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
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
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-05w 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
В отличие от стандартных моделей «ЭЛЕКТРОМОМЕНТ», специальные модификации получают литеру «L» в названии и имеют анодированный чёрный корпус.
