Servokäyttöisten energiansäästöjarrulaitteiden toimittajat muistuttavat, että servomoottoreita käytetään servomoottoreiden, jotka voivat olla askelmoottoreita tai asynkronimoottoreita, ohjaamiseen. Niitä käytetään pääasiassa nopean ja tarkan paikannuksen saavuttamiseen, ja niitä käytetään yleisesti tilanteissa, joissa käynnistys- ja pysäytystoiminnoissa vaaditaan suurta tarkkuutta.
Taajuusmuuttaja on suunniteltu muuntamaan vaihtovirta moottorin nopeuden säätämiseen soveltuvaksi virraksi moottorin käyttämiseksi. Nykyään jotkut taajuusmuuttajat voivat saavuttaa myös servo-ohjauksen, mikä tarkoittaa, että ne voivat käyttää servomoottoreita, mutta servokäytöt ja taajuusmuuttajat ovat silti erilaisia! Mitä eroa on servolla ja taajuusmuuttajalla? Katso toimittajan tarjoama erittely.
Kaksi määritelmää
Taajuusmuuttaja on sähköenergian säätölaite, joka käyttää tehopuolijohdekomponenttien päälle-pois-toimintoa muuntaakseen tehotaajuussyötön toiselle taajuudelle. Se voi saavuttaa toimintoja, kuten pehmeä käynnistys, muuttuvan taajuuden nopeuden säätö, toiminnan tarkkuuden parantaminen ja tehokertoimien muuttaminen asynkronisissa vaihtovirtamoottoreissa.
Taajuusmuuttaja voi käyttää muuttuvataajuusmoottoreita ja tavallisia vaihtovirtamoottoreita, ja se toimii pääasiassa moottorin nopeuden säätimenä.
Taajuusmuuttaja koostuu yleensä neljästä osasta: tasasuuntaajayksiköstä, suurikapasiteettisesta kondensaattorista, invertteristä ja ohjaimesta.
Servojärjestelmä on automaattinen ohjausjärjestelmä, joka mahdollistaa lähtöohjattujen muuttujien, kuten kohteen sijainnin, suunnan ja tilan, seuraamisen syöttökohteen (tai annetun arvon) muutoksia. Päätehtävänä on vahvistaa, muuntaa ja säätää tehoa ohjauskomennon vaatimusten mukaisesti, mikä tekee käyttölaitteen lähdön vääntömomentin, nopeuden ja sijainnin säädöstä erittäin joustavaa ja kätevää.
Servojärjestelmä on takaisinkytkentäinen ohjausjärjestelmä, jota käytetään prosessin tarkkaan seuraamiseen tai toistamiseen. Tunnetaan myös seurantajärjestelmänä. Monissa tapauksissa servojärjestelmä viittaa erityisesti takaisinkytkentäiseen ohjausjärjestelmään, jossa ohjattava muuttuja (järjestelmän lähtö) on mekaaninen siirtymä, siirtymänopeus tai kiihtyvyys. Sen tehtävänä on varmistaa, että lähtömekaaninen siirtymä (tai pyörimiskulma) seuraa tarkasti tulosiirtymää (tai pyörimiskulmaa). Servojärjestelmien rakenteellinen koostumus ei ole perustavanlaatuisesti erilainen kuin muissa takaisinkytkentäisissä ohjausjärjestelmissä.
Servojärjestelmät voidaan jakaa sähkömekaanisiin servojärjestelmiin, hydraulisiin servojärjestelmiin ja pneumaattisiin servojärjestelmiin käytettyjen käyttökomponenttien tyypin mukaan. Perusluonteisimpaan servojärjestelmään kuuluvat servotoimilaitteet (moottorit, hydraulisylinterit), takaisinkytkentäkomponentit ja servoajurit. Jos haluat servojärjestelmän toimivan sujuvasti, tarvitset myös korkeamman tason mekanismin, PLC:n, sekä erikoistuneita liikkeenohjauskortteja, teollisuusohjaustietokoneita ja PCI-kortteja, jotka lähettävät ohjeita servokäyttöihin.
Molempien toimintaperiaate
Taajuusmuuttajan nopeudensäätöperiaatetta rajoittavat pääasiassa neljä tekijää: asynkronisen moottorin nopeus n, asynkronisen moottorin taajuus f, moottorin luistonopeus s ja moottorin napojen lukumäärä p. Nopeus n on verrannollinen taajuuteen f, ja taajuuden f muuttaminen voi muuttaa moottorin nopeutta. Kun taajuus f vaihtelee 0–50 Hz:n välillä, moottorin nopeuden säätöalue on erittäin laaja. Muuttuvan taajuuden nopeuden säätö saavutetaan muuttamalla moottorin virtalähteen taajuutta nopeuden säätämiseksi. Pääasiassa käytetty menetelmä on AC-DC-AC, jossa ensin muunnetaan verkkovirran taajuus vaihtovirtalähteeksi tasasuuntaajan avulla ja sitten muunnetaan tasavirtalähde säädettävän taajuuden ja jännitteen vaihtovirtalähteeksi moottorin syöttämiseksi. Taajuusmuuttajan piiri koostuu yleensä neljästä osasta: tasasuuntauksesta, välipiiristä, invertteristä ja ohjauksesta. Tasasuuntaajaosa on kolmivaiheinen siltaohjaamaton tasasuuntaaja, invertteriosa on IGBT-kolmivaiheinen siltainvertteri ja lähtö on PWM-aaltomuoto. Välipiiriin kuuluu suodatus, tasavirtaenergian varastointi ja loistehon puskurointi.
Servojärjestelmän toimintaperiaate perustuu yksinkertaisesti AC/DC-moottorin avoimen silmukan ohjaukseen, jossa nopeus- ja asentosignaalit syötetään takaisin ohjaimelle pyörivien enkooderien, pyörivien muuntajien jne. kautta suljetun silmukan negatiivisen takaisinkytkennän PID-säätöä varten. Lisäksi ohjaimen sisäisen suljetun silmukan ansiosta moottorin lähdön tarkkuus ja vasteaika asetetun arvon noudattamisessa paranevat huomattavasti näiden kolmen suljetun silmukan säädön ansiosta. Servojärjestelmä on dynaaminen seuraajajärjestelmä, ja saavutettu vakaan tilan tasapaino on myös dynaaminen tasapaino.
Ero näiden kahden välillä
AC-servomoottorin tekniikka itsessään hyödyntää ja soveltaa taajuusmuunnostekniikkaa. Se perustuu tasavirtamoottoreiden servo-ohjaukseen ja jäljittelee tasavirtamoottoreiden ohjausmenetelmää PWM-taajuusmuunnosmenetelmän avulla. Toisin sanoen AC-servomoottoreiden on suoritettava taajuusmuunnosprosessi: taajuusmuunnoksessa 50 tai 60 Hz:n vaihtovirta muunnetaan ensin tasavirtaksi ja sitten invertoidaan se taajuudensäädettäväksi aaltomuodoksi, joka muistuttaa sini- ja kosinipulssisähköä erilaisten ohjattavien porttitransistorien (IGBT, IGCT jne.) avulla kantoaaltotaajuuden ja PWM-säädön avulla. Säädettävän taajuuden ansiosta AC-moottorin nopeutta voidaan säätää (n = 60f/p, n-nopeus, f-taajuus, p-napaparit).
1. Erilaiset ylikuormituskapasiteetit
Servokäyttöjen ylikuormituskapasiteetti on yleensä kolminkertainen, jota voidaan käyttää käynnistyshetkellä syntyvän hitausmomentin voittamiseen, kun taas taajuusmuuttajat sallivat yleensä 1,5-kertaisen ylikuormituksen.
2. Ohjaustarkkuus
Servojärjestelmien ohjaustarkkuus on paljon suurempi kuin taajuusmuuttajien, ja servomoottoreiden ohjaustarkkuuden varmistaa yleensä moottorin akselin takapäässä oleva pyörivä enkooderi. Joillakin servojärjestelmillä on jopa 1:1000 ohjaustarkkuus.
3. Erilaiset sovellusskenaariot
Muuttuvataajuusohjaus ja servoohjaus ovat kaksi ohjausluokkaa. Ensimmäinen kuuluu voimansiirron ohjaukseen ja jälkimmäinen liikkeenohjaukseen. Toinen on tarkoitettu täyttämään yleisten teollisten sovellusten vaatimukset, joissa suorituskykyindikaattorit ovat alhaiset ja kustannukset alhaiset. Toinen on tarkoitettu korkeaan tarkkuuteen, suorituskykyyn ja nopeaan reagointiin.
4. Eri kiihtyvyys- ja hidastuvuusominaisuudet
Kuormittamattomassa tilassa servomoottori voi kiihtyä pysähdystilasta 2000 rpm:iin enintään 20 ms:ssa. Moottorin kiihtyvyysaika riippuu moottorin akselin inertiasta ja kuormituksesta. Yleensä mitä suurempi inertia, sitä pidempi on kiihtyvyysaika.
Servo- ja taajuusmuuttajien välinen markkinakilpailu
Taajuusmuuttajien ja servojen suorituskyvyn ja toiminnallisuuden erojen vuoksi niiden sovellukset eivät ole kovin samankaltaisia, ja pääasiallinen kilpailu keskittyy:
1. Kilpailu teknologisessa sisällössä
Samalla alalla, jos ostajalla on korkeat ja monimutkaiset tekniset vaatimukset koneille, hän valitsee servojärjestelmät. Muussa tapauksessa valitaan taajuusmuuttajatuotteita. Huipputeknologiset koneet, kuten CNC-työstökoneet ja elektroniset erikoislaitteet, valitsevat servotuotteita.
2. Hintakilpailu
Useimmat ostajat ovat huolissaan kustannuksista ja usein unohtavat teknologian ja valitsevat edullisempia inverttereitä. Kuten hyvin tiedetään, servojärjestelmien hinta on moninkertainen taajuusmuuttajatuotteisiin verrattuna.
Vaikka servojärjestelmien käyttö ei ole vielä laajalle levinnyttä, etenkään kotimaisissa servojärjestelmissä, niitä käytetään harvoin verrattuna ulkomaisiin servotuotteisiin. Mutta teollistumisen kiihtyessä ihmiset ymmärtävät vähitellen servojärjestelmien edut, ja myös ostajat tunnustavat ne. Samoin kotimainen servoteknologia ei pysähdy eteenpäin, olipa kyse sitten tuottoisista voitoista tai historiallisesta tehtävästä elvyttää maata. Uskomme, että yhä useammat valmistajat investoivat servojärjestelmien tutkimukseen ja kehitykseen. Tuolloin se johtaa Kiinan "servoteollisuuden" huippukauteen.