Een servomotor kiezen: Uw gids voor de belangrijkste dingen waar u op moet letten

De verkeerde servomotor kiezen is een gemakkelijke fout. Maar het kan je tijd en geld kosten. Het kan ook veel problemen veroorzaken. Dit artikel is mijn gids om je te helpen die problemen te vermijden. Ik laat je de belangrijkste dingen zien waar je aan moet denken. We bespreken alles, van snelheid en koppel tot traagheid en software. Als je klaar bent met lezen, weet je hoe je een servomotor selecteert die de juiste keuze is voor jouw taak.

Wat is een servomotor en waarom is een servoaandrijving zo belangrijk?

Laten we beginnen met de simpele feiten. Een servomotor is een speciaal soort elektromotor. Hij is gemaakt voor een zeer nauwkeurige regeling van zijn plaats, zijn snelheid en hoe snel hij op snelheid komt. Stel je een robotarm voor in een fabriek. Hij moet steeds naar dezelfde plek bewegen. Dat is de taak van een servomotor. Deze maakt gebruik van een feedbackinstrument, zoals een encoder. Dit instrument vertelt een controller waar hij is. Dit maakt zijn bewegingen heel precies en iets waar je op kunt rekenen.

Je kunt geen servomotor hebben zonder servoaandrijving. De servoaandrijving is als het ware het brein van het hele systeem. Het krijgt een commando, zoals "ga naar plek X met snelheid Y". Vervolgens stuurt het de juiste hoeveelheid spanning en vermogen naar de servomotor om dat te laten gebeuren. De servoaandrijving controleert ook de feedback van de motor. Dit zorgt ervoor dat de motor doet wat hem is opgedragen. Een goede servoaandrijving en servomotor die samenwerken, vormen het uitgangspunt voor elk geweldig motion control-systeem.

Hoe begint u bij het kiezen van een servomotor voor uw taak?

De allereerste stap is om alles te weten over je toepassing. Voordat je ook maar één servomotor bekijkt, moet je eerst bepalen wat je wilt doen. Wat is het doel van je machine? Wat probeer je te verplaatsen? Dit is het belangrijkste deel van het hele proces. Een fout op dit punt kan later problemen veroorzaken. Voor uw exacte toepassing moet u alle details uitzoeken.

Stel jezelf deze vragen over je sollicitatie:

• Wat is de lading? Hoe zwaar is het ding, of de lading, die je verplaatst?
• Hoe gaat het bewegen? Zal het in een lijn bewegen of ronddraaien? Is het een eenvoudige heen-en-weer beweging of een complexer profiel?
• Hoe ziet de omgeving eruit? Komt de servomotor op een plaats die warm, koud, nat of vol stof is? De omgeving is een zeer belangrijke factor.
• Wat is de fysieke opstelling? Gebruik je onderdelen zoals riemen, schroeven of een directe aandrijving? Elk van deze heeft andere behoeften voor de toepassing.

Door je toepassing op een duidelijke manier te beschrijven, krijg je een lijst met dingen die je nodig hebt. Deze lijst is uw gids. Het zal je helpen bij het selecteren van de juiste servomotor voor je automatiseringstoepassing. Dit is de basis voor een goed werkend project. Als je geen duidelijk idee hebt van de toepassing, doe je eigenlijk alleen maar een gok.

Hoe weet je welke snelheid en koppel je nodig hebt?

Nadat je de toepassing hebt begrepen, moet je de snelheid en het koppel berekenen. Koppel is een draaikracht. Je kunt het zien als de "kracht" die de servomotor moet hebben. Snelheid gaat over hoe snel de motor moet draaien om de beweging te laten plaatsvinden in de tijd die je hebt. Je moet deze getallen berekenen voor je exacte toepassing.

Je moet op de hoogte zijn van twee soorten koppel voor jouw toepassing:

Je moet het vereiste koppel voor elk deel van de bewegingscyclus bepalen. Dit betekent het koppel vinden dat nodig is om de last te versnellen. Het omvat ook het koppel dat nodig is om op constante snelheid te bewegen (om wrijving te overwinnen). En je hebt het koppel nodig om dingen af te remmen. Het hoogste koppel dat op een bepaald moment nodig is, is het vereiste piekkoppel. Het gemiddelde koppel over de hele cyclus helpt bij het bepalen van het vereiste continue koppel. Het kennen van je snelheids- en koppelvereisten is een zeer belangrijke stap bij het selecteren van een servomotor.

Wat is traagheid en waarom is bijpassende traagheid zo belangrijk?

Traagheid is een woord dat misschien moeilijk te begrijpen is, maar dat is het niet. Traagheid is de mate waarin een voorwerp zijn snelheid niet wil veranderen. Een zware bal heeft meer traagheid dan een lichte bal. Het is moeilijker om hem te starten en moeilijker om hem te laten stoppen. In een servosysteem houden we rekening met de traagheid van de lading. We zorgen ook voor de traagheid van het bewegende deel van de servomotor, de rotor. Het verband tussen deze twee staat bekend als de traagheidsverhouding.

Een juiste traagheidsverhouding is erg belangrijk voor een goede werking van het systeem. De traagheidsverhouding is de traagheid van de belasting gedeeld door de traagheid van de motor. Een goede algemene regel is om deze verhouding onder 10-to-1 te houden. Als de traagheid van de motor bijvoorbeeld 1 is, zou je willen dat de traagheid van de belasting 10 of minder is. Als de verhouding te hoog is, zal de servomotor het heel moeilijk hebben om de belasting te regelen. Het is alsof je een heel zwaar voorwerp probeert te besturen met een heel kleine spier. Het systeem kan zijn doel voorbij schieten, schudden en het moeilijk hebben om precies te zijn.

Een slechte traagheidsverhouding is een veelvoorkomende uitdaging. Je kunt de traagheid van de belasting berekenen op basis van de vorm en het gewicht van elk bewegend onderdeel in je toepassing. Als je traagheidsverhouding te hoog is, maak je dan geen zorgen. Er is een geweldige oplossing. Het gebruik van een tandwielreductor is een geweldige manier om de massatraagheid beter op elkaar af te stemmen. Dit eenvoudige onderdeel kan een groot verschil maken in hoe goed je servomotor de belasting aankan.

Hoe kun je een snelheids- koppelcurve lezen om te zien wat een motor kan?

Elke servomotor heeft een snelheidskoppelcurve. Deze curve is een van de belangrijkste hulpmiddelen die je zult gebruiken. De curve laat zien wat de servomotor kan. Het vertelt je hoeveel draaikracht de motor kan maken bij verschillende snelheden. Het bedrijf dat de motor maakt, geeft je deze curve voor elke servomotor die ze verkopen.

De snelheidskromme bestaat uit twee delen:

• De doorlopende regio: Dit is meestal een doosvorm in het onderste deel van de curve. Als je werkpunt (een bepaald toerental en koppel) in dit gebied ligt, kan de servomotor daar heel lang draaien. Hij raakt niet oververhit. Dit is het gebied voor continue werking.
• De intermitterende regio: Dit gebied bevindt zich boven het continue gebied. De servomotor kan hier korte tijd werken. Dit is waar je het piekkoppel vindt dat nodig is voor acceleratie. Als de motor te lang in dit gebied blijft, raakt hij oververhit en kan hij kapot gaan.

Wanneer je een servomotor selecteert, moet je naar de curve kijken. Je moet er zeker van zijn dat het vereiste continue koppel in het continue gebied ligt. Je moet ook controleren of je vereiste piekkoppel binnen het intermitterende gebied van de kromme ligt. Als wat u nodig hebt buiten de kromme valt, dan is die servomotor niet geschikt voor uw toepassing. De curve geeft een duidelijk ja of nee als antwoord op wat de motor kan doen.

Wat is RMS-koppel en waarom moet u dit berekenen voor uw bewegingsprofiel?

Veel taken draaien niet op één snelheid en één koppel. Ze hebben een complex bewegingsprofiel. Een bewegingsprofiel vertelt het verhaal van alle bewegingen die de motor in één volledige cyclus uitvoert. Hij kan versnellen, dan op een constante snelheid draaien en dan vertragen. Het koppel is gedurende dit hele profiel verschillend. Dus hoe weet je of de servomotor te heet wordt? Je moet het RMS-koppel berekenen.

RMS staat voor Root Mean Square. Het klinkt moeilijk, maar het is gewoon een methode om het gemiddelde koppel over het hele bewegingsprofiel te vinden. Het is een speciaal soort gemiddelde. Het houdt rekening met de warmte die wordt opgewekt door het motorvermogen. Zie het als een tijdgewogen gemiddelde. Het geeft meer belang aan de delen van de cyclus met een hoog koppel. Dit RMS-getal toont het constante koppel dat dezelfde hoeveelheid warmte in de servomotor zou creëren.

Nadat je het RMS-koppelgetal voor je bewegingsprofiel hebt bepaald, moet je dit controleren op de toerentalkoppelkromme van de motor. Het RMS-koppel dat je hebt gevonden, bij het gemiddelde toerental, moet binnen het continue gebied van de curve liggen. Dit is een zeer belangrijke controle. Als het buiten het continue gebied ligt, zal de servomotor langzaam steeds heter worden. Na verloop van tijd raakt hij oververhit. Goede dimensioneringssoftware kan deze RMS-berekening voor je uitvoeren. Dit maakt deze belangrijke stap veel eenvoudiger.

Wanneer is het een goed idee om een tandwiel te gebruiken bij je servomotor?

Soms is een servomotor alleen niet de beste oplossing. In veel industriële automatiseringsoplossingen gebruiken we een tandwielreductor, ook bekend als een tandwielkast. Een tandwiel is een mechanisch hulpmiddel dat snelheid ruilt voor meer draaikracht. Een overbrengingsverhouding van 10 op 1 verlaagt bijvoorbeeld de uitvoersnelheid met 10 keer. Maar het uitgaande koppel wordt 10 keer zo groot (na een klein verlies aan efficiëntie).

Er zijn twee belangrijke redenen om een versnelling te gebruiken:

• Om meer koppel te krijgen: Als je toepassing een zeer hoog koppel nodig heeft, maar geen hoge snelheid, dan is een tandwielkast een perfecte keuze. Je kunt een kleinere, goedkopere servomotor gebruiken en een tandwielkast toevoegen. Hierdoor krijg je het hoge koppel dat je nodig hebt. Dit kan een veel betere oplossing zijn dan het kopen van een zeer grote en krachtige servomotor met directe aandrijving. Dit is een gebruikelijke afweging bij het ontwerpen van machines.
• Om een betere traagheidsverhouding te krijgen: Zoals we al zeiden, is een hoge traagheidsverhouding niet goed. Een reductiekast is de beste manier om dit probleem op te lossen. Een reductiekast verlaagt de traagheid van de belasting die de motor voelt. Het verlaagt het met het kwadraat van de overbrengingsverhouding. Dus een overbrengingsverhouding van 10 op 1 maakt de traagheid 100 keer kleiner voor de servomotor! Dit maakt het voor de motor veel eenvoudiger om de belasting nauwkeurig te regelen. Van wat ik heb gezien, is het gebruik van een tandwiel vaak het geheim voor een systeem dat soepel werkt en waarop je kunt rekenen.

Maakt de werkelijke grootte van de servomotor verschil?

Ja, de fysieke grootte van de servomotor maakt echt een verschil. Dit is iets wat je echt niet mag vergeten. Nadat je hebt gekeken naar het koppel, de snelheid en de massatraagheid, moet je controleren of de servomotor echt in je machine past. Een te grote motor kan goed werken, maar je hebt er niets aan als je hem niet kunt plaatsen waar hij moet komen.

Voordat je je definitieve keuze maakt, moet je de tekeningen van de servomotor en het bijbehorende tandwiel opvragen, als je van plan bent er een te gebruiken. Bekijk de afmetingen zorgvuldig. Vergelijk ze met de ruimte die je hebt in je machineontwerp. Vergeet niet om ruimte vrij te houden voor de kabels en stekkers, want die hebben ook ruimte nodig. Een goede uitlijning van de motoras ten opzichte van de belasting is ook erg belangrijk voor een lange en probleemloze levensduur.

Een andere reden waarom de grootte belangrijk is, heeft te maken met kosten en efficiëntie. Een grotere motor is niet altijd de beste keuze. Een te grote servomotor kost meer geld om te kopen. Hij verbruikt ook meer stroom om te draaien. Hij heeft ook een hogere rotortraagheid. Dit kan de traagheidsverhouding verslechteren als de traagheid van de belasting erg klein is. Het belangrijkste doel is om een servomotor te kiezen die precies de juiste grootte heeft - niet te klein en niet te groot. Zo krijg je een ontwerp dat efficiënt is en waar voor je geld.

Welke andere belangrijke dingen beïnvloeden je keuze voor een servo?

Naast de belangrijkste zaken, zoals koppel, snelheid en traagheid, zijn er nog andere zaken waar je aan moet denken. Deze details kunnen een groot verschil maken in hoe goed je automatiseringstoepassing werkt. Een belangrijke factor is de omgeving waarin de machine zal werken. Als je machine op een zeer warme of koude locatie staat, moet je een servomotor kiezen die gemaakt is om die temperatuur aan te kunnen. Als de omgeving stof of water bevat, heb je misschien een motor met een speciale afdichting nodig om hem veilig te houden.

Een andere belangrijke factor is de spanning die je hebt. Wat is de ingangsspanning in je gebouw? Servoaandrijfsystemen worden verkocht met vele spanningsniveaus, zoals 120 VAC, 240 VAC of 480 VAC. Je moet een servoaandrijving en motorsysteem kiezen dat werkt met de spanning die je hebt. Er zijn ook systemen die op gelijkstroom werken. Deze worden vaak gebruikt in mobiele of batterijgevoede automatiseringstoepassingen.

Denk tot slot na over de feedbacktool. De meeste nieuwe servomotoren zijn borstelloze wisselstroommotoren met een encoder met hoge resolutie. De encoder vertelt de servoaandrijving de exacte plaats van de motoras. Hoe beter de resolutie van de encoder, hoe nauwkeuriger de besturing. Voor de meeste taken is een normale encoder prima. Maar voor een toepassing die een zeer soepele beweging bij een zeer lage snelheid (lage snelheid) vereist, heb je misschien een speciale encoder met een hogere resolutie nodig.

Hoe kan software je helpen de juiste servomotor te kiezen?

Lang geleden moesten we al deze berekeningen doen met pen en papier. Het kostte veel tijd en je kon gemakkelijk iets fout doen. Tegenwoordig is het veel eenvoudiger. De meeste bedrijven die servomotoren en servoaandrijvingen maken, geven gratis maatsoftware weg. Deze software is een geweldig hulpmiddel. Het kan je helpen de allerbeste servomotor te kiezen.

Deze software helpt je door het hele proces. Je voert alle informatie over je toepassing in. Dit omvat het gewicht van je lading, de bewegingen die je moet maken (het bewegingsprofiel), de mechanische onderdelen zoals schroeven of riemen en de cyclustijd. De software doet vervolgens al het moeilijke werk voor je. Het berekent de snelheid, het piekkoppel en het RMS-koppel. Het berekent ook de massatraagheid van de belasting.

De software bekijkt vervolgens alle producten die het bedrijf verkoopt. Het geeft je een lijst van servomotoren, servoaandrijvingen en tandwielsets die geschikt zijn voor jouw toepassing. Het laat je zien hoeveel extra vermogen elke keuze heeft. Dit helpt je bij het selecteren van een betrouwbare oplossing met een goede veiligheidsmarge. Het gebruik van deze software is de beste manier om er zeker van te zijn dat je de juiste servo correct hebt geselecteerd.

Belangrijke dingen om in gedachten te houden

• Begin met je toepassing. Leg duidelijk vast wat het systeem moet doen voordat je naar onderdelen gaat kijken.
• Zoek uit wat je nodig hebt. Je moet de benodigde snelheid, het piekkoppel en het continue (RMS) koppel voor je exacte bewegingsprofiel bepalen.
• Vergeet de traagheid niet. Een slechte traagheidsverhouding zorgt vaak voor slechte prestaties. Probeer een verhouding van 10 tegen 1 of lager te krijgen. Gebruik een versnelling als dat nodig is.
• Gebruik de snelheidskromme. Controleer altijd of je berekende piek- en continue werkpunten veilig binnen de officiële curve van de motor liggen.
• Denk na over de details in de praktijk. Zorg ervoor dat de servomotor fysiek in je machine past en dat hij werkt met je ingangsspanning.
• Gebruik de software van de maker. Maatsoftware is een geweldig, gratis hulpmiddel. Het maakt het werk sneller, eenvoudiger en veel correcter. Het is de beste manier om een goed gevoel te hebben over de servomotor die je kiest.