Việc lựa chọn bộ điều khiển servo AC phù hợp không chỉ đơn giản là vấn đề chọn công suất cao nhất hiện có. Sự lựa chọn chính xác phụ thuộc vào động cơ, tải, tốc độ, mô-men xoắn, khả năng tăng tốc, phương pháp phản hồi, yêu cầu điều khiển và cách thức vận hành của máy.
Đối với các nhà chế tạo máy, OEM và kỹ sư tự động hóa, sự khác biệt giữa một doanh nghiệp nhỏHệ thống trợ lực 50Wvà mộtHệ thống trợ lực 2kWcó thể là đáng kể. Một máy nhỏ gọn có thể chỉ cần một servo công suất thấp để định vị hoặc cấp liệu, trong khi máy CNC, dây chuyền đóng gói hoặc hệ thống sản xuất tự động có thể cần nhiều công suất và mô-men xoắn hơn đáng kể.
THSERVO, còn được gọi là Zhejiang Tonghang E-Drive Technology Co., Ltd., cung cấp động cơ và bộ truyền động AC servo cho các ứng dụng điều khiển chuyển động công nghiệp. Phạm vi sản phẩm của nó bao gồm các mức công suất và yêu cầu ứng dụng khác nhau, với các sản phẩm được sử dụng trong các lĩnh vực như máy CNC, bao bì, in ấn, thiết bị dệt, hậu cần, điện tử và thiết bị bán dẫn.
Hướng dẫn này so sánh hai loại công suất từ góc độ thiết kế máy thực tế. Thay vì coi định mức công suất là yếu tố lựa chọn duy nhất, nó giải thích cách công suất, mô-men xoắn, sự phù hợp của động cơ, chế độ điều khiển, phản hồi và các yêu cầu ứng dụng phối hợp với nhau như thế nào.
Tại sao việc lựa chọn nguồn điện truyền động servo lại quan trọng
Công suất truyền động servo có liên quan chặt chẽ đến lượng công cơ học mà động cơ có thể thực hiện, nhưng chỉ riêng công suất định mức không nói lên toàn bộ câu chuyện.
Trục máy có thể có tải trọng trung bình tương đối nhỏ nhưng vẫn yêu cầu mô men xoắn đáng kể trong quá trình tăng tốc. Một ứng dụng khác có thể hoạt động liên tục ở mức tải vừa phải và do đó cần kết hợp động cơ và truyền động khác.
Đây là lý do tại sao việc lựa chọn servo thường bắt đầu bằng các yêu cầu cơ học.
Các yếu tố quan trọng bao gồm:
- Công suất động cơ cần thiết
- mô-men xoắn liên tục
- mô-men xoắn cực đại
- Tốc độ vận hành
- Tăng tốc và giảm tốc
- Tải quán tính
- Chu kỳ nhiệm vụ
- Truyền cơ khí
- Phản hồi của bộ mã hóa
- Giao diện điều khiển
- Môi trường cài đặt
Đối với cơ cấu định vị nhỏ, việc sử dụng hệ thống servo lớn hơn nhiều có thể làm tăng thêm chi phí và không gian tủ không cần thiết. Đối với máy có tải nặng hoặc tải thay đổi nhanh, việc chọn bộ truyền động quá nhỏ có thể hạn chế hiệu suất.
Mục tiêu là tìm ra tổ hợp servo phù hợp với máy thay vì chỉ chọn mức đánh giá lớn nhất.
50W có ý nghĩa gì trong hệ thống servo?
Động cơ servo 50W thuộc loại động cơ servo công nghiệp có công suất thấp. Thông tin sản phẩm của THSERVO hiển thị cấu hình động cơ servo bắt đầu từ 0,05kW, bao gồm động cơ 40ST-AM00130 được liệt kê với công suất định mức 0,05kW, dòng điện định mức 1,2A và mô-men xoắn định mức 0,159Nm trong thông tin khớp với động cơ cho bộ dẫn động 2kW của nó.
Điều này rất quan trọng vì nó cho thấy rằng động cơ công suất thấp có thể là một phần của hệ thống servo ngay cả khi nền tảng truyền động sẵn có hỗ trợ phạm vi động cơ rộng hơn nhiều.
Hệ thống servo loại 50W có thể được xem xét khi máy có tải trọng cơ học tương đối nhẹ và vẫn cần điều khiển chuyển động vòng kín.
Các ứng dụng tiềm năng có thể bao gồm các cơ chế tự động hóa nhỏ gọn, bộ định vị nhỏ, hệ thống cấp liệu nhẹ và các thiết bị khác có công suất động cơ yêu cầu hạn chế.
Tuy nhiên, không nên chọn ứng dụng chỉ vì máy trông nhỏ.
Một cơ cấu nhỏ gọn có gia tốc cao hoặc quán tính phản xạ lớn có thể yêu cầu nhiều mô-men xoắn hơn kích thước vật lý của nó.
Tải trọng cơ học phải luôn được tính toán trước khi lựa chọn tổ hợp động cơ và truyền động cuối cùng.
Tìm hiểu về lớp truyền động servo 2kW
Hệ thống servo 2kW là loại công suất lớn hơn đáng kể.
Bộ truyền động servo một trục 2kW của THSERVO được chỉ định với công suất đầu ra 2000W và đầu vào AC 220V ba pha. Sản phẩm hỗ trợ các chế độ điều khiển vị trí, tốc độ, JOG và mô-men xoắn. Các tùy chọn phản hồi bộ mã hóa được liệt kê của nó bao gồm bộ mã hóa gia tăng 2500 dòng và bộ mã hóa tuyệt đối 17/23-bit.
Sản phẩm này được thiết kế cho các ứng dụng chuyển động động và được thiết kế đặc biệt cho máy gia công và định tuyến CNC, máy đóng gói và dán nhãn, dây chuyền lắp ráp tự động cũng như thiết bị dệt và in.
Do đó, loại 2kW có ý nghĩa hơn khi máy yêu cầu công suất động cơ lớn hơn đáng kể so với mức mà hệ thống servo nhỏ có thể cung cấp.
Các yếu tố điển hình có thể khiến kỹ sư hướng tới phạm vi công suất này bao gồm:
- Tải trọng cơ học cao hơn
- Yêu cầu tăng tốc lớn hơn
- Quán tính quay lớn hơn
- Chu kỳ sản xuất đòi hỏi khắt khe hơn
- Yêu cầu mô-men xoắn cao hơn
- Cơ chế định vị lớn hơn
- Máy CNC công nghiệp hoặc thiết bị đóng gói
Động cơ thực tế vẫn cần phải được khớp với ổ đĩa. Ổ đĩa 2kW không có nghĩa là mọi động cơ 2kW đều có cùng mô-men xoắn hoặc đặc tính vận hành.
50W so với 2kW: Sự khác biệt cơ bản về công suất
Sự khác biệt về số lượng giữa 50W và 2kW là rất rõ ràng.
50W bằng 0,05kW.
2kW bằng 2.000W.
Do đó, 2kW có công suất danh định gấp 40 lần 50W.
| Mục | Lớp 50W | Lớp 2kW |
|---|---|---|
| Quyền lực danh nghĩa | 50W | 2,000W |
| Công suất tính bằng kW | 0.05kW | 2kW |
| Sức mạnh tương đối | 1× | 40× |
| Mức tải điển hình | Ánh sáng | Cao hơn |
| Yêu cầu mô-men xoắn | Thấp hơn | Cao hơn |
| Loại máy | Cơ chế nhỏ gọn | Thiết bị công nghiệp |
| Yêu cầu về tủ | Nói chung nhỏ hơn | Nói chung là lớn hơn |
| Yêu cầu động | Ứng dụng phụ thuộc | Thích hợp cho chuyển động đòi hỏi khắt khe hơn |
| Ưu tiên lựa chọn | Chuyển động nhỏ gọn | Tải và hiệu suất |
Điều này không có nghĩa là servo 2kW sẽ luôn di chuyển tải nhanh hơn 40 lần hoặc tạo ra mô-men xoắn gấp 40 lần.
Công suất, mô-men xoắn và tốc độ có liên quan.
Để lựa chọn servo, các kỹ sư cần xem xét thông số kỹ thuật thực tế của động cơ và điểm vận hành cơ học thay vì chuyển đổi công suất trực tiếp thành mô-men xoắn giả định.
Sức mạnh không giống như mô-men xoắn
Mô-men xoắn là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong việc lựa chọn servo.
Mối quan hệ cơ bản giữa công suất cơ, mô-men xoắn và tốc độ quay có nghĩa là cùng một công suất có thể được liên kết với các mức mô-men xoắn khác nhau tùy thuộc vào tốc độ vận hành.
Vì lý do này, người chế tạo máy nên hỏi hai câu hỏi riêng biệt:
Máy cần bao nhiêu năng lượng?VàĐộng cơ cần bao nhiêu mô-men xoắn ở tốc độ yêu cầu?
Những câu hỏi này có liên quan nhưng không giống nhau.
Ví dụ: bảng so khớp biến tần 2kW của THSERVO bao gồm một số cấu hình động cơ. Một động cơ 2kW được liệt kê, 130ST-AM07730, được hiển thị với công suất định mức 2,4kW và mô-men xoắn định mức 7,7Nm, trong khi các mẫu động cơ khác trong cùng một bảng kết hợp có các giá trị công suất và mô-men xoắn khác nhau.
Thông tin về động cơ T3a/T3L của THSERVO cũng hiển thị các kích thước khung động cơ và định mức mô-men xoắn khác nhau trong phạm vi sản phẩm của mình.
Điều này minh họa một điểm quan trọng:không nên sử dụng định mức công suất để thay thế cho việc kiểm tra thông số mô-men xoắn thực tế của động cơ.
Khi chọn hệ thống servo, hãy so sánh mô-men xoắn liên tục của động cơ và mô-men xoắn cực đại yêu cầu với đặc tính tải của máy.
Quán tính tải thay đổi lựa chọn như thế nào
Quán tính tải có thể có ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn servo.
Máy có thể không yêu cầu một lượng mô-men xoắn lớn trong quá trình vận hành ổn định nhưng có thể yêu cầu mô-men xoắn lớn hơn đáng kể khi tăng tốc một tải nặng.
Ví dụ bao gồm:
- Bàn quay
- Con lăn
- Ròng rọc lớn
- Cơ chế thức ăn
- Nền tảng định vị
- Hệ thống băng tải
- Trục máy công cụ
Động cơ không chỉ cần vượt qua tải khi nó đang di chuyển. Nó cũng cần tăng tốc và giảm tốc tải trong thời gian cần thiết.
Đây là lý do tại sao hai máy có tốc độ vận hành giống nhau có thể yêu cầu xếp hạng servo khác nhau.
Cơ cấu quán tính thấp có thể hoạt động hiệu quả với hệ thống servo nhỏ.
Cơ cấu quán tính cao có thể cần động cơ và dẫn động lớn hơn ngay cả khi tốc độ vận hành cuối cùng của nó tương đối khiêm tốn.
Do đó, đối với các ứng dụng OEM, việc tính toán quán tính tải phản xạ ở trục động cơ là một phần quan trọng của quá trình lựa chọn.
Yêu cầu tăng tốc và giảm tốc
Thời gian chu kỳ máy là một yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn servo.
Một số máy dành phần lớn thời gian hoạt động ở tốc độ không đổi. Những người khác liên tục tăng tốc, dừng, lùi và đặt lại vị trí.
Thiết bị đóng gói và dán nhãn là những ví dụ điển hình về máy móc trong đó chuyển động lặp lại có thể quan trọng. Thiết bị CNC cũng có thể yêu cầu chuyển động nhanh giữa các vị trí trước khi quay lại chuyển động cắt có kiểm soát.
Trong những ứng dụng này, động cơ cần có đủ mômen xoắn trong quá trình tăng tốc và giảm tốc.
THSERVO mô tả bộ truyền động 2kW của mình được thiết kế cho các ứng dụng chuyển động động và liệt kê các thiết bị đóng gói, CNC, lắp ráp tự động, dệt và in trong số các ứng dụng của nó.
Do đó, việc lựa chọn đúng không chỉ phụ thuộc vào tải vận hành trung bình mà còn phụ thuộc vào biên dạng chuyển động của máy.
Khi so sánh hệ thống công suất thấp và hệ thống 2kW, các kỹ sư nên kiểm tra:
- Thời gian tăng tốc
- Thời gian giảm tốc
- Tốc độ tối đa
- Số lần bắt đầu và dừng lại
- Tần số đảo ngược
- Tải quán tính
- Thời gian chu kỳ cần thiết
Những chi tiết này có thể tạo nên sự khác biệt lớn hơn so với kích thước vật lý của máy.
Chế độ điều khiển và yêu cầu chuyển động
Bộ truyền động servo cũng nên được lựa chọn theo cách máy cần được điều khiển.
Bộ truyền động servo một trục 2kW của THSERVO hỗ trợ:
Kiểm soát vị trí
Kiểm soát tốc độ
Kiểm soát mô-men xoắn
Vận hành JOG
Sản phẩm cũng liệt kê các tùy chọn đầu vào xung và analog, bao gồm đầu vào Pulse + Analog ±10V và tín hiệu xung, với giao tiếp RS485 để theo dõi thông số.
Các máy khác nhau có thể sử dụng các chế độ điều khiển này theo những cách khác nhau.
Kiểm soát vị trí
Kiểm soát vị trí rất hữu ích khi một trục cần di chuyển đến một vị trí xác định.
Ví dụ điển hình có thể bao gồm cơ chế lập chỉ mục và trục định vị.
Kiểm soát tốc độ
Kiểm soát tốc độ rất hữu ích khi duy trì tốc độ quay theo yêu cầu là yêu cầu chính.
Kiểm soát mô-men xoắn
Kiểm soát mô-men xoắn có thể quan trọng trong các ứng dụng mà mô-men xoắn của động cơ cần được điều chỉnh như một phần của quy trình máy.
Vận hành JOG
Hoạt động JOG có thể hữu ích trong quá trình thiết lập, kiểm tra, điều chỉnh và bảo trì máy.
Chế độ điều khiển cần thiết phải được xác nhận trước khi chọn biến tần vì biến tần cần giao tiếp chính xác với bộ điều khiển máy.
Bảng lựa chọn thực tế 50W và 2kW
Bộ truyền động servo cũng nên được lựa chọn theo cách máy cần được điều khiển.
| Yếu tố lựa chọn | Lớp 50W | Lớp 2kW |
|---|---|---|
| Mức năng lượng | 0.05kW | 2kW |
| Sức mạnh danh nghĩa tương đối | 1× | 40× |
| Loại tải | nhiệm vụ nhẹ | Ứng dụng tải cao hơn |
| Yêu cầu mô-men xoắn | Nói chung là thấp hơn | Nói chung cao hơn |
| Cân máy | Nhỏ gọn | Công nghiệp |
| Nhu cầu tăng tốc | Ứng dụng phụ thuộc | Thích hợp cho chuyển động đòi hỏi khắt khe hơn |
| sử dụng điển hình | Cơ chế nhỏ | CNC, đóng gói, lắp ráp, in ấn |
| Nhận xét | Phụ thuộc vào hệ thống được lựa chọn | Các tùy chọn tăng dần/tuyệt đối có sẵn trên ổ đĩa được liệt kê |
| Điều khiển | Phụ thuộc vào ổ đĩa đã chọn | Vị trí, tốc độ, mô-men xoắn, JOG |
| đầu vào | Phụ thuộc vào hệ thống được lựa chọn | Điện áp xoay chiều 3 pha 220V trên sản phẩm được liệt kê |
| Ưu tiên lựa chọn | Độ nhỏ gọn và đầu ra yêu cầu | Yêu cầu về tải, mô-men xoắn và động lực |
Những lỗi thường gặp khi chọn ổ đĩa servo
Bộ truyền động servo cũng nên được lựa chọn theo cách máy cần được điều khiển.
Lựa chọn chỉ bằng sức mạnh
Việc chọn một biến tần chỉ vì định mức công suất của nó có vẻ phù hợp có thể dẫn đến sự kết hợp truyền động động cơ không chính xác.
Mô-men xoắn và tốc độ cũng phải được xem xét.
Bỏ qua gia tốc
Một máy có thể có tải trung bình thấp nhưng yêu cầu mô-men xoắn cao hơn nhiều trong quá trình tăng tốc.
Bỏ qua quán tính
Quán tính tải cao có thể làm cho động cơ phù hợp không phù hợp với thời gian chu kỳ yêu cầu.
Chọn truyền động trước động cơ
Động cơ và bộ truyền động phải được coi là một hệ thống phù hợp.
THSERVO cung cấp thông tin khớp với động cơ cùng với bộ truyền động 2kW, hiển thị các mẫu động cơ khác nhau, công suất định mức, dòng điện, mô-men xoắn và các giá trị quá tải.
Quên giao diện điều khiển
Trước khi đặt mua ổ đĩa, hãy xác nhận xem máy có sử dụng xung, analog, RS485 hoặc phương thức giao tiếp khác hay không.
Bỏ qua các điều kiện cài đặt
Nhiệt độ, hệ thống dây điện, nối đất, thông gió trong tủ và nhiễu điện có thể ảnh hưởng đến hoạt động thực tế của máy.
Cách chọn hệ thống servo phù hợp từng bước
Quá trình lựa chọn thực tế có thể được thực hiện tương đối đơn giản.
Tính khối lượng chuyển động, ma sát, lực cản cơ học và tỷ số truyền.
Xác định tốc độ liên tục cần thiết và tốc độ tối đa.
Xác định cả mô men xoắn liên tục và mô men xoắn cực đại cần thiết trong quá trình tăng tốc.
Tính quán tính của tải phản xạ lên trục động cơ.
Xác định tần suất máy tăng tốc, giảm tốc, dừng và lùi.
Chọn một động cơ đáp ứng các yêu cầu về mô-men xoắn và tốc độ tính toán.
Xác nhận rằng biến tần tương thích với các yêu cầu về nguồn điện, dòng điện, bộ mã hóa, điện áp và điều khiển của động cơ.
Kiểm tra tính tương thích với PLC, bộ điều khiển chuyển động, bộ điều khiển CNC hoặc hệ thống điều khiển khác của máy.
Xác nhận nguồn điện, nhiệt độ môi trường, độ ẩm, không gian tủ, hệ thống dây điện và nối đất.
Trước khi hoàn tất việc mua hàng, hãy đánh giá động cơ, bộ truyền động, bộ mã hóa, bộ điều khiển, hộp số cơ khí và chu trình vận hành như một hệ thống.
Phần kết luận
Việc lựa chọn giữa hệ thống servo AC 50W và 2kW phải dựa trên yêu cầu thực tế của máy thay vì chỉ dựa trên mức công suất.
Bộ truyền động động cơ servo AC 50W có thể được xem xét cho các ứng dụng chuyển động nhỏ gọn, công suất thấp trong đó tải cơ học tương đối nhẹ. Bộ điều khiển truyền động động cơ servo AC 2kw phù hợp hơn khi ứng dụng yêu cầu mức công suất cao hơn đáng kể và sự kết hợp động cơ và truyền động tương ứng có thể đáp ứng mô-men xoắn, tốc độ và hiệu suất động cần thiết.
Đối với người chế tạo máy, các yếu tố quan trọng nhất là mô-men xoắn tải, tốc độ vận hành, khả năng tăng tốc, quán tính, chu kỳ làm việc, phản hồi bộ mã hóa, chế độ điều khiển và khả năng tương thích về điện.
Thông tin sản phẩm của THSERVO cung cấp một ví dụ hữu ích về lý do tại sao việc kết hợp bộ truyền động động cơ lại quan trọng. Ổ đĩa 2kW của nó hỗ trợ nhiều chế độ điều khiển và tùy chọn bộ mã hóa, trong khi thông tin khớp với động cơ của nó bao gồm các cấu hình động cơ khác nhau với các đặc tính công suất, dòng điện, mô-men xoắn và quá tải định mức khác nhau.
Do đó, hệ thống servo phù hợp không nhất thiết phải là lựa chọn nhỏ nhất hoặc lớn nhất hiện có. Đó là sự kết hợp phù hợp với yêu cầu vận hành thực tế của máy và mang lại hiệu suất phù hợp cho ứng dụng dự định.
Đối với các OEM và các công ty tự động hóa đánh giá các giải pháp servo, việc cung cấp tốc độ động cơ, mô-men xoắn yêu cầu, quán tính tải, phương pháp điều khiển, nguồn điện và chi tiết ứng dụng cho nhà cung cấp là cách thiết thực để có được cấu hình phù hợp hơn trước khi đặt hàng.