Derzeit nutzen gängige Servoantriebe einen digitalen Signalprozessor (DSP) als zentrale Steuereinheit, was die Implementierung komplexer Steueralgorithmen ermöglicht und Digitalisierung, Vernetzung und intelligenten Betrieb erleichtert. Für die Leistungsschaltung sind Antriebsschaltungen, die auf intelligenten Leistungsmodulen (IPMs) basieren, weit verbreitet. Diese IPMs verfügen über eine integrierte interne Antriebsschaltung sowie Fehlererkennungs- und Schutzschaltungen-, die Bedingungen wie Überspannung, Überstrom, Überhitzung und Unterspannung abdecken. Darüber hinaus ist eine Sanftanlaufschaltung in den Hauptstromkreis integriert, um die Auswirkungen auf die Antriebseinheit während des Startvorgangs zu mildern.
Die Antriebseinheit richtet zunächst den eingehenden drei{0}}Phasenstrom-oder das Versorgungsnetz-über eine drei-Phasen-Voll-Brückengleichrichterschaltung gleich, um die entsprechende Gleichstromleistung zu erhalten. Diese gleichgerichtete Leistung wird dann von einem drei-phasigen Sinus-PWM-Spannungs-Wechselrichter verarbeitet, um einen drei-synchronen AC-Servomotor mit Permanentmagneten anzutreiben. Der gesamte Betrieb der Antriebseinheit kann einfach als AC-DC-AC-Umwandlungsprozess beschrieben werden. Die Primärkreistopologie der Gleichrichtereinheit (AC-DC) ist eine drei-Phasen-Voll-Brücke ungesteuerte Gleichrichterschaltung.
Mit der weit verbreiteten Einführung von Servosystemen sind der Betrieb, die Inbetriebnahme und die Wartung von Servoantrieben zu kritischen technischen Themen in der modernen Landschaft geworden. Daher betreiben immer mehr Dienstleister für industrielle Steuerungstechnik eingehende-technische Untersuchungen zu Servoantrieben.
Servoantriebe sind ein wesentlicher Bestandteil moderner Bewegungssteuerungssysteme und werden häufig in automatisierten Geräten wie Industrierobotern und CNC-Bearbeitungszentren eingesetzt. Insbesondere Servoantriebe zur Steuerung von Wechselstrom-Permanentmagnet-Synchronmotoren haben sich im In- und Ausland zu einem Forschungsschwerpunkt entwickelt. Aktuelle Konstruktionen von AC-Servoantrieben verwenden üblicherweise einen dreifachen -Regelungsalgorithmus-der Strom-, Geschwindigkeits- und Positionsregelkreise umfasst-und auf Vektorregelungsprinzipien basiert. In diesem Rahmen spielt die richtige Gestaltung des Geschwindigkeitsregelkreises eine entscheidende Rolle für die Gesamtleistung des Servosteuerungssystems und insbesondere für die Optimierung seiner Geschwindigkeitssteuerungsfähigkeiten.
Anforderungen an Servovorschubsysteme
1. Großer Geschwindigkeitsregelbereich
2. Hohe Positionierungsgenauigkeit
3. Ausreichende Getriebesteifigkeit und Hochgeschwindigkeitsstabilität
4. Schnelle Reaktion ohne Überschwingen
Um sowohl die Produktivität als auch die Bearbeitungsqualität zu gewährleisten, sind neben einer hohen Positionierungsgenauigkeit auch hervorragende -Reaktionseigenschaften unerlässlich-insbesondere die Fähigkeit, Befehlssignale schnell zu verfolgen. Dies liegt daran, dass während der Anlauf- und Bremsphase eines CNC-Systems ausreichend hohe Beschleunigungs- und Verzögerungsraten erforderlich sind, um die Einschwingzeit des Vorschubsystems zu verkürzen und Konturübergangsfehler zu minimieren.
5. Hohes Drehmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten; Starke Überlastfähigkeit
Im Allgemeinen verfügen Servoantriebe über eine Überlastfähigkeit von mehr als dem 1,5-fachen ihrer Nennlast, die über einen Zeitraum von mehreren Minuten bis zu einer halben Stunde anhält; Darüber hinaus können sie kurzzeitig einer Überlastung des 4- bis 6-fachen ihrer Nennkapazität standhalten, ohne Schaden zu nehmen.
6. Hohe Zuverlässigkeit
Von den Vorschubantriebssystemen von CNC-Werkzeugmaschinen wird eine hohe Zuverlässigkeit und hervorragende Betriebsstabilität gefordert. Sie müssen eine robuste Anpassungsfähigkeit an Umgebungsbedingungen-wie Temperatur-, Feuchtigkeits- und Vibrationsschwankungen-sowie eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber externen Störungen aufweisen.
Motorische Anforderungen
1. Der Motor muss über seinen gesamten Drehzahlbereich -von der niedrigsten bis zur höchsten Drehzahl- reibungslos und mit minimalen Drehmomentschwankungen laufen. Insbesondere bei sehr niedrigen Drehzahlen (z. B. 0,1 U/min oder weniger) muss die Geschwindigkeit gleichmäßig bleiben, ohne dass es zu „Kriech“-Phänomenen kommt.
2. Der Motor muss über eine erhebliche, dauerhafte Überlastfähigkeit verfügen, um die Anforderungen an ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen zu erfüllen. Typischerweise müssen Gleichstrom-Servomotoren mehrere Minuten lang einer Überlastung des 4- bis 6-fachen ihrer Nennleistung standhalten, ohne Schaden zu nehmen.
3. Um eine schnelle Reaktionsfähigkeit zu gewährleisten, sollte der Motor über eine geringe Rotationsträgheit und ein hohes Stillstandsmoment verfügen und gleichzeitig eine möglichst kleine Zeitkonstante und Anlaufspannung aufweisen.
4. Der Motor muss häufigen Start-, Brems- und Reversiervorgängen standhalten.