reaaliaikaista tietoa moottorin todellisesta sijainnista, nopeudesta ja joskus jopa virrasta (joka liittyy vääntömomenttiin).

5. Virheen laskenta ja korjaus: Servokäyttö vertaa jatkuvasti palautetietoja (todellista tilaa) komentosignaaliin (toivottu tila). Kaikki erot näiden kahden välillä lasketaan "virheeksi". Tämän virheen perusteella taajuusmuuttajan sisäinen mikroprosessori käyttää kehittyneitä ohjausalgoritmeja (usein kolmen silmukan ohjausalgoritmia, joka sisältää virta-, nopeus- ja asentosilmukat) säätää moottoriin syötetyn jännitteen ja virran. Tämä jatkuva säätö minimoi virheen ja varmistaa, että moottori seuraa tarkasti käskettyä liikettä.

AC-servokäyttöjärjestelmän tärkeimmät osat

AC-servokäyttöjärjestelmä koostuu useista toisiinsa yhdistetyistä komponenteista, jotka toimivat harmoniassa:

• AC-servotaajuusmuuttaja (ohjain/vahvistin): Toiminnan aivot vastaanottavat komentoja, käsittelevät palautetta ja luovat tarkkoja tehosignaaleja moottorille.

• AC servomoottori: Erikoissähkömoottori, tyypillisesti kestomagneettisynkroninen moottori, joka on suunniteltu korkeaan herkkyyteen, korkeaan vääntömomentti-inertiasuhteeseen ja tarkkaan ohjaukseen. Siinä on staattori käämityksellä ja roottori kestomagneeteilla.

• Palautelaite (enkooderi/resolveri): Tarjoaa reaaliaikaiset moottorin akselin sijainti- ja nopeustiedot taajuusmuuttajalle. Enkooderit tuottavat digitaalisia pulsseja, jotka edustavat pyörimistä, kun taas resolverit antavat analogisia signaaleja.

• Virtalähde: Tarjoaa vakaan virtalähteen servokäytölle.

• Kaapelointi: Kytkee taajuusmuuttajan moottoriin, takaisinkytkentälaitteeseen ja virtalähteeseen.

• Korkeamman tason ohjain: Lähettää komentosignaaleja servokäyttöön, ohjaamalla yleistä liikesekvenssiä (esim. PLC, CNC).

AC-servokäyttöjen edut

AC-servokäytöt tarjoavat merkittäviä etuja perinteisiin moottorinohjausjärjestelmiin verrattuna, joten ne ovat ensisijainen valinta korkean suorituskyvyn sovelluksiin:

• Suuri tarkkuus ja tarkkuus: Suljetun silmukan palautejärjestelmä mahdollistaa erittäin tarkan paikannus-, nopeuden- ja vääntömomentin säädön minimaalisella poikkeamalla halutusta liikeradalta.

• Dynaaminen suorituskyky: Ne mahdollistavat nopean kiihdytyksen ja hidastuksen, nopeat asettumisajat ja nopean reagoinnin komentojen tai kuormien muutoksiin.

• Suuri vääntömomentti alhaisilla nopeuksilla: AC servomootttaiis can generate substantial torque even at very low speeds, which is crucial for applications requiring precise movements under varying loads.

• Tehokkuus: Nykyaikaiset AC-servojärjestelmät ovat erittäin tehokkaita ja muuttavat suuren määrän sähköenergiaa mekaaniseksi energiaksi, mikä vähentää virrankulutusta.

• Joustavuus ja ohjelmoitavuus: Servokäytöt voidaan ohjelmoida ja virittää monenlaisia liikeprofiileja varten, jolloin ne mukautuvat erilaisiin tehtäviin ja optimoivat järjestelmän suorituskyvyn.

• Sujuva toiminta: Kehittyneet ohjausalgoritmit edistävät moottorin erittäin tasaista ja vakaata toimintaa jopa monimutkaisten liikkeiden aikana.

AC-servokäyttöjen sovellukset

Tarkkuuden, dynaamisen suorituskyvyn ja luotettavuuden ansiosta AC-servokäytöt ovat olennainen osa lukemattomia teollisia ja kaupallisia sovelluksia:

• Teollisuusrobotiikka: Välttämätön robottikäsivarsien ja nivelten tarkkojen liikkeiden ohjaamiseen valmistuksessa, kokoonpanossa ja nouto- ja paikkatoimintoissa.

• CNC-työstökeskukset: Ohjaa leikkaustyökalujen, karojen ja työpöytien tarkkaa liikettä metallin-, puuntyöstö- ja muun materiaalinkäsittelyn tietokoneiden numeerisissa ohjauskoneissa.

• Pakkauskoneet: Käytetään nopeilla ja erittäin tarkoilla pakkauslinjoilla täyttöä, sulkemista, etiketöintiä ja lajittelua varten.

• Tekstiilikoneet: Ohjaa eri komponenttien tarkkoja liikkeitä kudonta-, neule- ja ompelukoneissa.

• Painokoneet: Mahdollistaa tarkan rekisteröinnin ja tarkan materiaalinkäsittelyn nopeissa tulostussovelluksissa.

• Lääketieteelliset laitteet: Löytyy kirurgisista roboteista, diagnostisista kuvantamisjärjestelmistä ja laboratorioautomaatiosta niiden tarkkojen ja toistettavien liikkeiden vuoksi.

• Puolijohteiden valmistus: Kriittinen kiekkojen ja komponenttien erittäin tarkalle paikannukselle puolijohdevalmistuksessa.

• Ilmailu: Käytetään lennonohjausjärjestelmissä ja muissa kriittisissä mekanismeissa, jotka vaativat tarkkaa ja luotettavaa liikettä.

• Materiaalinkäsittely: Käytetään kuljetinjärjestelmissä, automatisoiduissa ohjatuissa ajoneuvoissa (AGV) ja muissa ohjattua liikettä vaativissa materiaalinkäsittelylaitteissa.

Yhteenvetona, AC servokäyttös ovat modernin liikkeenohjauksen kulmakivi, joka antaa teollisuudelle tarkkuuden, nopeuden ja monipuolisuuden, jota tarvitaan erittäin automatisoitujen ja tehokkaiden tuotantoprosessien saavuttamiseen. Niiden jatkuva kehitys lupaa entistä suurempia ominaisuuksia ja laajempia sovelluksia tulevaisuuden automaatiossa.