С конца 19 века, когда человечество совершило рывок в научно-технической мысли, все больше места отводится замещению ручного труда работой машин. С началом эры автоматизации начали использовать такое устройство как сервопривод.
Это название было выбрано не зря – данный привод дословно можно перевести как служащий прибор. Это может быть любой механический прибор с датчиком и возможностью управления. Он позволяет поддерживать нужные параметры на автоматической основе, которые задаются извне – специальной ручкой.
Для чего нужен этот привод? Чем он интересен? На эти вопросы мы попробуем ответить в этой статье.
Состав
Сейчас данное устройство широко распространено в агрегатах машиностроения с высокой производительностью, автоматических заводах по производству продуктов питания, упаковки, строительных материалов; электротехнике, подъемных механизмах, полиграфии, деревообработке и пищевой промышленности.
Так, сервоприводом служит регулятор или усилитель, в частности, гидроусилитель, пневматический усилитель, электрический усилитель.
Конструкция прибора включает следующие компоненты:
- Привод
- ДОС
- Блок питания
- Электронный блок питания
- Вход (он же конвертер или датчик сигнала управления)
Сервоприводам присваивается разная мощность и назначение: от небольших значений в 0,05 кВт для автомобилестроения до значительных значений в 20 и более кВт.
Наиболее мощные приборы устанавливаются на станки ЧПУ, агрегаты, используемые в нефтегазовой промышленности и пр.
Разновидности
Сервоприводу присвоена достаточно обширная классификация. Разнообразие видов данного устройства включает в себя такие:
- Движение вращения: различают одновременное и не являющеесясинхронным. Созданы, чтобы точно позиционировать угол поворота, скорость вращения и ускорения. Являются высокоточными и обладают высокой оборотистостью. Обеспечивают стабильное вращение валов.
- С линейным движением (плоские, круглые). Используются для развития огромных ускорений.
- Принцип действия: электромеханические, электромеханические с рабочей жидкостью. В первом случае сформированы электродвигателями и редукторами. Во втором случае используется система поршня и цилиндра. Их отличает не очень высокое быстродействие.
Владеют такими основными характеристиками:
- Основной параметр заключается в крутящем моменте и усилии на вал. В паспорте указывают обе величины на случай, если в сети разное напряжение.
- Быстродействием. Оно демонстрирует затраты времени на осуществление поворота выходного вала на 60 градусов. Как и в предыдущем случае, фиксируются показатели для разных величин напряжения.
- Вид сигнала – аналоговый или цифровой привод.
- Напряжение питания. Наиболее частые показатели напряжения в большинстве немощных приводов колеблются от 5 до 7 Вольт, например, в моделях на радиоуправлении. Провода разделяются по цвету: белый, коричневый, желтый ведут к сигналу управления, красный – питающему напряжению, черный — к общему проводу.
- Постоянное вращение вала с градусами 180 или 360.
- Прочные материалы для изготовления шестеренок: латунь, карбон, пластик по отдельности или в комбинации.
Необходимо выделить электромеханический сервопривод. Он снабжается электродвигателем с сердечником, маятник которого при вращении издает вибрацию, что приводит к уменьшению точности поворота выходного вала во время работы.
Однако в моторах с небольшой кинетической энергией ротора этот момент работы отсутствует. Такие моторы устанавливаются на ЧПУ станки, так как именно на них точность исполнительного механизма превыше всего, нивелируется даже дороговизна этих агрегатов.
Наиболее распространенным редуктором является шестеренчатый редуктор, используемый для снижения частот вращений и усиления момента на валу выхода. Червячный редуктор применяется реже. Несмотря на значение большого передаточного числа, дороговизна и сложность его производства не позволяет увеличить его продажи.
Применение и работа
Робототехника и манипуляторы – вот ключевые ниши для использования сервоприводов. Для механизмов поменьше берут сервоприводы типа MG996S и иные.
Что касается работы радиоаппаратуры, то в ней устанавливаются аппаратно-программные средства по подобию тех, которые принадлежат торговой марке Arduino.
Данный производитель выпускает платы с микроконтроллерами и расширениями, ориентированные в работе на любителей.
Широко распространены в простых системах автоматики и робототехники. Сигнал управления – аналоговый и цифровой способ. Такое устройство в работе удобно тем, что способно к управлению несколькими приводами.
В быту мы можем столкнуться с такой автоматической системой, использующей сервоприводы, как теплые полы. Именно он помогает прогревать пол на заданной температуре, так как подача носителя тепла в виде горячей воды регулируется сервоприводом.
Он подключается к управляющему устройству, контролирующему температуру с использованием соответствующего датчика. Далее следует команда на электротермический привод.Температура отопления регулируется тоже сервоприводом, а значит, автоматически. На рынке присутствуют модели с различным напряжением питания.
Сервоприводы используются и в автомобилях. Этим целям служат унифицированные сервоприводы с малыми габаритами, предназначенные для работы и обслуживания бортового напряжения в 12В.
Его преимущества заключаются в том, что он связан с центральным замком, монтируется на все двери автомобиля и даже в дверь багажника.
Еще такой механизм применяется при подаче горячих жидкостей на печь. Его контролирует термоэлектрический датчик, сигнализирующий на устройство управления.
Проанализировав данные, им отдается команда на привод, увеличивающий или уменьшающий жидкостную подачу.
Спектр применения сервоприводов чрезвычайно широк. Составить перечень всех устройств и систем, в которых используется сервопривод, крайне сложно.
Преимущества и недостатки
Сервопривод принято сравнивать с его братом – шаговым двигателем. Схема его управления выглядит следующим образом: отсчитывается нужное количество импульсов в зависимости от репера. Вам он прекрасно знаком на примере звукапишущего CD или DVD-Rom.
В шаговом двигателе применена система взаимодействия полюсов статора и ротора с образованием схемы параметров, характеризующими отрицательную обратную связь.
Итак, каковы же преимущества сервопривода по сравнению с шаговым двигателем:
- Тип и мощность редукторов и электродвигателей не имеет значения.
- Гарантия наибольшей точности за счет моментальной компенсации: люфтов; износов; теплового расширения; мгновенного определения механических или электрических поломок.
- Широкий диапазон скоростейпередвижения элементов.
- Соблюдение пропорций в затратах энергии и сопротивления элемента.
Однако несмотря на такие яркие преимущества у сервоприводов имеются и недостатки по сравнению с шаговыми двигателями. Среди них:
- Потребность в датчике.
- Сложность блоков управления и логике работы.
- Проблемная фиксация.
- Дороговизна.
Принимая решение о том, какой прибор использовать для работы, проведите предварительный анализ.
Он поможет Вам точно определиться, что предпочесть: сервопривод или шаговый двигатель, и избежать дополнительных трат и плохого настроения от неудачи в выборе модели.
Подведем итоги
Благодаря точнейшему позиционированию рабочих деталей сервоприводы надолго вошли в нашу жизнь. Ими оснащены механические задвижки, разнообразные клапаны, детали инструментов, станки ЧПУ, автоматы изготовления печатных плат и пр.
Приобретают популярность прямые приводы с высокими скоростями работы – их можно обнаружить в авиамоделях. Они еще и экономичны: характеризуются равномерностью потребления энергии.
Проделав путь от мотора с тремя полюсами, содержащим обмотки и статором с постоянными магнитами, он оброс пятью обмотками и приобретением большего крутящего момента с быстрым разгоном при работе.
На этом его модернизация не закончилась. Было решено разместить обмотки над магнитами для уменьшения веса ротора и сокращения времени разбега при работе.
Благодаря отказу от коллектора двигатель стал вентильным, более эффективным, увеличив крутящий момент.
Все популярнее становятся сервоприводы марки Arduino. Благодаря их приспосабливаемости, они подойдут для работы и серьезным станкам, и любительским авиамоделям.
Возможно, Вы не замечали, но данные устройства присутствуют и в детских игрушках, и в бытовой технике – например, в пылесосах с большой мощностью.
