به عنوان جزء اصلی محرک در سیستم های کنترل خودکار، عملکرد ترمز موتورهای سروو مستقیماً بر دقت موقعیت و قابلیت اطمینان ایمنی تجهیزات تأثیر می گذارد. در حال حاضر، روشهای اصلی ترمز برای موتورهای سروو شامل ترمز دینامیکی، ترمز احیاکننده و ترمز مکانیکی الکترومغناطیسی است. این روشها تفاوتهای قابلتوجهی را در اصول ترمز، سناریوهای کاربردی و ویژگیهای فنی نشان میدهند که انتخاب هدفمند بر اساس شرایط عملیاتی خاص را ضروری میسازد.
I. ترمز دینامیکی: -انرژی واکنش سریع-ترمز مصرفی
ترمز دینامیکی (DB) انرژی جنبشی دورانی را با اتصال کوتاه-سیم پیچ های موتور یا اتصال آنها به مقاومت ترمز در حین قطع برق، به گرمای تلف شده تبدیل می کند. به محض تشخیص فرمان توقف، سروو درایو بلافاصله منبع تغذیه سه فاز را قطع میکند و همزمان ماژول IGBT را کنترل میکند تا یک مدار بسته بین سیمپیچهای موتور و مقاومت ترمز تشکیل دهد. موتور به دلیل اینرسی به چرخش خود ادامه می دهد. جریان القایی تولید شده با برش خطوط میدان مغناطیسی به عنوان گرمای ژول در سراسر مقاومت از بین می رود و یک گشتاور ترمز مخالف جهت موتور ایجاد می کند. داده های حرفه ای نشان می دهد که این روش به گشتاورهای ترمز 150 تا 200 درصد گشتاور نامی با زمان پاسخ دهی به 10 تا 50 میلی ثانیه دست می یابد که آن را برای سناریوهای توقف اضطراری ایده آل می کند.
با این حال، این رویکرد «حرارت-برای-توقف» محدودیتهای واضحی دارد. اولاً، ترمز{3}}با قدرت بالا باعث افزایش سریع دما در مقاومت میشود. دادههای آزمایشی از کانالهای فناوری نشان میدهد که پنج چرخه ترمز کامل- متوالی میتواند دمای سطح مقاومت را به بالای 200 درجه برساند و به یک سیستم خنککننده هوای اجباری نیاز دارد. دوم، ناتوانی در بازیابی انرژی ترمز منجر به اتلاف می شود. در خطوط تولید با استارت و توقف مکرر، سیستم های ترمز پویا می توانند بیش از 15 درصد از کل توان دستگاه را مصرف کنند. بنابراین، این راهحل برای برنامههای{11}}تا-متوسط با ترمز متناوب، مانند تعیین موقعیت در ماشینهای بستهبندی یا کنترل حرکت از نقطه به{14} در بازوهای روباتیک، مناسبتر است.
II. ترمز احیا کننده: راه حل سبز برای بازخورد انرژی
ترمز احیاکننده جهت توسعه سیستمهای سروو{0}بالا را نشان میدهد، با فناوری اصلی آن بر روی استفاده از مبدلهای PWM دو طرفه متمرکز شده است. هنگامی که موتور در حالت ژنراتور کار می کند، درایو به طور هوشمند تفاوت فاز را تشخیص می دهد تا EMF عقب را به برق DC اصلاح کند. این انرژی به خازن باس باز می گردد و متعاقباً از طریق یک اینورتر{3}}شبکه به شبکه باز می گردد. گزارشهای آزمایشی میتسوبیشی الکتریک نشان میدهد که تحت شرایط باز/بستن قالب در ماشینهای قالبگیری تزریقی، ترمز احیاکننده میتواند 30 تا 45 درصد انرژی ترمز را بازیابی کند و هزینههای عملیاتی سیستم را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
پیادهسازی این فناوری نیازمند حفاظتهای متعددی است: اول، مدارهای گیره دینامیکی باید روی ولتاژ شین نصب شوند تا از خرابی اضافه ولتاژ ناشی از بازخورد انرژی جلوگیری شود. دوم،-بانک های خازن ذخیره انرژی با ظرفیت بالا ضروری هستند-سیستم های سروو 400 ولت معمولاً به خازن های الکترولیتی بیش از 10000μF نیاز دارند. ثالثاً، طرف شبکه باید الزامات اتصال به شبکه-با اعوجاج هارمونیک کل (THD) کمتر از 5% را برآورده کند. سازندگان داخلی مانند Innovance اکنون بر الگوریتمهای تبدیل توان دو جهته مسلط شدهاند و استفاده از ترمز بازسازیکننده در مقیاس بزرگ را در سیستمهای کنترل زمین توربین بادی و خودروهای الکتریکی ممکن میسازند. با این حال، محدودیت های هزینه، پذیرش آن را در سناریوهای کم مصرف زیر 500 وات محدود می کند.
III. ترمز الکترومکانیکی: تضمین ایمنی فیزیکی مطلق
ترمزهای الکترومکانیکی با خنثی کردن بار پیش بار فنر با نیروی الکترومغناطیسی، به ترمز غیر تماسی- دست مییابند. اصل آن: هنگام روشن شدن، آهنربای الکتریکی بر فشار فنر غلبه می کند تا لنت ترمز را از شفت موتور جدا کند. پس از قطع انرژی، فنر فوراً لنت اصطکاک را فشرده می کند تا نیروی ترمز ایجاد کند. این ساختار کاملاً مکانیکی، گشتاور نگهدارنده استاتیک را تا سه برابر گشتاور نامی ارائه میکند، و خطرات ساحلی را کاملاً حذف میکند. در نتیجه، در کاربردهای بار عمودی (به عنوان مثال، دوک های ماشین ابزار، ماشین های کشش آسانسور) اجباری است.
با این حال، ترمزهای مکانیکی دارای محدودیتهای ذاتی هستند: اولاً، آنها تأخیر قابل توجهی در فعالسازی نشان میدهند. داده های آزمایشی نشان می دهد که از قطع برق تا درگیری کامل 80 تا 120 میلی ثانیه طول می کشد که بسیار کندتر از روش های ترمز الکترونیکی است. دوم اینکه مواد اصطکاکی فرسوده می شوند. گزارش تعمیر و نگهداری برای یک برند خاص از موتور سروو نشان می دهد که پس از 2 میلیون کار مداوم، فاصله ترمز بیش از 0.2 میلی متر افزایش می یابد. سوم، آنها ممکن است لرزش مکانیکی را القاء کنند و به دستگاه های بافر اضافی در برنامه هایی مانند پلت فرم های نوری دقیق نیاز داشته باشند. راه حل های مدرن عمدتاً رویکرد ترکیبی "ترمز الکترونیکی به عنوان اولیه + ترمز مکانیکی به عنوان پشتیبان" را اتخاذ می کنند. به عنوان مثال، سیستمهای سروو FANUC تنها زمانی که سرعت به زیر 50 دور در دقیقه میرسد، ترمز مکانیکی را آغاز میکنند و ایمنی را تضمین میکنند و در عین حال سایش را به حداقل میرسانند.
راهنمای مقایسه فنی و انتخاب
از منحنیهای مشخصه ترمز، هر روش دارای مزایای مشخصی است: ترمز پویا در گشتاور سرعت بالا برتر است، اما در سرعتهای پایین تضعیف قابل توجهی از خود نشان میدهد. ترمز احیا کننده امکان ترمزگیری صاف را در تمام سرعت ها فراهم می کند اما به کیفیت شبکه بستگی دارد. ترمز مکانیکی دارای مزیت مطلق در هنگام نگه داشتن سرعت صفر-است. یک ماتریس انتخاب از یک انجمن اتوماسیون نشان میدهد: ترمز پویا بهترین نسبت کارایی-هزینه را برای نوار نقالههای افقی کمتر از 1 کیلووات ارائه میدهد. ترمز مکانیکی برای مکانیسم های بالابر جرثقیل بالاتر از 3 کیلو وات اجباری است. در حالی که راه حل های ترکیبی ترکیبی از ترمز احیا کننده با ابرخازن ها برای تجهیزات پیشرفته مانند برش ویفر فتوولتائیک توصیه می شود.
با پیشرفت در دستگاههای قدرت SiC، سیستمهای سروو نسل بعدی از محدودیتهای ترمز سنتی فراتر میروند. به عنوان مثال، سری جدید M800 میتسوبیشی الکتریک از ماسفت های SiC استفاده می کند تا راندمان ترمز احیاکننده را به 93 درصد برساند. همچنین نظارت بر وضعیت ترمزهای مکانیکی را با استفاده از سنسورهای لرزش برای پیش بینی سایش یکپارچه می کند. این راه حل همجوشی هوشمند نشان دهنده مسیر آینده فناوری ترمز سروو است که برای کاربردهای پیشرفت در زمینه های پیشرفته مانند تجهیزات نیمه هادی و مکانیزم های سروو هوا فضا آماده است.