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伺服电机和直接驱动技术的优势

文章来源:锐特凤凰平台官网 时间:2019-11-29 14:20:00 浏览:

  多年来,由于多种原因,凤凰平台官网一直是设计用于仪器仪表的最受欢迎的电机类型。步进电动机已经变得越来越商品化,并且可以容易地获得。此外,不断增长的“制造商运动”同时使它们更受欢迎并降低了成本。与伺服电机不同,凤凰平台官网不需要调整即可优化其性能。此外,缩放和运动命令通常使用凤凰平台官网即可快速简便地执行。伺服电动机在执行复杂的(转矩,速度或位置)回路闭合时通常需要更多的专业知识。最后,微步进使大多数现代驱动电子设备能够使凤凰平台官网步进或递增至每转50,800步或更高的分辨率。

  无框旋转套件电机。

  但是,实验室自动化的宏观趋势正在促使仪器设计人员寻求凤凰平台官网的替代产品。其中最重要的是提高产量的压力。减少执行测试所需的时间是降低其成本的最快方法之一。较小的占地面积是另一个重要的节省成本的技术。更紧凑的仪器对于节省地面和台式空间至关重要。在生命科学仪器中,试剂占每次测试增量成本的很大一部分。降低成本要求减少样品的大小和所用试剂的数量。为了适应减小的样本量,仪器的运动精度越来越重要。随着消费者要求具有更大集成功能的仪器,对多功能设计的需求代表了另一个重要趋势。现代仪器的购买者还希望产品变得越来越智能和意识。一种特别流行的属性是“确定性”,它不仅使仪器可以掌握所有位置的知识,而且还可以保持电动机运行参数(例如温度或不同故障条件)的状态。

  为了应对这些趋势,仪器设计人员越来越多地转向伺服电机和直接驱动技术。对于设计者而言,探索这些技术与凤凰平台官网的比较可能很有用。

  伺服电机与凤凰平台官网

  与凤凰平台官网很像,伺服电机既可以用作传统的旋转电机,也可以用作线性伺服电机(图1)。多项优势正导致越来越多的仪器制造商选择伺服电机来提高其性能:

  更大的转矩:对于只需要短暂转矩或力的线性伺服等效值(通常用于加速对象)的应用,可以在短时间内为伺服电机提供比连续运行更大的电流。

  

 

  图1.凤凰平台官网(左)和伺服电机。

  更高的速度:伺服电动机的速度通常是典型步进电动机的2-3倍。这有可能使设计人员能够进一步减少功耗,从而在较小的封装中获得更大的扭矩。例如,比较两个等效的堆长NEMA框架电机:一台步进(HV233)和一台伺服(SM233)。这两个电动机的性能曲线都是在环境温度下在相同的工作条件下生成的,并且分别向驱动电子设备提供了相同的120伏交流电。如果我们将凤凰平台官网的性能与伺服器的连续性能进行比较,则在低RPM(小于1000)下,凤凰平台官网具有较小的转矩优势;但是,一旦达到更高的RPM,凤凰平台官网的转矩性能就会急剧下降,伺服的速度转矩性能变得突出。现在考虑伺服电机相对于凤凰平台官网的峰值性能。当然,伺服器只能在此峰值转矩范围内运行很短的时间,并且必须允许产生的热量消散,但是伺服器在此运行范围内的极端优势显而易见(图2)。

  更高的精度:伺服电机使用反馈设备,该设备使用编码器来感测系统中的错误,并通过围绕电机,转矩,速度或位置的控制环来纠正此错误,以达到所需的机械性能。提供多种编码器选项。在旋转电机中,选件包括典型的玻璃盘或新型低成本磁,正交,极坚固的旋转变压器,模拟正弦/余弦和多圈绝对格式,从而无需归位。线性编码器技术提供的技术类似于旋转设备上可用的技术:

  较低的可闻噪声:正确调谐的伺服电机是忍者式安静的。伺服驱动应用中最大的噪声源通常是传动系统或轴承。凤凰平台官网在运行期间通常会发出约68 dB的声音。

  灵活的绕组技术:现代化的设计软件可以非常精确地模拟伺服电机的性能。伺服电机通常可以采用非常受控的,几乎类似于CNC的方式进行特殊缠绕,以使其性能曲线与应用的速度和扭矩要求相匹配。

  直接驱动技术与凤凰平台官网

  

 

  图2.比较两个等效的堆长NEMA框架电机-步进(HV233)和伺服(SM233)。

  顾名思义,直接驱动技术无需使用任何机械减速装置或传动系统即可在电动机和有效负载之间建立直接耦合。它的主要缺点是缺乏机械优势。应用程序所需的任何力或扭矩都必须由电动机直接产生,这可能需要使用更大的电动机和更大的总电流。但是,就仪器设计而言,直接驱动技术比步进器具有多个优势:

  集成的旋转套件电机:在许多情况下,旋转套件电机可以减小给定应用程序的大小。在旋转应用中,套件电机消除了齿轮或皮带。在线性应用中,它们也可以直接集成到螺钉上,以消除耦合,从而增加了执行器的整体长度和柔韧性。旋转套件电机通常包括:

  定子或线圈–这是电动机的绕线铜部分,利用电流产生磁场来驱动电动机。

  转子–定子向固定的一组磁铁(通常称为转子)施加磁场。

  霍尔效应传感器–小型霍尔效应传感器相对于彼此处于各种偏移位置,以在驱动电子设备内建立换向角,以指示在给定的旋转位置哪个相应接收功率。

  集成线性电机:本质上,线性伺服电机就像平展的旋转电机一样。电机直接耦合到负载,因此没有机械优势,应用程序需要的所有力必须直接由电机产生。

  新型,低成本线性编码器技术的增强正在开始公平竞争。这在最近的一个应用中得到了证明,仪器设计人员正在寻求一种低成本的产品,以替代他为早期原型设计而设计的现有微型XYZ平台(图3)。该应用程序要求的精度相对较粗糙(±5.0μm),并且转换的重量非常轻,不到一公斤。最初,这家仪器制造商将搜索范围限制在仅螺钉驱动的微型位移台,但惊讶地发现可以使用低成本的磁性线性编码器技术采购类似的直接驱动位移台,没关系以更紧凑的方式实现这一目标尺寸比现有的XYZ小。

  

 

  图3.带有线性电机的定位器,是XYZ组件的一部分。

  尽管存在这些(已知的)成本问题,线性电动机技术仍具有许多优势,包括动态性能,精度,刚度和最小的可用外形尺寸。

  更高的吞吐量:直接驱动技术可提供任何当前电动机技术中最高的速度和加速度,从而支持更快,更具成本效益的仪器的开发。

  占地面积更小:直接驱动的旋转和直线电机消除了对耦合机构的需求,通常可以直接集成到仪器的移动元件中。

  减小样本量:直接驱动技术比许多螺杆和皮带驱动替代产品提供更高的精度,这对于处理微小的样本至关重要。

  多功能仪器:与皮带和丝杠驱动器相比,直接驱动技术的速度和加速度性能带宽可让机器在更大的速度和加速度范围内运行。

  意识和确定性:直接驱动技术通常采用与负载紧密相关的更智能的感应。线性编码器可直接反馈电动机在空间中的位置,因此只要有效载荷没有掉落,就始终可以获得有关其位置的信息。

  结论

  过去,降低成本的愿望通常决定了使用诸如凤凰平台官网之类的低成本技术。然而,考虑到仪器制造商不断增加的压力以最大化其机器的价值,加上低成本伺服电机和反馈设备的可用性,他们开始更多地考虑直接驱动和伺服电机技术提供的潜力。

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