1.ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับไดรฟ์ AC (ไดรฟ์ความถี่ตัวแปร) ในขอบเขตของการควบคุมอุตสาหกรรมสมัยใหม่และ......
อ่านเพิ่มเติมเซอร์โวมอเตอร์กระแสสลับเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่ทำงานด้วยไฟฟ้ากระแสสลับ และได้รับการออกแบบเพื่อให้สามารถควบคุมตำแหน่ง ความเร็ว และแรงบิดได้อย่างแม่นยำ ต่างจากมอเตอร์ AC ทั่วไปที่หมุนด้วยความเร็วคงที่ เซอร์โวมอเตอร์จะได้รับการตอบรับจากตัวเข้ารหัสที่ติดอยู่กับเพลาอยู่ตลอดเวลา ข้อมูลป้อนกลับจะบอกระบบอย่างแม่นยำว่ามอเตอร์อยู่ที่ใดในช่วงเวลาหนึ่งๆ ทำให้สามารถแก้ไขแบบเรียลไทม์และรักษาตำแหน่งเป้าหมายไว้ได้อย่างแม่นยำสูง
คำว่า "เซอร์โว" มาจากคำภาษาละตินที่แปลว่าทาส และนั่นคือสิ่งที่มันทำ มันปฏิบัติตามคำสั่งจากคอนโทรลเลอร์อย่างซื่อสัตย์ โดยจะปรับตัวเองอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ตรงกับตำแหน่ง ความเร็ว หรือแรงบิดที่ต้องการ สิ่งนี้ทำให้มอเตอร์เซอร์โว AC เป็นกระดูกสันหลังของระบบอัตโนมัติสมัยใหม่ เครื่องจักร CNC หุ่นยนต์ และการใช้งานใดๆ ที่การเคลื่อนไหวที่มีความแม่นยำมีความสำคัญ
สิ่งที่แยกเซอร์โวมอเตอร์ AC ออกจากเซอร์โวมอเตอร์ DC คือแหล่งพลังงานและโครงสร้าง โดยทั่วไปเซอร์โวมอเตอร์กระแสสลับจะมีความทนทานมากกว่า ต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่า (ไม่ต้องเปลี่ยนแปรงถ่าน) และเหมาะกว่าสำหรับสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่มีความเร็วสูงและกำลังสูง มักใช้ร่วมกับเซอร์โวไดรฟ์ (หรือที่เรียกว่าเซอร์โวแอมพลิฟายเออร์) และตัวควบคุมการเคลื่อนไหวเพื่อสร้างระบบเซอร์โวแบบวงปิดที่สมบูรณ์
หลักการสำคัญเบื้องหลังเซอร์โวมอเตอร์ AC คือการควบคุมป้อนกลับแบบวงปิด ต่อไปนี้คือรายละเอียดที่ชัดเจนเกี่ยวกับวิธีการทำงานของระบบตั้งแต่ต้นจนจบ:
ลูปนี้รันหลายร้อยหรือพันครั้งต่อวินาที ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมระบบเซอร์โวจึงสามารถบรรลุพิกัดความเผื่อที่จำกัดเช่นนั้นได้ ตัวเข้ารหัสเป็นส่วนประกอบที่สำคัญ — เซอร์โวมอเตอร์ AC สมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้ตัวเข้ารหัสความละเอียดสูงที่มีความละเอียด 17 บิตหรือ 23 บิต ซึ่งหมายความว่าสามารถตรวจจับตำแหน่งที่แตกต่างกันได้หลายล้านตำแหน่งต่อการปฏิวัติ
เซอร์โวมอเตอร์ AC มีสองประเภทหลักที่ใช้ในอุตสาหกรรมปัจจุบัน แต่ละประเภทมีหลักการทำงานที่แตกต่างกันและกรณีการใช้งานในอุดมคติ
แบบซิงโครนัส เอซีเซอร์โวมอเตอร์ — หรือที่รู้จักกันในชื่อมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) — ใช้แม่เหล็กถาวรฝังอยู่ในโรเตอร์ โรเตอร์จะหมุนในลักษณะซิงโครไนซ์กับสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนอยู่ในสเตเตอร์ เนื่องจากแม่เหล็กทำงานตลอดเวลา มอเตอร์ประเภทนี้จึงสร้างแรงบิดสูงแม้ที่ความเร็วต่ำ และมีการตอบสนองไดนามิกที่ดีเยี่ยม
เซอร์โวมอเตอร์แบบซิงโครนัสเป็นประเภทที่ใช้กันมากที่สุดในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและการใช้งาน CNC มีขนาดกะทัดรัด มีประสิทธิภาพ และสามารถรักษาแรงบิดพิกัดตลอดช่วงความเร็วที่กว้าง แบรนด์ต่างๆ เช่น Mitsubishi, Fanuc, Yaskawa และ Siemens ต่างนำเสนอเซอร์โวมอเตอร์แบบซิงโครนัสเป็นสายผลิตภัณฑ์หลัก
เซอร์โวมอเตอร์เหนี่ยวนำใช้โรเตอร์แบบกรงกระรอกซึ่งกระแสไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำโดยสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุน ซึ่งไม่มีแม่เหล็กถาวร โรเตอร์จะช้ากว่าสนามสเตเตอร์เล็กน้อยเสมอ (ซึ่งเรียกว่า "สลิป") ซึ่งเป็นวิธีการสร้างแรงบิด เมื่อจับคู่กับเซอร์โวไดรฟ์ควบคุมเวกเตอร์ มอเตอร์เหนี่ยวนำยังสามารถควบคุมความเร็วและแรงบิดได้ดี แม้ว่าโดยทั่วไปจะไม่แม่นยำหรือตอบสนองเหมือนประเภทซิงโครนัสก็ตาม
เซอร์โวมอเตอร์เหนี่ยวนำมักถูกเลือกสำหรับการใช้งานสปินเดิลกำลังสูง เช่น สปินเดิลของเครื่องกัด CNC ซึ่งความเร็วและความทนทานที่สูงมากมีความสำคัญมากกว่าการวางตำแหน่งที่แม่นยำเป็นพิเศษ นอกจากนี้ยังมีราคาถูกกว่าด้วยอัตรากำลังที่มากกว่า
ก่อนที่จะเลือกหรือทำงานกับเซอร์โวมอเตอร์ AC คุณต้องเข้าใจข้อกำหนดหลักในเอกสารข้อมูลก่อน ต่อไปนี้เป็นรายละเอียดพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดในภาษาธรรมดา:
| ข้อมูลจำเพาะ | มันหมายถึงอะไร | ทำไมมันถึงสำคัญ |
| แรงบิดสูงสุด (N·m) | แรงบิดต่อเนื่องที่มอเตอร์สามารถผลิตได้ที่ความเร็วที่กำหนด | ต้องเกินแรงบิดโหลดรวมทั้งแรงเสียดทานและความเฉื่อย |
| แรงบิดสูงสุด (N·m) | แรงบิดสูงสุดสำหรับการระเบิดระยะสั้น (โดยทั่วไปพิกัด 2–3×) | จำเป็นสำหรับขั้นตอนการเร่งความเร็วและการชะลอตัว |
| ความเร็วสูงสุด (RPM) | ความเร็วในการทำงานปกติที่แรงบิดที่กำหนด | พิจารณาว่ามอเตอร์เหมาะสมกับโปรไฟล์การเคลื่อนไหวของคุณหรือไม่ |
| กำลังไฟพิกัด (W หรือ kW) | กำลังทางกลเอาท์พุต (แรงบิด × ความเร็ว) | ใช้เพื่อให้ตรงกับไดรฟ์และขนาดสายเคเบิล/เบรกเกอร์ |
| ความละเอียดของตัวเข้ารหัส | จำนวนพัลส์หรือบิตต่อการปฏิวัติ | ความละเอียดที่สูงขึ้น = การควบคุมตำแหน่งที่ละเอียดยิ่งขึ้น |
| ความเฉื่อยของโรเตอร์ (กก.·ซม.²) | ความต้านทานของโรเตอร์ต่อการเปลี่ยนแปลงความเร็วในการหมุน | ต้องจับคู่กับความเฉื่อยของโหลดเพื่อการควบคุมที่มั่นคง |
| ระดับ IP | ระดับการป้องกันฝุ่นและน้ำเข้า | สำคัญสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงหรือเปียก |
หนึ่งในคำถามที่พบบ่อยที่สุดในการควบคุมการเคลื่อนไหวคือว่าจะใช้เซอร์โวมอเตอร์ AC หรือสเต็ปเปอร์มอเตอร์หรือไม่ ทั้งสองสามารถควบคุมตำแหน่งได้ แต่ทำงานแตกต่างกันมากและเหมาะกับการใช้งานที่แตกต่างกัน
สเต็ปเปอร์มอเตอร์จะเคลื่อนที่เพิ่มทีละขั้น (ขั้น) คงที่และทำงานแบบวงเปิด ซึ่งหมายความว่าจะไม่มีการป้อนกลับของตัวเข้ารหัสในการตั้งค่าพื้นฐานส่วนใหญ่ มันเรียบง่าย ราคาถูก และใช้งานได้ดีกับสิ่งของน้ำหนักเบาที่ความเร็วปานกลาง อย่างไรก็ตาม สเต็ปเปอร์อาจพลาดสเต็ปภายใต้สภาวะโอเวอร์โหลดโดยไม่ต้องแก้ไขตัวเอง และจะสูญเสียแรงบิดจำนวนมากที่ความเร็วที่สูงขึ้น
ในทางตรงกันข้าม เซอร์โวมอเตอร์ AC จะรู้เสมอว่าอยู่ที่ไหนด้วยตัวเข้ารหัส มันจะไม่เสียตำแหน่งขณะบรรทุก ตอบสนองต่อคำสั่งได้เร็วกว่า และรักษาแรงบิดเต็มพิกัดในช่วงความเร็วที่กว้าง ข้อดีข้อเสียอยู่ที่ต้นทุนและความซับซ้อน ระบบเซอร์โว (การปรับสายเคเบิลของมอเตอร์ไดรฟ์) มีราคาสูงกว่าการตั้งค่าสเต็ปเปอร์ที่มีขนาดเท่ากันอย่างมาก
หลักปฏิบัติง่ายๆ ต่อไปนี้: ใช้สเต็ปเปอร์สำหรับการวางตำแหน่งที่เรียบง่าย โหลดต่ำ และความเร็วต่ำ ซึ่งต้นทุนเป็นสิ่งสำคัญ ใช้เซอร์โวมอเตอร์ AC เมื่อคุณต้องการความเร็วสูง แรงบิดสูง การเปลี่ยนแปลงโหลดแบบไดนามิก หรือเมื่อความแม่นยำของตำแหน่งไม่สามารถต่อรองได้
เซอร์โวมอเตอร์กระแสสลับปรากฏในเกือบทุกอุตสาหกรรมที่จำเป็นต้องมีการควบคุมการเคลื่อนไหว แอปพลิเคชันทั่วไปบางส่วน ได้แก่:
การเลือกเซอร์โวมอเตอร์ AC ที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับความสามารถของมอเตอร์ให้ตรงกับความต้องการของการใช้งานของคุณอย่างระมัดระวัง การเร่งรีบในขั้นตอนนี้นำไปสู่ระบบที่มีกำลังไม่เพียงพอซึ่งล้มเหลวในสนามหรือวิธีแก้ปัญหาที่ใหญ่เกินราคาเกินราคา ทำตามขั้นตอนเหล่านี้:
เริ่มต้นด้วยการคำนวณแรงบิดในการโหลด ซึ่งรวมถึงแรงหรือน้ำหนักที่กำลังเคลื่อนที่ แรงเสียดทาน และระบบส่งกำลังทางกลใดๆ (กระปุกเกียร์ สายพาน บอลสกรู) คำนวณความเฉื่อยของโหลดด้วย ซึ่งจะบอกคุณว่ามอเตอร์ต้องให้พลังงานเท่าใดเพื่อเร่งโหลด แนวทางทั่วไปของอุตสาหกรรมคือการรักษาอัตราส่วนความเฉื่อยของโหลดต่อมอเตอร์ให้ต่ำกว่า 10:1 เพื่อความเสถียรในการควบคุมที่ดี และตามหลักการแล้วคือ 3:1 หรือน้อยกว่าสำหรับการใช้งานที่มีไดนามิกสูง
ร่างกราฟความเร็วเทียบกับเวลาสำหรับวงจรการเคลื่อนไหวของคุณ สังเกตความเร็วสูงสุดที่ต้องการ เวลาเร่งความเร็วและลดความเร็ว และรอบการทำงาน (ระยะเวลาที่มอเตอร์ทำงานอย่างต่อเนื่องเทียบกับพัก) วิธีนี้จะกำหนดทั้งแรงบิดสูงสุดที่ต้องการ (ระหว่างการเร่งความเร็ว) และแรงบิด RMS (รูตเฉลี่ยกำลังสอง) ซึ่งจะต้องต่ำกว่าแรงบิดต่อเนื่องที่กำหนดของมอเตอร์เพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไป
เมื่อคุณทราบข้อกำหนดด้านแรงบิดและความเร็วแล้ว ให้เลือกมอเตอร์ที่มีพิกัดแรงบิดและความเร็วพิกัดซึ่งครอบคลุมความต้องการของคุณอย่างสะดวกสบายโดยมีส่วนต่างเล็กน้อย (โดยทั่วไปคือ 20–30%) ตรวจสอบขนาดเฟรมทางกายภาพที่เหมาะกับพื้นที่ติดตั้งของคุณ โดยปกติแล้วเซอร์โวมอเตอร์จะมีขนาดหน้าแปลนตั้งแต่ 40 มม. ถึง 200 มม. หรือใหญ่กว่า
เซอร์โวไดรฟ์ต้องตรงกับแรงดันไฟฟ้า กระแส และประเภทตัวเข้ารหัสของมอเตอร์ ผู้ผลิตส่วนใหญ่ขายชุดขับเคลื่อนมอเตอร์ที่ตรงกัน (เช่น ซีรีส์ Yaskawa Sigma, ซีรีส์ Mitsubishi MR-J, ซีรีส์ Siemens S-1FK) ซึ่งช่วยให้การตั้งค่าง่ายขึ้น หากผสมแบรนด์ ให้ตรวจสอบความเข้ากันได้อย่างละเอียดระหว่างพิกัดแรงดันไฟฟ้า โปรโตคอลตัวเข้ารหัส (ส่วนเพิ่ม สัมบูรณ์ EnDat BiSS-C ฯลฯ) และอินเทอร์เฟซการควบคุม (พัลส์/ทิศทาง อะนาล็อก ±10V, EtherCAT, PROFINET ฯลฯ)
ตรวจสอบสภาพแวดล้อมการทำงาน หากมอเตอร์ต้องเผชิญกับน้ำหล่อเย็น ฝุ่น หรือการชะล้าง คุณต้องใช้มอเตอร์ที่ได้รับการจัดอันดับ IP65 หรือ IP67 หากจะทำงานในอุณหภูมิที่สูงมาก ให้ตรวจสอบช่วงอุณหภูมิแวดล้อมของมอเตอร์ สำหรับการใช้งานด้านอาหารและเครื่องดื่มหรือยา อาจจำเป็นต้องมีซีลเพลาสแตนเลสและการเคลือบพิเศษ
การติดตั้งเซอร์โวมอเตอร์ AC อย่างถูกต้องมีความสำคัญพอๆ กับการเลือกมอเตอร์ที่ถูกต้อง ประเด็นสำคัญบางประการที่ควรคำนึงถึง:
หลังจากเดินสายไฟแล้ว จะต้องปรับเซอร์โวไดรฟ์เพื่อให้ลูปควบคุมตอบสนองอย่างถูกต้องสำหรับการรวมโหลดมอเตอร์เฉพาะของคุณ เซอร์โวไดรฟ์สมัยใหม่ส่วนใหญ่มีฟังก์ชันการปรับอัตโนมัติที่จะหมุนมอเตอร์ผ่านขั้นตอนการทดสอบ และคำนวณการตั้งค่าอัตราขยายที่เหมาะสมที่สุดโดยอัตโนมัติ ซึ่งมักจะดีเพียงพอสำหรับการใช้งานมาตรฐาน
สำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูง เช่น การหยิบและวางด้วยความเร็วสูง หรือการเจียรที่มีความแม่นยำ อาจจำเป็นต้องมีการปรับค่า PID หลักสามค่าด้วยตนเอง (อัตราขยายตำแหน่ง อัตราขยายความเร็ว และอัตราขยายอินทิกรัล) การเพิ่มกำไรจะทำให้ระบบตอบสนองเร็วขึ้นและแข็งแกร่งขึ้น แต่สูงเกินไป จะทำให้ระบบไม่เสถียรและแกว่งไปมา เป้าหมายคือการบรรลุการตอบสนองที่รวดเร็วโดยไม่ต้องเกินขอบเขตหรือล่าสัตว์
ไดรฟ์ส่วนใหญ่ยังอนุญาตให้คุณตั้งค่าตัวกรองรอยบากเพื่อลดความถี่เรโซแนนซ์เชิงกล เพิ่มฟีดไปข้างหน้าเพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการติดตามระหว่างการเร่งความเร็ว และการชดเชยแรงเสียดทานเพื่อลดข้อผิดพลาดของตำแหน่งที่ความเร็วต่ำ การสละเวลาในการปรับแต่งการตั้งค่าเหล่านี้อย่างเหมาะสมอาจสร้างความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งขั้นสุดท้ายและปริมาณงานของเครื่อง
โดยทั่วไปแล้ว เซอร์โวมอเตอร์กระแสสลับมีความน่าเชื่อถือสูง เนื่องจากไม่มีแปรงหรือตัวเปลี่ยนสับเปลี่ยนที่จะเสื่อมสภาพ อย่างไรก็ตาม ยังคงต้องมีการบำรุงรักษาอยู่บ้างเมื่อเวลาผ่านไป:
การเก็บบันทึกการบำรุงรักษาชั่วโมงการทำงานของมอเตอร์ ประวัติการแจ้งเตือน และการตรวจสอบทางกายภาพใดๆ จะช่วยคาดการณ์ความล้มเหลวได้อย่างมากก่อนที่จะทำให้เกิดการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผน