Pramonės servo problema yra nuoseklumas, o ne didžiausias našumas
UAV varikliai yra skirti didžiausiai traukai. Humanoidinės roboto jungtys yra nurodytos didžiausiam sukimo momentui. Pramoniniai servovarikliai yra skirti kažkam daugiau nei bet kuriam kitam: pastovus, nuspėjamas sukimo momentas per dešimt milijonų ciklų, esant vardinei temperatūrai, o pirmojo ciklo našumas toks pat kaip ir dešimties milijonų ciklo metu.
Šis reikalavimas visiškai pakeičia magneto pasirinkimo logiką. UAV variklis, kuris po lenktynių sezono praranda 2% srauto tankio, yra nedidelis nepatogumas. Pramoninis servo mechanizmas tikslaus surinkimo linijoje, kuris per šešis gamybos pamainų mėnesius praranda 2 % sukimo momento konstantos, sukelia atmestas dalis, perkalibravimo prastovą ir pretenzijas dėl garantijos. Ekonominės laipsniško išmagnetinimo pramoninėse servo sistemose pasekmės nėra proporcingos srauto nuostoliams – jos yra proporcingos variklio valdomo proceso gamybos vertei.
Dėl to pramoninio servovariklio magneto pasirinkimas skiriasi ir kodėl pasirinkti klasę pagal UAV arba vartotojų variklio atskaitos tašką yra neteisingas atskaitos taškas.
1. Kodėl darbo ciklo šiluminė dinamika yra pagrindinis dizaino kintamasis
Pramoniniai servovarikliai CNC apdirbimo, robotinio suvirinimo ir paėmimo ir vietos automatizavimo srityse veikia pagal darbo ciklus, kurie koncentruoja šilumą pagal tam tikrus modelius. Staklių veleno servo mechanizmas gali veikti nepertraukiamai 70 % vardinio sukimo momento 6 valandų pamainomis. Paėmimo ir pastatymo svirties servo galia veikia didžiausiu sukimo momentu 80 ms, tada nukrenta iki beveik nulio 120 ms, kartodamas 5 Hz dažniu 16 valandų per dieną.
Pastovios būsenos apvijos temperatūra, kai naudojama velenas, yra nuspėjama pagal vardinę srovę ir šiluminę varžą. Taikant pasirinkimo ir padėties programą, apvijos temperatūros ciklai ir magneto sąrankos terminė laiko konstanta – paprastai 45–90 sekundžių 60–100 mm rėmo servo mechanizmui – reiškia, kad magneto temperatūra neseka momentinės apvijos temperatūros. Jis seka slankųjį vidurkį su vėlavimu. Esant greitam darbo ciklui su didelėmis didžiausiomis srovėmis, magnetas gali pasiekti 25–40 laipsnių aukštesnę temperatūrą, nei galėtų prognozuoti pastovios būsenos terminis modelis esant vidutinei srovei.
Nustatyti magneto laipsnį pagal vidutinę srovę neteisinga. Nurodykite didžiausią srovės apkrovą esant magneto agregato terminei laiko konstantai. Daugumoje pramoninių servo įrenginių 1–10 kW diapazone tai reiškia, kad efektyvioji magneto projektinė temperatūra yra 100–140 laipsnių, o ne 80 laipsnių apvijos riba, nurodyta variklio duomenų lape.
2. IEC terminė klasė ir ką ji iš tikrųjų reiškia magnetams
Pramoniniai servo varikliai yra įvertinti pagal IEC šilumines klases - F klasė (155 laipsnių apvijos riba), H klasė (180 laipsnių), C klasė (virš 200 laipsnių). Šie įvertinimai taikomi apvijų izoliacijai, o ne magnetams. Magneto temperatūra gerai suprojektuotame variklyje su vidiniu aušinimu yra 30–60 laipsnių žemesnė už apvijos temperatūrą esant vardinei apkrovai, tačiau variklyje, veikiančiame virš vardinės apkrovos arba su pablogėjusiu aušinimu, tarpas susiaurėja.
Praktinis variklio šiluminės klasės ir magneto klasės priesagos susiejimas:
| Variklio šiluminė klasė | Tipinė maksimali magneto temperatūra | Minimalaus pažymio priesaga | Pastabos |
|---|---|---|---|
| F klasė, priverstinis aušinimas | 80-100 laipsnių | H | H priesaga suteikia paraštę; N galūnė kraštinė, nebent veikimo taškas yra konservatyvus |
| F klasė, savaiminis aušinimas | 100-120 laipsnių | H į SH | SH pirmenybė teikiama nuolatiniam darbui; H priimtina su patikrintu terminiu modeliu |
| H klasė, priverstinis aušinimas | 100-130 laipsnių | SH | SH bazinė linija; EH varikliams, artimiems vardinei srovei esant 130 laipsnių magneto temp |
| H klasė, savaiminis aušinimas | 120-150 laipsnių | EH | EH arba AH; patikrinkite BH kreivę esant darbinei temperatūrai – gamintojo duomenų lapo dažnai nepakanka |
| C klasė / specialybė | 150-200 laipsnių | SmCo arba AH NdFeB | Išlaikant virš 150 laipsnių, SmCo yra teisingas atsakymas; Yra NdFeB AH klasės, tačiau SmCo yra stabilesnis |
3. Išmagnetinimo kaupimosi problema ilgo ciklo taikymuose
Servo variklyje, kuris gamybos linijoje dirba 5000 valandų per metus, magnetas patiria maždaug 90 milijonų elektros ciklų esant 14 polių porų konfigūracijai ir 1500 aps./min. Kiekvienas ciklas, kai veikimo taškas nukrenta žemiau BH kelio – net trumpam, net ir nedideliu skirtumu – prisideda prie nedidelio negrįžtamo srauto praradimo.
Problema nėra atskirame įvykyje. Tai kaupimas. Magnetas, kuris praranda 0,05% Br per 1000 darbo valandų, po vienerių metų prarado 0,25%. Tai skamba nereikšmingai. Didelio tikslumo puslaidininkių sujungimo mašinos servosistemoje dėl 0,25 % nuolatinio sukimo momento poslinkio reikia iš naujo kalibruoti jėgos valdymo kilpą. Perkalibruojant klijavimo mašinoje, įrankis išjungiamas 2–4 valandoms. Visą parą veikiančioje įstaigoje tai vyksta du kartus per metus vienai mašinai. Šios prastovos kaina gerokai viršija sąnaudas, susijusias su kito aukštesnio priverstinio laipsnio nustatymu projektavimo etape.
Teisingas specifikacijos metodas: apskaičiuokite mažiausią Hcj, reikalingą, kad veikimo taškas būtų 20 % virš BH kelio esant didžiausiai numatomai magneto temperatūrai ir didžiausiai išmagnetinimo srovei. Tada pridėkite vieną pažymio priesagą virš šio minimumo. Papildomos išlaidos yra nedidelės. Didėjantis patikimumas yra išmatuojamas.
4. Laipsnio pasirinkimas pramoniniu servo taikymu
| Taikymas | Darbo ciklas | Maksimali magneto temp | Rekomenduojamas laipsnis | Loginis pagrindas |
|---|---|---|---|---|
| CNC apdirbimo centras (suklio servo) | Nepertraukiamas 60–80 proc. | 100-120 laipsnių | N42SH–N45SH | Ilgas nepertraukiamas bėgimas; SH būtinas; Žemesnė BHmax klasė yra priimtina, jei leidžia sukimo momento tankis |
| CNC ašies servo (tiekimo pavara) | Ciklinis, 30–60 proc. | 80-110 laipsnių | N45H–N48H | Protarpinis; H pakanka atliekant tinkamą didžiausios srovės atsargos analizę |
| Pramoninio roboto jungtis (6 ašių rankena) | Ciklinis, 40–70 proc. | 90-120 laipsnių | N42SH–N45SH | Panašus į CNC veleną; uždara jungtis korpusas riboja konvekciją |
| Išsirinkite ir padėkite / SCARA | Aukšto dažnio ciklinis | 80-110 laipsnių | N45H–N48H | Didžiausios srovės didelės, bet trumpos; patikrinkite išmagnetinimo ribą esant didžiausiai srovei |
| Puslaidininkių / elektronikos surinkimas | Tikslumo cikliškumas | 60-90 laipsnių | N48SH–N50SH | Žema temperatūra, bet tikslumas reikalauja nulinio srauto dreifo; SH užtikrina ilgalaikę stabilumo ribą |
| Ekstruderis / vyniojimo mašina | Nepertraukiamas beveik įvertintas | 110-140 laipsnių | N42EH–N45EH arba SmCo | Prie vardinės srovės valandų; EH arba SmCo, priklausomai nuo tikslios temperatūros |
5. Kiek jums kainuoja atskiri tiekėjai servo pertvarkymas
Pramoninių servovariklio projektavimo ciklai yra ilgi - 12–24 mėnesiai nuo pradinės specifikacijos iki kvalifikuotos gamybos. Magneto geometrija užfiksuota pirmojo prototipo kūrimo metu. Jei magnetai ir rotoriaus laminatės tiekiami iš skirtingų tiekėjų, bet kokiems geometrijos pakeitimams (o kūrimo metu geometrija pasikeis) reikia pakartotinai susisiekti su dviem pardavėjais, atlikti du pristatymo laikus ir du rinkinius pirmojo gaminio patikrinimo dokumentų.
Praktiškai dauguma servo kūrimo komandų atlieka 3–5 magnetų geometrijos iteracijas nuo pirmojo prototipo iki gamybos išleidimo. Kiekviena iteracija, kuriai reikalingi atskiri įrankiai pas atskirą magnetų tiekėją, grafiką papildo 4–8 savaitėmis ir pašalina galimybę kartu optimizuoti magneto lanką ir laminavimo lizdo geometriją. Oro tarpo tolerancijos biudžetą, kuris tiesiogiai lemia sukimo momento virpėjimą ir susitraukimą, yra daug lengviau išlaikyti, kai abu komponentai nuo pat pradžių suprojektuoti ir pagaminti atsižvelgiant į vienas kito leistinas nuokrypas.
6. Pramoninių servomagnetų specifikacijų kontrolinis sąrašas
- ☐ Apskaičiuokite didžiausią demagnetizuojantį lauką esant didžiausiai pereinamajai srovei, o ne vardinei srovei
- ☐ Efektyviąją magneto temperatūrą nustatykite naudodami terminės laiko konstantos modelį, o ne pastovios būsenos vidutinės srovės modelį
- ☐ Pasirinkite klasės galūnę su 20% Hcj parašte virš BH kelio esant maksimaliai magneto temperatūrai
- ☐ Add one suffix above calculated minimum for long-cycle applications (>5000 valandų per metus)
- ☐ Prašyti BH kreivių iš gamybinės medžiagos 20 laipsnių, 100 laipsnių ir 150 laipsnių kampu – ne duomenų lapo tipinės vertės
- ☐ Nurodykite srauto tankio tolygumo reikalavimą: ±1,5% tiksliam servosistemai; ±2,5% standartiniam pramoniniam
- ☐ Jei taikymas yra didesnis nei 130 laipsnių: įvertinkite SmCo prieš nustatydami NdFeB EH/AH klases
- ☐ Patvirtinkite, kad magneto tiekėjas gali pateikti suderintą lanko segmento geometriją pagal jūsų rotoriaus laminavimo brėžinį
HIMAGNET tiekia lankinio segmento magnetus pramoniniams servo varikliams su suderintu laminavimo koordinavimu, gamybos BH duomenimis darbinėje temperatūroje ir inžinerinę pagalbą per projektavimo iki kvalifikacijos procesą. Jei norite palaikyti savo servo programos klasės pasirinkimą,susisiekite su mūsų inžinierių komandaatsižvelgiant į jūsų darbo ciklą, šiluminę klasę ir rotoriaus geometriją.
