Servomootoritega energiasäästlike piduriseadmete tarnijad tuletavad meelde, et servomootorite, mis võivad olla astmemootorid või vahelduvvoolu asünkroonmootorid, juhtimiseks kasutatakse servoajameid. Neid kasutatakse peamiselt kiire ja täpse positsioneerimise saavutamiseks ning tavaliselt olukordades, kus käivitamise ja seiskamise toimingute jaoks on vaja suurt täpsust.
Sagedusmuundur on loodud vahelduvvoolu muundamiseks vooluks, mis sobib mootori kiiruse reguleerimiseks ja mootori juhtimiseks. Tänapäeval suudavad mõned sagedusmuundurid saavutada ka servojuhtimist, mis tähendab, et nad saavad juhtida servomootoreid, kuid servoajamid ja sagedusmuundurid on siiski erinevad! Mis vahe on servol ja sagedusmuunduril? Palun vaadake toimetaja esitatud jaotust.
Kaks definitsiooni
Sagedusmuundur on elektrienergia juhtimisseade, mis kasutab võimsuspooljuhtseadmete sisse-väljalülitusfunktsiooni, et teisendada toiteallika sagedus teiseks sageduseks. See suudab saavutada selliseid funktsioone nagu pehme käivitamine, muutuva sagedusega kiiruse reguleerimine, töö täpsuse parandamine ja vahelduvvoolu asünkroonmootorite võimsustegurite muutmine.
Sagedusmuundur saab juhtida muutuva sagedusega mootoreid ja tavalisi vahelduvvoolumootoreid, toimides peamiselt mootori kiiruse regulaatorina.
Sagedusmuundur koosneb tavaliselt neljast osast: alaldi, suure mahtuvusega kondensaator, inverter ja kontroller.
Servosüsteem on automaatne juhtimissüsteem, mis võimaldab väljundis juhitavatel muutujatel, nagu objekti asend, orientatsioon ja olek, järgida sisendsihtmärgi (või etteantud väärtuse) muutusi. Peamine ülesanne on võimendada, teisendada ja reguleerida võimsust vastavalt juhtimiskäsu nõuetele, muutes ajami väljundi pöördemomendi, kiiruse ja asendi juhtimise väga paindlikuks ja mugavaks.
Servosüsteem on tagasisidega juhtimissüsteem, mida kasutatakse protsessi täpseks jälgimiseks või taasesitamiseks. Tuntud ka kui järelkontrollisüsteem. Paljudel juhtudel viitab servosüsteem konkreetselt tagasisidega juhtimissüsteemile, kus juhitavaks muutujaks (süsteemi väljundiks) on mehaaniline nihe, nihkekiirus või kiirendus. Selle ülesanne on tagada, et väljundmehaaniline nihe (või pöördenurk) järgib täpselt sisendnihet (või pöördenurka). Servosüsteemide struktuuriline koostis ei erine põhimõtteliselt teistest tagasisidega juhtimissüsteemidest.
Servosüsteeme saab vastavalt ajamikomponentidele jagada elektromehaanilisteks, hüdraulilisteks ja pneumaatilisteks servosüsteemideks. Kõige põhilisem servosüsteem hõlmab servoajameid (mootorid, hüdraulilised silindrid), tagasisidekomponente ja servoajameid. Servosüsteemi sujuvaks toimimiseks on vaja ka kõrgema taseme mehhanismi, PLC-d ja spetsiaalseid liikumisjuhtimiskaarte, tööstuslikke juhtimisarvuteid ja PCI-kaarte, et saata servoajamitele juhiseid.
Mõlema tööpõhimõte
Sagedusmuunduri kiiruse reguleerimise põhimõtet piiravad peamiselt neli tegurit: asünkroonmootori kiirus n, asünkroonmootori sagedus f, mootori libisemiskiirus s ja mootori pooluste arv p. Kiirus n on proportsionaalne sagedusega f ja sageduse f muutmine võib muuta mootori kiirust. Kui sagedus f varieerub vahemikus 0–50 Hz, on mootori kiiruse reguleerimise vahemik väga lai. Muutuva sagedusega kiiruse reguleerimine saavutatakse mootori toiteallika sageduse muutmisega kiiruse reguleerimiseks. Peamiselt kasutatav meetod on AC-DC-AC, mis muundab esmalt toitesageduse vahelduvvoolu toiteallika alaldi kaudu alalisvoolu toiteallikaks ja seejärel alalisvoolu toiteallika reguleeritava sageduse ja pingega vahelduvvoolu toiteallikaks mootori toiteks. Sagedusmuunduri vooluring koosneb üldiselt neljast osast: alaldi, vahelüli alalisvooluühendus, inverter ja juhtimine. Alaldi osa on kolmefaasiline sild-tühjendatud alaldi, inverteri osa on IGBT kolmefaasiline sild-inverter ja väljund on PWM-lainekuju. Vahelüli alalisvooluühendus hõlmab filtreerimist, alalisvoolu energia salvestamist ja reaktiivvõimsuse puhverdamist.
Servosüsteemi tööpõhimõte põhineb lihtsalt vahelduv-/alalisvoolumootori avatud ahela juhtimisel, kus kiiruse- ja positsioonisignaalid suunatakse draiverile tagasi pöördenkoodrite, pöördtrafode jms kaudu suletud ahela negatiivse tagasisidega PID-juhtimiseks. Lisaks paranevad draiveri sees oleva voolu suletud ahela tõttu mootori väljundi täpsus ja ajakarakteristikud seatud väärtuse järgimisel nende kolme suletud ahelaga reguleerimise abil oluliselt. Servosüsteem on dünaamiline järgijasüsteem ja saavutatav püsiseisundi tasakaal on samuti dünaamiline tasakaal.
Nende kahe erinevus
Vahelduvvoolu servomootorite tehnoloogia ise tugineb ja rakendab sagedusmuundamise tehnoloogiat. Alalisvoolumootorite servomootorite juhtimisel põhinev tehnoloogia jäljendab alalisvoolumootorite juhtimismeetodit PWM-sagedusmuundamise meetodi abil. Teisisõnu, vahelduvvoolu servomootoritel peab olema sagedusmuundamise protsess: sageduse muundamine seisneb 50 või 60 Hz vahelduvvoolu alaldamises alalisvooluks ja seejärel selle inverteerimises reguleeritava sagedusega lainekujuks, mis sarnaneb siinus- ja koosinusimpulsselektriga, kasutades erinevaid juhitavaid paisutransistore (IGBT, IGCT jne) kandesageduse ja PWM-i reguleerimise abil. Reguleeritava sageduse tõttu saab vahelduvvoolumootorite kiirust reguleerida (n = 60f/p, n kiirus, f sagedus, p pooluspaarid).
1. Erinevad ülekoormusvõimed
Servoajamitel on üldiselt 3-kordne ülekoormusvõime, mida saab kasutada inertsiaalsete koormuste inertsimomendi ületamiseks käivitamise hetkel, samas kui sagedusmuundurid lubavad üldiselt 1,5-kordset ülekoormust.
2. Kontrolli täpsust
Servosüsteemide juhtimistäpsus on palju suurem kui sagedusmuunduritel ning servomootorite juhtimistäpsuse tagab tavaliselt mootori võlli tagumises otsas asuv pöördkooder. Mõnel servosüsteemil on juhtimistäpsus isegi 1:1000.
3. Erinevad rakendusstsenaariumid
Muutuva sagedusega juhtimine ja servojuhtimine on kaks juhtimiskategooriat. Esimene kuulub käigukasti juhtimise valdkonda, teine aga liikumisjuhtimise valdkonda. Üks on mõeldud üldise tööstusliku rakenduse nõuete täitmiseks madala jõudlusnäitajaga, taotledes madalaid kulusid. Teine on suure täpsuse, suure jõudluse ja kiire reageerimisvõime saavutamiseks.
4. Erinev kiirendus- ja aeglustusvõime
Koormuseta olekus suudab servomootor liikuda statsionaarsest olekust kiiruseni 2000 p/min mitte rohkem kui 20 ms jooksul. Mootori kiirendusaeg on seotud mootori võlli inertsist ja koormusest. Tavaliselt, mida suurem on inerts, seda pikem on kiirendusaeg.
Servomootorite ja sagedusmuundurite vaheline turukonkurents
Sagedusmuundurite ja servomootorite jõudluse ja funktsionaalsuse erinevuste tõttu ei ole nende rakendused väga sarnased ning peamine konkurents keskendub järgmisele:
1. Konkurents tehnoloogilise sisu vallas
Samal alal, kui ostjal on masinate suhtes kõrged ja keerukad tehnilised nõuded, valib ta servosüsteemid. Vastasel juhul valitakse sagedusmuunduriga tooted. Kõrgtehnoloogilised masinad, näiteks CNC-tööpingid ja elektroonikaseadmed, valivad servotooted.
2. Hinnakonkurents
Enamik ostjaid on mures kulude pärast ja eelistavad sageli odavamaid invertereid tehnoloogiale. Nagu teada, on servosüsteemide hind mitu korda suurem kui sagedusmuunduritel.
Kuigi servosüsteemide, eriti kodumaiste servosüsteemide, kasutamine pole veel laialt levinud, kasutatakse neid harva võrreldes välismaiste servotoodetega. Kuid industrialiseerimise kiirenemisega hakkavad inimesed järk-järgult servosüsteemide eeliseid mõistma ja ostjad tunnevad servosüsteeme ära. Samamoodi ei peatu ka kodumaine servotehnoloogia edasiminek, olgu see siis tulusa kasumi teenimise või ajaloolise missiooniga riigi taaselustamiseks. Usume, et üha rohkem tootjaid investeerib servosüsteemide uurimis- ja arendustegevusse. Sel ajal algab Hiina "servotööstuse" tippperiood.