Сервозадвижващи системи
Начало > Електроапаратурa > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 6, 2005
Част I - предимства, недостатъци, технически и пазарни тенденции в развитието им
Вероятно сред инженерните среди не е особено популярен фактът, че като етимология терминът сервозадвижване е свързан с латинската дума "servus", която с известно приближение се превежда като слуга, роб или помощник. Първоначално сервозадвижванията са използвани основно във функцията на спомагателни задвижвания. Днес, ситуацията е коренно променена и сервотехнологиите успешно се внедряват в ролята на основни задвижвания. Най-общо, смисълът, който съвременните инженерни науки влагат в термина сервозадвижване, е система, изградена от двигателно, преобразувателно, предавателно и управляващо устройство, която е предназначена за привеждане в движение на изпълнителните органи на работна машина и за управление на това движение.
Широко се използват AC технологии
Сериозното развитие на електрониката, материалознанието и технологиите за металообработване през последните години доведе до сериозни промени в света на задвижващите технологии. В продължение на години сервотехнологиите се развиват на базата на постояннотокови електродвигатели. Причината е в сравнително по-лошите характеристики на променливотоковите двигатели по отношение регулирането на скоростта, в сравнение с постояннотоковите в онези дни. С развитието на електронните технологии и по-специално на микроконтролерите става възможно разработването на управляващи системи, които днес компенсират недостатъците на променливотоковите електродвигатели. Като резултат, задвижващите системи се отдалечават постепенно от DC към AC технологиите. Тенденцията към широко използване на променливотокови синхронни двигатели е особено видна в областта на сервосистемите. Съвременните сервотехнологии са базирани на мощни постоянни магнити, изработени от самариево-кобалтови или неодимово-желязно-борови сплави. Използването на последните достижения в областта на материалознанието доведе до сериозно увеличаване на коефициента на полезно действие на двигателя, като следствие от постигането на по-висока енергийна плътност при едновременното намаляване на масата му. Днешните сервозадвижвания се отличават с усъвършенствани динамични характеристики и намалени габарити на корпуса на двигателя.
Какви са съвременните сервосистеми?
Основните изисквания към съвременните модели сервозадвижващи системи могат да се систематизират в групите:
-
точност на позициониране;
-
широк регулируем скоростен обхват;
-
стабилност на въртящия момент;
-
възможност за форсиране или устойчива работа в режим на претоварване;
-
прецизно поддържане на желаната скорост;
-
оптимална динамична характеристика.
Изискванията по отношение на динамичните характеристики на задвижването, а именно спрямо времето им на задействане, са резултат от все по-високата скорост на механична обработка, а следователно и производствената ефективност на машините. Като основен недостатък на сервосистемите се посочва относително високата им цена.
Структура на сервосистемите
Основни елементи на сервозадвижващите системи са двигател - със или без редуктор; преобразувателно устройство, управляваща система и предавателно устройство. Структурна схема на една сервозадвижваща система е показана на фиг. 1. Преобразувателното устройство - позиция A, е предназначено да създаде управляващо въздействие върху двигателното устройство. С позиция Б в схемата е означено двигателното устройство, представляващо електрическа машина, преобразуваща електрическата енергия в механична или механичната енергия в електрическа. Предавателното устройство - позиция В, предава механичната енергия на двигателното устройство към изпълнителния орган на работната машина. Обикновено предавателното устройство отговаря и за съгласуване на вида и скоростите на движение на двигателното устройство и изпълнителното звено на машината. Управляващата система - позиция Г, е функционално отговорна за постигането на съответствие между текущите работни характеристики на задвижването и номиналните. Системата за управление получава информация от датчиците, следящи състоянието на задвижването, и я сравнява с предварително въведени стойности и в съответствие със зададените алгоритми изработва управляващи сигнали. В зависимост от конкретната конфигурация на сервозадвижването двигателят може да бъде свързан към редуктор. Опционално, в структурата на системата се включва и спирачка.
Техническо усъвършенстване
Както бе подчертано, първоначално сервозадвижванията са използвани като допълнителни (спомагателни) задвижвания. Става въпрос за времето преди около четиридесет години, когато металообработващите машини, в това число и универсалните стругове, са задвижвани на ръка. Пневматични, хидравлични и AC електрически двигатели са използвани единствено в приложения, изискващи високи въртящи моменти. Скоростта и точността на машинната обработка на заготовките са зависели основно от уменията на оператора. Предназначението на основното задвижване - пневматично, хидравлично или електрическо, е било да осигури постигането на постоянна и регулируема скорост на ходовия винт на металообработващите машини.
За да се дефинират правдиво техническите тенденции в развитието на съвременните сервозадвижващи системи, е необходимо да се проследи посоката в усъвършенстването им през годините в пряка връзка с общите насоки в развитието на техниката. Днес, сервотехнологиите се базират основно на синхронни променливотокови електродвигатели, въпреки че първоначално хидравличните и пневматични сервозадвижвания са се използвали преимуществено. Постояннотоковите задвижвания навлизат едва през шестдесетте години на миналия век във връзка с развоя на полупроводниковите силициеви технологии. Изискванията за усъвършенстване на динамичните характеристики на сервозадвижванията се реализират чрез два технически подхода - намаляване на масовия инерционен момент на двигателя чрез въвеждането на много къси, дискови и несъдържащи желязо ротори или чрез въвеждането на ротори с много малко напречно сечение. И в двата случая постоянни магнити заместват традиционно използваните възбудителни намотки, което съкращава времето за развъртане на двигателя и резултира в постигането на по-висока ефективност.
Управлението търпи сериозно развитие
Усъвършенстването на управлението на сервозадвижващите системи е продиктувано от общото развитие на автоматизационните технологии. Линейните усилватели с мощни транзистори и изходни напрежения до около 100 V са заменени от тиристорни преобразуватели, които от своя страна се явяват предшественици на DC преобразувателите, свързващи се към електрическата мрежа през трансформатор. В края на седемдесетте години на миналия век ефективността
Вижте още от Електроапаратурa
Новият брой 6/2024
