Què és un servo drive i com funciona
L’home modern no creu la seva vida sense automatització dels processos de producció. Els robots i els manipuladors estan fent cada vegada més feina, substituint els humans. En tots aquests mecanismes s’utilitza àmpliament un servomotor. A la vida quotidiana es troben en sistemes de climatització, cotxes, radiadors, etc. En aquest article considerarem el dispositiu, el principi de funcionament i l’abast del servo, de manera que els lectors del lloc Elecroexpert va quedar clar què constitueix aquest mecanisme.
Finalitat i dispositiu
El servoaccionament ha trobat una àmplia aplicació en robòtica, enginyeria mecànica, automoció i automatització de processos en producció. Amb la seva ajuda s’accionen els manipuladors, s’efectua l’obertura (completa o incompleta) o el tancament (recobriment) de les persianes, en la construcció de màquines-eina per alimentar l’eina de tall i altres actuadors.
És un dispositiu format per un motor elèctric, caixa de canvis, sensor de posició (codificador) o resistència i controlador (dispositiu de control).
En paraules senzilles, es tracta d’un accionament electromecànic que, mitjançant la retroalimentació interna, estableix la posició exacta de l’eix del mecanisme, depenent dels senyals de control externs.
La figura mostra una secció del dispositiu:
Els servomotors estan disponibles en diverses capacitats i propòsits: poca potència des de 0,05 kW, utilitzada en automoció i robòtica, per exemple, SG90 i una potència important de 15 kW. Aquests últims es munten en manipuladors industrials, màquines CNC, per controlar vàlvules de la indústria del petroli i del gas, etc.
Un motor elèctric no sempre es munta com a motor en un servoaccionador. Com a accionament, es pot utilitzar un cilindre amb una vara, accionat per aire comprimit o líquid.
Tipus de Servo
Els servomotors es divideixen en electromecànics. En ells, el mecanisme consisteix en un motor elèctric i caixa de canvis. Difereixen en velocitat relativament baixa.
Es distingeix pel tipus de motor utilitzat:
- síncrons, tenen una alta precisió de gir de l’eix de sortida, guanyant ràpidament impuls;
- asíncrono, caracteritzat per una rotació estable de l’eix;
- amb un motor col·lector de corrent directe o altern (universal).
Els servomotors, on el mecanisme de conducció és un pistó amb un cilindre, tenen alta velocitat. S'utilitza al cotxe per canviar engranatges en transmissió automàtica. Muntada en robots que mouen càrregues de més de cent quilograms. A les plantes industrials, per a persianes de commutació en màquines d’envasament, on s’utilitza aire comprimit com a transportador d’energia.
Principals característiques del servoaccionament:
- El paràmetre principal és el parell o la força de l’eix. A les dades del passaport, s’indiquen dues quantitats, en relació amb diferents voltatges d’alimentació.
- La velocitat, mostra quant de temps girarà l’eix de sortida en 600. Els valors de diferents tensions estan indicats.
- Quin senyal de control s’utilitza, analògic o digital.
- Tensió de subministrament. La majoria de les unitats petites funcionen de 4,8 a 7,2 volts. S'utilitza, per exemple, en models controlats per ràdio. Es completa amb tres fils i té una pinça estàndard. Un senyal de control s’envia a blanc, marró o groc, es proporciona un voltatge vermell i el negre és un fil comú.
- Angle de gir de treball, generalment de 1800 o 3600. Es disposa d’accionaments actualitzats amb rotació constant de l’eix;
- Material de fabricació d’engranatges. Són de llautó, fibra de carboni, plàstic o es poden combinar.
En un servoaccionament electromecànic s’utilitzen motors elèctrics amb nucli, durant el funcionament dels quals es produeix vibració quan gira el pèndol. D’aquesta manera es redueix la precisió de gir de l’eix de sortida. Els motors amb una energia cinètica mínima del rotor es veuen privats d’aquest inconvenient. Aquests accionaments són necessaris perquè la màquina CNC estableixi l'actuador amb precisió. Tot i això, són més cars que els motors bàsics.
La caixa de canvis més comuna és una engranatge, que està dissenyada per reduir la velocitat i augmentar el parell en l’eix de sortida. Menys utilitzada és una unitat amb engranatge de cuc, que té una gran proporció d’engranatges, però és més cara i més difícil de fabricar.
Camp d'aplicació
El servoaccionament s’utilitza àmpliament en robòtica i manipuladors. Quan es creen petits mecanismes, s’utilitza el servomotor mg995 i similars.
Per controlar les unitats modernes en productes amateurs, sovint s’utilitzen representants de la família Arduino. Representa un conjunt de dispositius electrònics dissenyats per controlar robots i dispositius d'automatització on s'utilitza un servo drive. El senyal de control pot ser analògic o digital.
A la figura es mostra el diagrama de connexió de la unitat amb el dispositiu de control. El dispositiu pot controlar diverses unitats.
Per a la calefacció per terra radiant, utilitzeu automatització que mantingui una temperatura determinada. I el flux de refrigerant, que és aigua calenta de la caldera, està controlat per un servoaccionador.
Està connectat a un dispositiu de control que supervisa la temperatura mitjançant un sensor de temperatura i envia un comandament al servomotor electrotèrmic RBM 24V. També es pot utilitzar un servoaccionador AC230V amb regulador.
El control de temperatura en calefacció es realitza de manera automàtica, per a la qual s’utilitza un servoaccionador tipus ICMA NC230V o NC24V. Hi ha dispositius disponibles per a diverses tensions d'alimentació.
El servo unitari utilitzat al cotxe té dimensions reduïdes. Dissenyat per treballar amb tensió a bord de 12 volts. Està integrat amb un pany central i s’instal·la a totes les portes del cotxe, inclosa la cinquena porta (porta del maleter).
El mecanisme també controla el flux de líquid calent cap a l'estufa. Funciona conjuntament amb un sensor termoelèctric, el senyal des del qual s’envia al dispositiu de control. Després de l'anàlisi, el sensor envia un comandament al servoaccionament, que augmenta o disminueix el flux de fluid.
Per exemple, per als cotxes VAZ, s'utilitza una unitat elèctrica amb caixa del canvi SL-5.
Aquesta no és una llista completa de l’ús d’aquests dispositius.
Avantatges i desavantatges
El servoaccionament presenta avantatges respecte a dispositius similars, com els motors pas a pas. Degut a la retroalimentació, el mecanisme pot corregir la posició de l’eix, independentment de la càrrega de l’eix, cosa que permet ajustar el mecanisme de treball amb una gran precisió.
Els avantatges principals són:
- alta precisió de posicionament;
- amb l’ajuda d’una caixa de canvis es redueix la velocitat i augmenta el moment;
- el posicionament del cos de treball es pot ajustar fàcilment mitjançant un canvi al programa de control;
- la capacitat d’aconseguir una major acceleració durant l’operació, cosa que fa que el servo sigui més adequat per a l’ús en dispositius d’alta velocitat, en comparació amb motors motoritzats;
- moment uniforme en gairebé tota la velocitat;
- tolereu bé la sobrecàrrega.
Els desavantatges són:
- la presència d’una caixa de canvis (especialment crítica si té engranatges de plàstic o metalls tous);
- desgast de pistes resistents (si s'utilitza un potenciòmetre per a feedback durant la col·locació);
- configuració complexa de programes de control per obtenir resultats d'alta precisió;
- elevat cost dels equips (en comparació amb els motors pas a pas, per exemple);
- la precisió sovint és menor que amb els motors pas a pas.
Però tingueu en compte que es produeixen tots els avantatges i inconvenients, com poden ser motors pas a pas, que en una determinada aplicació es mostraran millors que un servoaccionador i viceversa.
Conclusió
El control automàtic dels sistemes domèstics i industrials està fermament arrelat a les nostres vides. Recentment, s'ha utilitzat àmpliament una unitat sota el control de blocs programables per a diversos propòsits, com ara arduino.
Això va permetre crear fonamentalment nous dispositius, robots i joguines infantils amb control radiofònic de vol. A la indústria, el servoaccionament s’utilitza en màquines-eina, en una excavadora, en un atv, etc. Avui és impossible imaginar la nostra vida sense servos.
El vídeo mostra el funcionament dels servos analògics sg90 en un model de robot aranya:
Ara ja saps què és un servo, com està dissenyat i per a què serveix. Esperem que la informació proporcionada us hagi ajudat a dominar aquest tema i comprendre els punts principals. Si teniu preguntes, pregunteu-los als comentaris de l'article.
Materials relacionats:
Carregant ...
