Co je AC servopohon?

An AC servopohon je sofistikované elektronické zařízení, které slouží jako ovladač pro AC servomotnebo umožňující přesnou kontrolu nad jeho polohou, rychlostí a točivým momentem. Na rozdíl od standardních střídavých motorů, které jsou navrženy pro nepřetržité otáčení při relativně konstantní rychlosti, tvoří střídavé servomotory ve spojení se svými pohony systém s uzavřenou smyčkou schopný vysoce dynamického a přesného řízení pohybu. Díky tomu jsou nepostradatelné v široké řadě moderních automatizačních a robotických aplikací.

Jak fungují AC servopohony

Základní princip fungování střídavého servopohonu spočívá v jeho řídicím systému s uzavřenou smyčkou, který nepřetržitě monitoruje aktuální stav motoru a upravuje jeho výstup tak, aby odpovídal požadovanému příkazu. Zde je rozpis procesu:

1. Příjem příkazového signálu: Servopohon přijímá povelový signál z řídicí jednotky vyšší úrovně (např. PLC, CNC nebo řídicí jednotky pohybu). Tento signál určuje požadovaný profil pohybu – ať už jde o cílovou polohu, specifickou rychlost nebo požadovaný krouticí moment.

2. Převod energie (AC-DC-AC):

   • Usměrnění (AC na DC): Přicházející střídavý proud (typicky třífázová nebo jednofázová síť) je nejprve usměrněn na stejnosměrné napětí.

   • Inverze (DC na AC): Toto stejnosměrné napětí je poté přeměněno zpět na střídavý průběh s proměnnou frekvencí a proměnným napětím pomocí invertoru, který často využívá techniky pulsní šířkové modulace (PWM). Tento řízený střídavý výstup pohání servomotor.

3. Ovládání motoru: Měnič pečlivě kontroluje frekvenci a napětí střídavého proudu dodávaného do motoru. Úpravou těchto parametrů přesně reguluje otáčky a točivý moment motoru.

4. Mechanismus zpětné vazby: Rozhodující komponentou systému s uzavřenou smyčkou je zpětnovazební zařízení, typicky an kodér or řešitel , namontovaný na servomotoru. Toto zařízení poskytuje v reálném čase informace o aktuální poloze motoru, rychlosti a někdy i proudu (který se týká točivého momentu).

5. Výpočet a oprava chyb: Servopohon neustále porovnává data zpětné vazby (aktuální stav) s povelovým signálem (požadovaný stav). Jakákoli nesrovnalost mezi těmito dvěma se vypočítá jako "chyba". Na základě této chyby vnitřní mikroprocesor měniče, využívající sofistikované řídicí algoritmy (často třísmyčkový řídicí algoritmus zahrnující proudové, rychlostní a polohové smyčky), upravuje napětí a proud dodávaný do motoru. Toto nepřetržité nastavování minimalizuje chybu a zajišťuje, že motor přesně sleduje zadaný pohyb.

Klíčové součásti systému AC servopohonu

Systém AC servopohonu se skládá z několika vzájemně propojených komponent, které pracují v harmonii:

• Střídavý servopohon (ovladač/zesilovač): Mozek operace, přijímání příkazů, zpracovávání zpětné vazby a generování přesných výkonových signálů pro motor.

• AC servomotor: Specializovaný elektromotor, typicky synchronní motor s permanentními magnety, navržený pro vysokou odezvu, vysoký poměr točivého momentu k setrvačnosti a přesné ovládání. Má stator s vinutím a rotor s permanentními magnety.

• Zařízení pro zpětnou vazbu (kodér/překladač): Poskytuje měniči informace o poloze a rychlosti hřídele motoru v reálném čase. Kodéry generují digitální impulsy představující rotaci, zatímco resolvery poskytují analogové signály.

• Napájecí jednotka: Poskytuje stabilní zdroj energie pro servopohon.

• Kabeláž: Připojuje měnič k motoru, zpětnovazebnímu zařízení a napájení.

• Ovladač vyšší úrovně: Odesílá povelové signály do servopohonu a řídí celkovou sekvenci pohybu (např. PLC, CNC).

Výhody AC servopohonů

Střídavé servopohony nabízejí významné výhody oproti tradičním systémům řízení motoru, díky čemuž jsou preferovanou volbou pro vysoce výkonné aplikace:

• Vysoká přesnost a přesnost: Systém zpětné vazby s uzavřenou smyčkou umožňuje extrémně přesné polohování, řízení rychlosti a točivého momentu s minimální odchylkou od požadované trajektorie.

• Dynamický výkon: Umožňují rychlé zrychlení a zpomalení, rychlé doby ustálení a rychlou reakci na změny příkazů nebo zatížení.

• Vysoký točivý moment při nízkých otáčkách: AC servomotnebos can generate substantial torque even at very low speeds, which is crucial for applications requiring precise movements under varying loads.

• Účinnost: Moderní AC servosystémy jsou vysoce účinné, přeměňují velké množství elektrické energie na mechanickou energii, což vede ke snížení spotřeby energie.

• Flexibilita a programovatelnost: Servopohony lze naprogramovat a vyladit pro širokou škálu pohybových profilů, což jim umožňuje přizpůsobit se různým úkolům a optimalizovat výkon systému.

• Hladký provoz: Pokročilé řídicí algoritmy přispívají k velmi hladkému a stabilnímu chodu motoru i při složitých pohybech.

Aplikace AC servopohonů

Díky své přesnosti, dynamickému výkonu a spolehlivosti jsou AC servopohony nedílnou součástí bezpočtu průmyslových a komerčních aplikací:

• Průmyslová robotika: Nezbytné pro ovládání přesných pohybů robotických ramen a kloubů při výrobě, montáži a operacích typu pick-and-place.

• CNC obráběcí centra: Zajistěte přesný pohyb řezných nástrojů, vřeten a pracovních stolů v počítačově numericky řízených strojích pro kovoobrábění, dřevoobrábění a další zpracování materiálů.

• Balicí stroje: Používá se ve vysokorychlostních a vysoce přesných balicích linkách pro plnění, těsnění, etiketování a třídění.

• Textilní stroje: Ovládejte přesné pohyby různých součástí ve tkacích, pletacích a šicích strojích.

• Tiskařské lisy: Umožněte přesnou registraci a přesnou manipulaci s materiálem ve vysokorychlostních tiskových aplikacích.

• Lékařské vybavení: Nachází se v chirurgických robotech, diagnostických zobrazovacích systémech a laboratorní automatizaci pro jejich přesné a opakovatelné pohyby.

• Výroba polovodičů: Rozhodující pro vysoce přesné polohování waferů a součástek při výrobě polovodičů.

• Letectví: Používá se v systémech řízení letu a dalších kritických mechanismech vyžadujících přesný a spolehlivý pohyb.

• Manipulace s materiálem: Používá se v dopravníkových systémech, automaticky řízených vozidlech (AGV) a dalších zařízeních pro manipulaci s materiálem, která vyžadují řízený pohyb.

v souhrnu AC servopohons jsou základním kamenem moderního řízení pohybu a umožňují průmyslovým odvětvím přesnost, rychlost a všestrannost potřebnou k dosažení vysoce automatizovaných a efektivních výrobních procesů. Jejich neustálý vývoj slibuje ještě větší možnosti a širší aplikace v budoucnosti automatizace.