Serwonapędy to elementy układów sterowania maszyn i urządzeń, dzięki którym możliwa jest ich szybsza i bardziej precyzyjna praca. Są chętnie stosowane w robotyce i automatyce przemysłowej. Wyjaśniamy, co to jest i jak działa serwonapęd.

Wiele osób nie posiadających wiedzy w temacie motoreduktorów uważa, że jest to po prostu silnik lub silnik wyposażony w układ elektroniczny, który nim steruje. To błąd, ponieważ serwonapędy to zespół urządzeń, które pracuję w zamkniętej pętli sprzężęnia zwrotnego. Ich zadaniem jest pozycjonowanie osi (motoru) względem ustalonych parametrów ruchu (pozycja, prędkość, przyspieszenie, moment obrotowy). Pozycjonowanie może odbywać się w oparciu o jeden lub kilka parametrów.

Serwonapęd składa się z następujących elementów:

• enkoder, który wysyła sygnały sterujące,
• serwosterownik zasilający napęd i odpowiadający za komunikację z nim,
• serwomotor (serwosilnik), który przetwarza odebrane sygnały na ruch.

Serwonapędy najczęściej dzieli się ze względu na rodzaj zastosowanego serwomotoru:

• serwonapędy z motorem synchronicznym – silnik zasilany jest prądem zmiennym (AC), posiada wysoki moment obrotowy, niewielkie wymiary i niską masę.
• serwonapędy z motorem indukcyjnym – silnik zasilany jest prądem zmiennym (AC). Jego cechy charakterystyczne to wysoki moment obrotowy i możliwość osiągania dużych prędkości. Nie jest zagrożony rozmagnesowaniem.
• serwonapędy z motorem prądu stałego (DC) – ma mniejszą wydajność, ale oferuje lepsze sterowanie za pomocą serwowzmacniacza.

Serwonapędy dzielą się też ze względu na metodę pomiaru stosowaną w enkoderach (przyrostowa lub absolutna), a także ze względu na techniki pomiaru (optyczne lub magnetyczne). Inną metodą klasyfikacji jest rodzaj sterowania układem przez sterowniki (analogowe lub cyfrowe).

Gdzie stosuje się serwonapędy?

Serwonapędy sprawdzają się w zastosowaniach wymagających od maszyn wykonywania bardzo precyzyjnego ruchu – zatrzymywania się mechanizmu w dokładnie wskazanej pozycji przy natychmiastowej reakcji na zmianę prędkości i obciążenia.

Badania przeprowadzone w 2017 roku przez firmę analityczną Markets and Markets wykazały, że w 2022 roku wartość globalnego rynku serwonapędów wzrośnie z 10 mld do 16 mld dolarów. Oznacza to, że powstaje i będzie powstawać coraz więcej maszyn i urządzeń wykorzystujących serwonapędy. Aktualnie stosuje się je m.in. w obrabiarkach CNC, wtryskarkach tworzyw, frezarkach i innych maszynach służących do obróbki materiałów. Serwonapędy wykorzystuje się również w robotach stosowanych do napełniania, zamykania pojemników, porcjowania, zwijania, rozwijania, dokręcania pokrywek, krojenia przesuwania i etykietowania opakowań. Serwowzmacniacze stosuje się w robotyce, przemyśle, medycynie, lotnictwie i produkcji.

Jak działa serwonapęd?

Kluczowym elementem serwonapędu są sterowniki ruchu, które regulują prędkość, położenie i moment obrotowy serwomotoru. Ich zadaniem jest sterowanie pracą silnika na podstawie danych napływających z enkodera

Kolejnym elementem układu jest serwowzmacniacz, który jest źródłem zasilania dla serwomotoru. Dobiera moc w taki sposób, aby silnik mógł pracować dokładnie w taki sposób, jakiego oczekuje sterownik. Serwowzmacniacz odbiera też sygnały zwrotne o parametrach silnika porównując je z tymi, których oczekuje sterownik i tymi, które są raportowane przez enkoder.

Enkoder wykrywa stan motoru i przekazuje tę informację do sterownika. Dzięki takim informacjom, wzmacniacz i sterownik są w stanie utrzymać daną prędkość, pozycję lub moment obrotowy. Jest czujnikiem, który zamienia ruch obrotowy na sygnały elektryczne, które następnie trafiają do układu sterowania i informują go o rzeczywistym stanie napędu (pozycja kątowa, przesunięcie, liczba obrotów). Dokładność położenia wirnika silnika jest zależna od rozdzielczości enkodera – im wyższa, tym mniejsze jest prawdopodobieństwo utraty synchronizacji silnika. Dokładność enkoderów zwiększa się z roku na rok. Już teraz dostępne są 24-bitowe modele umożliwiające ponad 15 milionów impulsów na jeden obrót, a liczby te cały czas rosną umożliwiając projektowanie bardziej kompaktowych i jeszcze bardzej precyzyjnych serwonapędów.

Do najczęstszych trybów pracy serwonapędów należą: krok i kierunek, kontrola prędkości, kontrola momentu, a także dojazd do wskazanej pozycji krańcowej.

Rozwiązaniem alternatywnym dla serwonapędów są silniki krokowe, jednak nie sprawdzają się one w zastosowaniach, gdzie wymagana jest praca z prędkością ponad 1000 obrotów na minutę.

Przeczytaj też: Jak działa silnik elektryczny?

W ofercie Ultra Robotics znajdziesz rozwiązania bezluzowej techniki napędowej dla robotyki, intralogistyki, automatyki magazynowej, obrabiarek sterowanych numerycznie i innych precyzyjnych układów. Oferujemy serwowzmacniacze renomowanych firm Elmo Motion Control i Celera Motion.

Masz pytania? Skorzystaj z zakładki kontakt  – nasi specjaliści pomogą Ci wybrać rozwiązanie najlepiej dopasowane do Twoich potrzeb.