Wie kann die Drehmomentwelligkeit eines servogesteuerten Antriebs reduziert werden?

Drehmomentwelligkeit ist ein erhebliches Problem bei Servosteuerungsantrieben, die zu verschiedenen Problemen wie mechanischen Vibrationen, erhöhtem Lärm und verringerter Systemgenauigkeit führen kann. Als führender Lieferant von Servosteuerungsantrieben wissen wir, wie wichtig es ist, dieses Problem anzugehen, um die optimale Leistung von Servosystemen sicherzustellen. In diesem Blog werden wir verschiedene effektive Methoden zur Reduzierung der Drehmomentwelligkeit eines servogesteuerten Antriebs untersuchen.

Verständnis der Drehmomentwelligkeit in servogesteuerten Antrieben

Bevor wir uns mit den Lösungen befassen, ist es wichtig zu verstehen, was Drehmomentwelligkeit ist und was sie verursacht. Unter Drehmomentwelligkeit versteht man die periodische Schwankung des Ausgangsdrehmoments eines Servomotors um seinen Durchschnittswert. Dieses Phänomen wird hauptsächlich durch Faktoren wie magnetische Sättigung, Rastmoment und Stromoberschwingungen verursacht.

Magnetische Sättigung tritt auf, wenn das Magnetfeld im Motor einen Punkt erreicht, an dem das magnetische Material seine Magnetisierung nicht mehr linear erhöhen kann. Diese Nichtlinearität führt zu Schwankungen in der Drehmomentabgabe. Das Rastmoment ist das Drehmoment, das dazu führt, dass der Motor „rastet“ oder sich ruckartig bewegt, selbst wenn kein Strom angelegt wird. Es entsteht durch die Wechselwirkung zwischen den Permanentmagneten im Rotor und den Statorzähnen. Stromharmonische hingegen sind zusätzliche Frequenzanteile im Motorstrom, die nicht Teil der Grundfrequenz sind. Diese Oberschwingungen können durch die Stromversorgung, den Wechselrichter oder den Motor selbst verursacht werden.

Methoden zur Reduzierung der Drehmomentwelligkeit

1. Optimierung des Motordesigns

• Verdrehen des Rotors oder Stators: Eine der effektivsten Methoden zur Reduzierung des Rastmoments ist die Schrägstellung des Rotors oder Stators. Beim Schrägstellen werden die Bleche des Rotors oder Stators um einen bestimmten Winkel gedreht. Dadurch wird die periodische Ausrichtung zwischen den Rotormagneten und den Statorzähnen gestört, wodurch das Rastmoment verringert wird. Beispielsweise kann bei einem Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) die Schrägstellung des Rotors um eine Nutteilung das Rastmoment und damit die Drehmomentwelligkeit deutlich reduzieren.
• Verwendung hochwertiger magnetischer Materialien: Auch die Wahl der magnetischen Materialien kann einen erheblichen Einfluss auf die Drehmomentwelligkeit haben. Hochwertige magnetische Materialien mit niedriger Koerzitivfeldstärke und hoher Remanenz können die magnetische Sättigung reduzieren und die Linearität des Magnetfelds verbessern. Dies führt zu einer stabileren Drehmomentabgabe und weniger Drehmomentwelligkeit. Beispielsweise werden Neodym-Eisen-Bor-Magnete (NdFeB) aufgrund ihrer hervorragenden magnetischen Eigenschaften häufig in modernen Servomotoren verwendet.

2. Erweiterte Kontrollstrategien

• Feldorientierte Steuerung (FOC): FOC ist eine beliebte Steuerungsmethode für Servoantriebe. Es ermöglicht eine unabhängige Steuerung der drehmomenterzeugenden Stromkomponente (q-Achsenstrom) und der flusserzeugenden Stromkomponente (d-Achsenstrom). Durch die genaue Steuerung dieser beiden Komponenten kann FOC die Drehmomentwelligkeit minimieren. Bei FOC werden die Motorströme vom stationären Bezugssystem in das rotierende Bezugssystem umgewandelt, wo die Steuerung von Drehmoment und Fluss einfacher wird.
• Direkte Drehmomentregelung (DTC): DTC ist eine weitere fortschrittliche Steuerstrategie, die das Drehmoment und den Fluss des Motors direkt steuert. Es macht einen Stromregler überflüssig und verwendet eine Nachschlagetabelle, um die geeigneten Spannungsvektoren zur Steuerung des Motors auszuwählen. DTC kann eine schnelle Drehmomentreaktion ermöglichen und Drehmomentschwankungen reduzieren, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen.

3. Reduzierung der Stromwelligkeit

• Filtern: Das Hinzufügen von Filtern zur Stromversorgung oder zum Motorstrom kann dazu beitragen, Stromoberschwingungen zu reduzieren, was wiederum die Drehmomentwelligkeit verringert. Beispielsweise kann ein Tiefpassfilter verwendet werden, um hochfrequente Oberwellen aus dem Motorstrom zu entfernen. Das Design des Filters muss jedoch sorgfältig überlegt werden, um eine zusätzliche Phasenverzögerung oder Dämpfung zu vermeiden.
• Optimierung der Pulsweitenmodulation (PWM).: PWM wird zur Steuerung der an den Motor angelegten Spannung verwendet. Durch die Optimierung des PWM-Algorithmus kann die Stromwelligkeit reduziert werden. Beispielsweise kann die Verwendung einer Hochfrequenz-PWM die Stromwelligkeit reduzieren und die Gleichmäßigkeit der Drehmomentabgabe verbessern. Allerdings erhöhen hochfrequente PWM auch die Schaltverluste im Wechselrichter.

4. Systemintegration und -optimierung

• Richtige Abstimmung von Motor und Antrieb: Um die Drehmomentwelligkeit zu reduzieren, ist es entscheidend, dass der Servomotor und der Antrieb richtig aufeinander abgestimmt sind. Der Antrieb sollte in der Lage sein, dem Motor die entsprechenden Spannungs- und Stromstärken bereitzustellen, und der Motor sollte innerhalb der Spezifikationen des Antriebs arbeiten können. Nicht übereinstimmende Motor-Antriebskombinationen können zu einer erhöhten Drehmomentwelligkeit und einer verringerten Systemleistung führen.
• Optimieren der Steuerparameter: Die Steuerparameter des Servoantriebs, wie z. B. die Proportional-Integral-Derivative (PID)-Verstärkungen, müssen sorgfältig abgestimmt werden, um die Systemleistung zu optimieren. Falsche PID-Verstärkungen können zu Überschwingern, Schwingungen und erhöhter Drehmomentwelligkeit führen. Die Abstimmung der Steuerparameter auf der Grundlage der spezifischen Anwendungsanforderungen kann dazu beitragen, die Drehmomentwelligkeit zu reduzieren und die Systemstabilität zu verbessern.

Die Rolle unserer Servosteuerungsantriebe

Als Lieferant von Servosteuerungsantrieben sind wir bestrebt, qualitativ hochwertige Produkte bereitzustellen, die Drehmomentschwankungen minimieren. UnserServoantrieb für die Fabrikautomationist mit fortschrittlichen Motordesign- und Steuerungsstrategien ausgestattet, um eine gleichmäßige und stabile Drehmomentabgabe zu gewährleisten. Es eignet sich für verschiedene Fabrikautomatisierungsanwendungen, wie z. B. Fördersysteme, Roboterarme und Verpackungsmaschinen.

UnserServoantrieb zur Bewegungssteuerungist speziell für präzise Bewegungssteuerungsaufgaben optimiert. Es nutzt modernste Steuerungsalgorithmen, um Drehmomentschwankungen zu reduzieren und eine präzise und reaktionsschnelle Bewegungssteuerung zu ermöglichen. Dieser Antrieb ist ideal für Anwendungen wie CNC-Maschinen, Druckmaschinen und Halbleiterfertigungsanlagen.

Darüber hinaus unsereElektrischer Servoantriebbietet einen hohen Wirkungsgrad und eine geringe Drehmomentwelligkeit. Es wurde entwickelt, um die anspruchsvollen Anforderungen moderner elektrischer Servosysteme zu erfüllen und zuverlässige und kostengünstige Lösungen für eine Vielzahl von Branchen bereitzustellen.

Abschluss

Die Reduzierung der Drehmomentwelligkeit eines Servosteuerungsantriebs ist für die Verbesserung der Leistung und Zuverlässigkeit von Servosystemen von entscheidender Bedeutung. Durch die Implementierung einer Optimierung des Motordesigns, fortschrittlicher Steuerungsstrategien, Techniken zur Reduzierung der Stromwelligkeit sowie einer ordnungsgemäßen Systemintegration und -abstimmung kann die Drehmomentwelligkeit effektiv minimiert werden. Als Lieferant von Servosteuerungsantrieben bieten wir eine Reihe hochwertiger Produkte an, die das Problem der Drehmomentwelligkeit angehen und optimale Leistung für verschiedene Anwendungen bieten.

Wenn Sie Interesse an unseren servogesteuerten Antrieben haben oder Fragen zur Reduzierung der Drehmomentwelligkeit haben, können Sie uns gerne für ein Beschaffungsgespräch kontaktieren. Wir sind bestrebt, Ihnen die besten Lösungen für Ihre spezifischen Anforderungen zu bieten.

Referenzen

• Krause, PC, Wasynczuk, O. & Sudhoff, SD (2013). Analyse elektrischer Maschinen und Antriebssysteme. Wiley.
• Bose, BK (2006). Leistungselektronik und AC-Antriebe. Prentice Hall.
• Rahman, MA (2008). Elektrische Maschinen und Antriebe: Design, Steuerung und Anwendungen. CRC-Presse.