Выбор типа двигателя для силового сервопривода

По мере развития современных систем промышленной автоматизации и робототехники перед конструкторами всё более остро встаёт проблема выбора подходящего силового сервопривода. Системные требования к величине крутящего момента, быстродействию, точности позиционирования, компактности, надёжности и энергоэффективности сервоприводов неуклонно растут, но традиционные электроприводы уже не в состоянии обеспечить в полной мере необходимые технические характеристики. К таким быстро устаревающим традиционным компонентам сервоприводов можно отнести системы типа «электромотор с редуктором» и шаговые двигатели.

С основными недостатками и ограничениями систем «электромотор с редуктором» в составе сервоприводов, особенно в варианте с асинхронными электродвигателями, многие уже хорошо знакомы. Напомним лишь о самой неприятной проблеме механического редуктора в составе сервопривода — кинематическом мёртвом ходе из-за неизбежных зазоров между шестернями.

Поэтому мы далее сосредоточимся на проблеме выбора подходящего типа электродвигателя для безредукторного силового сервопривода.

Шаговый двигатель

Несмотря на необычность конструкции и способа управления, шаговые электродвигатели обычно относят к классу синхронных электрических машин. При этом высокую популярность и распространённость шаговых двигателей в некоторых отраслях (например, 3D-печать) можно объяснить такими неоспоримыми преимуществами, как низкая цена, простота конструкции и управления, а также приемлемая угловая точность для большинства применений.

Однако диапазон применимости «шаговиков» ограничивается целым рядом существенных недостатков:

  • мизерный крутящий момент: как правило, всего несколько Н·м. Самые мощные шаговые двигатели едва дотягивают до 20 Н·м;
  • при увеличении скорости вращения крутящий момент ощутимо падает;
  • катастрофически низкий КПД;
  • отсутствие обратной связи приводит к неконтролируемым перескокам или пропускам шагов при перегрузке;
  • механическое ограничение угловой точности шага;
  • повышенный вибро-аккустический фон и резонансы.

Таким образом, «шаговики» хорошо подходят исключительно для маломощных систем автоматизации и мехатроники, в которых неважно энергосбережение, но ради низкой цены можно смириться с малым крутящим моментом и ограниченной скоростью вращения. В качестве прецизионного, быстродействующего или мощного силового сервопривода шаговый двигатель непригоден.

Современный силовой сервопривод

Силовые серводвигатели серий sEM и iEM с принудительным жидкостным охлаждением

Силовые серводвигатели серий sEM и iEM с принудительным жидкостным охлаждением

Современный силовой сервопривод должен соответствовать требованиям 6-го Технологического уклада и характеризуется, прежде всего, высокими удельным крутящим моментом, точностью и быстродействием. В отличие от низкомоментных традиционных, он должен развивать крутящий момент от нескольких десятков до нескольких тысяч Н·м, обладая при этом минимальными массогабаритами.

Удельный крутящий момент инновационных электродвигателей «ЭЛЕКТРОМОМЕНТ» серий sEM и iEM находится в диапазоне от 10,9 до 35 Н·м/кг, что позволяет создавать на их базе компактные силовые безредукторные сервоприводы, развивающие крутящий момент от сотни до нескольких тысяч Н·м с высочайшей точностью и быстродействием! Отказ от механического редуктора или существенное снижение коэффициента редукции за счёт высокого крутящего момента серводвигателя позволяет не только увеличить эффективность, надёжность и ресурс работы, но и снизить стоимость силового сервопривода.

Для достижения максимальных удельных силовых характеристик сервопривода используется воздушное, жидкостное или комбинированное принудительное охлаждение, обеспечивающее отвод избыточного тепла от корпуса электродвигателя.

Кроме специализированного синхронного электродвигателя в состав силового сервопривода обязательно входят:  частотный преобразователь с системой управления и энкодер, обеспечивающий требуемую угловую точность.

Специализированные силовые серводвигатели sEM-07 и sEM-07w в версиях с воздушным или жидкостным охлаждением и фланцевым креплением

Специализированные силовые серводвигатели sEM-07 и sEM-07w
с воздушным и жидкостным охлаждением и фланцевым креплением


Обычно серводвигатели и сервоприводы с воздушным охлаждением применяются в тех системах, где требуется обеспечивать кратковременный режим работы S2 или S3. Для непрерывного и непрерывно-периодических режимов работы целесообразно использовать силовые серводвигатели с жидкостным принудительным охлаждением.

Модульная конструкция универсальных электродвигателей «ЭЛЕКТРОМОМЕНТ» iEM-05w и iEM-06w с принудительным жидкостным охлаждением позволяет не только легко масштабировать крутящий момент и мощность сервопривода, но и обеспечивать дополнительную надёжность за счёт модульного дублирования.

 

Силовой сервопривод в виде сборки из трёх модулей iEM-05

Силовой сервопривод в виде сборки из трёх модулей iEM-05w с энкодером

Силовой сервопривод на базе сдвоенного iEM-05 с энкодером

Силовой сервопривод на базе сдвоенного iEM-05w с энкодером

Временный недостаток силовых сервоприводов на основе сервомоторов sEM и iEM – это более высокая цена относительно традиционных решений. Однако благодаря высокой эффективности, относительно малым затратам на монтаж и обслуживание, стоимость владения оказывается существенно ниже и за считанные месяцы окупит более высокую стоимость приобретения.

Технологичность инновационной конструкции сервомоторов серий sEM и iEM позволяет достичь высокой степени автоматизации серийного производства, что в комбинации с малой материалоёмкостью гарантирует высокий конкурентный потенциал относительно аналогов и обеспечивает неуклонное снижение стоимости по мере увеличения объёмов серийного выпуска.

Для управления сервомоторами «ЭЛЕКТРОМОМЕНТ» серий sEM и iEM требуются специальные преобразователи частоты и энкодеры с необходимым разрешением. Несмотря на высокую степень импортозамещения серводвигателей sEM и iEM, российские сервоприводы, использующие отечественную электронную компонентную базу, станут доступны не ранее 2027г. Поэтому российским разработчикам в ближайшие годы придётся преимущественно использовать сервоприводы с зарубежными преобразователями частоты и датчиками из дружественных стран.

Специальные версии серводвигателей sEM и iEM

Благодаря запатентованным технологиям «ЭЛЕКТРОМОМЕНТ», даже стандартные модели сервоприводов серий sEM и iEM обеспечивают самые высокие силовые характеристики в своём классе при конкурентной стоимости серийной продукции. Однако разработчикам специальных изделий и систем в различных отраслях мы предлагаем возможность создания специальных версий сервоприводов с улучшенными характеристиками по индивидуальному техническому заданию за счёт использования более дорогих материалов и комплектующих.

Улучшенные версии силовых серводвигателей sEM-07L и sEM-07Lw
Улучшенные версии силовых серводвигателей sEM-07L и sEM-07Lw

В отличие от стандартных моделей «ЭЛЕКТРОМОМЕНТ», специальные модификации получают литеру «L» в названии и имеют анодированный чёрный корпус.

|

    Введите свою контактную информацию в форме ниже, и вскоре наши специалисты свяжутся с вами:
    (Только для компаний, специализирующихся на разработке и производстве высокотехнологичной продукции.)