Tôi nên xem xét những yếu tố nào khi định cỡ động cơ servo?

Định cỡ một động cơ servo công nghiệp là một bước quan trọng trong bất kỳ thiết kế hệ thống điều khiển chuyển động nào. Làm sai có thể dẫn đến hiệu suất kém, thường xuyên xảy ra lỗi hoặc tốn kém không cần thiết. Thay vì chỉ chọn một động cơ dựa trên mức mã lực chung, cách tiếp cận chuyên nghiệp bao gồm việc phân tích chi tiết các yêu cầu cụ thể của ứng dụng của bạn.

Để định cỡ chính xác động cơ servo, bạn phải xem xét các yếu tố chính sau.

1. Phân tích hồ sơ chuyển động

Bước đầu tiên là xác định chuyển động cần thiết. Cấu hình chuyển động chia một chu kỳ chuyển động thành các phân đoạn tăng tốc, vận tốc không đổi và giảm tốc.

• Thời gian tăng tốc và giảm tốc: Điều này xác định mô-men xoắn cực đại cần thiết để bắt đầu và dừng tải. Đường dốc nhanh hơn đòi hỏi mô-men xoắn cao hơn.

• Thời gian vận tốc không đổi: Động cơ cần cung cấp một mức mô-men xoắn liên tục nhất định để vượt qua ma sát và các lực khác trong phần chuyển động ở trạng thái ổn định.

• Thời gian dừng: Thời gian giữa các chu kỳ chuyển động là rất quan trọng để cho phép động cơ nguội đi. Nó ảnh hưởng đến khả năng đáp ứng nhu cầu của chu kỳ tiếp theo của động cơ.

2. Tải và quán tính

Khả năng di chuyển tải của động cơ gắn trực tiếp với quán tính của hệ thống. Quán tính là thước đo lực cản của một vật trước sự thay đổi chuyển động.

• Tải quán tính: Đây là quán tính của mọi thứ mà động cơ cần để di chuyển, bao gồm cả tải trọng, bánh răng, ròng rọc và bất kỳ bộ phận cơ khí nào khác.

• Quán tính động cơ: Đây là quán tính của rôto động cơ. Kịch bản lý tưởng là quán tính của động cơ chỉ bằng một phần nhỏ trong tổng quán tính của hệ thống. Một nguyên tắc nhỏ là có tỷ lệ quán tính tải trên động cơ giữa 3:1 và 5:1 , mặc dù tỷ lệ lên tới 10:1 có thể được chấp nhận với sự điều chỉnh thích hợp. Quán tính không khớp có thể gây ra các vòng điều khiển không ổn định hoặc khó điều chỉnh, dẫn đến rung lắc và độ chính xác định vị kém.

3. Yêu cầu về mô-men xoắn

Mô-men xoắn là lực quay do động cơ tạo ra. Bạn cần xem xét hai loại mô-men xoắn:

• Mô-men xoắn liên tục ( $$T_C$$

  Đây là mô-men xoắn cực đại mà động cơ có thể tạo ra liên tục mà không bị quá nóng. Nó cần thiết để vượt qua các lực ở trạng thái ổn định như ma sát và trọng lực. Đó là mô-men xoắn trung bình trong một chu kỳ làm việc hoàn chỉnh.

• Mô-men xoắn cực đại ( $$T_P$$

  Đây là mô-men xoắn cực đại mà động cơ có thể cung cấp trong thời gian ngắn, thường là khi tăng tốc hoặc giảm tốc. Mô-men xoắn cực đại của động cơ phải cao hơn mô-men xoắn tăng tốc tối đa của ứng dụng để đảm bảo hiệu suất động.

Bạn có thể sử dụng phương pháp bình phương trung bình gốc (RMS) để tính toán mô-men xoắn liên tục cần thiết, có tính đến các mức mô-men xoắn và khoảng thời gian cho từng đoạn của biên dạng chuyển động. Mô-men xoắn RMS được tính toán phải nhỏ hơn mô-men xoắn liên tục định mức của động cơ ( $$T_C$$ ). Tương tự, mô-men xoắn cực đại yêu cầu phải nhỏ hơn mô-men xoắn cực đại định mức của động cơ ( $$T_P$$ ).

4. Yêu cầu về tốc độ

Đánh giá tốc độ của động cơ là một yếu tố quan trọng khác. Động cơ được chọn phải có khả năng đạt tốc độ tối đa theo yêu cầu của cấu hình chuyển động của bạn. Bạn cũng nên xem xét đường cong tốc độ-mô-men xoắn của động cơ. Khi tốc độ tăng lên, mô-men xoắn có sẵn thường giảm. Đảm bảo động cơ có thể cung cấp mô-men xoắn cần thiết ở tốc độ yêu cầu.

5. Yếu tố môi trường

Một động cơ servo công nghiệp cần phải chịu được các điều kiện của môi trường hoạt động của nó.

• Nhiệt độ: Đảm bảo phạm vi nhiệt độ hoạt động của động cơ phù hợp với môi trường. Nhiệt độ môi trường cao có thể làm giảm hiệu suất của động cơ.

• Xếp hạng Bảo vệ chống xâm nhập (IP): Đánh giá này cho biết khả năng chống bụi và chất lỏng của động cơ. Đối với môi trường bụi bặm hoặc ẩm ướt, xếp hạng IP cao hơn là điều cần thiết để ngăn ngừa hư hỏng động cơ.

• Rung và sốc: Động cơ phải đủ mạnh về mặt cơ học để xử lý mọi rung động hoặc va đập có trong ứng dụng.

Bằng cách xem xét cẩn thận từng yếu tố—cấu hình chuyển động, quán tính, mô-men xoắn, tốc độ và môi trường—bạn có thể chọn một động cơ servo công nghiệp mang lại hiệu suất, hiệu quả và tuổi thọ tối ưu cho ứng dụng cụ thể của bạn. Quy trình định cỡ kỹ lưỡng không chỉ đảm bảo vận hành đáng tin cậy mà còn giúp bạn tránh định cỡ quá lớn, điều này có thể dẫn đến chi phí cao hơn và lãng phí năng lượng.