Wat is een AC-servoaandrijving?

Een AC-servoaandrijving is een geavanceerd elektronisch apparaat dat dient als controller voof een AC-servomotor , waardoor nauwkeurige controle over de positie, snelheid en koppel mogelijk is. In tegenstelling tot standaard AC-motoren, die zijn ontworpen voor continue rotatie met een relatief constante snelheid, vormen AC-servomotoren, gecombineerd met hun aandrijvingen, een gesloten lussysteem dat in staat is tot zeer dynamische en nauwkeurige bewegingsregeling. Dit maakt ze onmisbaar in een breed scala aan moderne automatiserings- en robottoepassingen.

Hoe AC-servoaandrijvingen werken

Het fundamentele principe achter de werking van een AC-servoaandrijving ligt in het gesloten regelsysteem, dat voortdurend de werkelijke toestand van de motor bewaakt en de output aanpast aan het gewenste commando. Hier is een overzicht van het proces:

1. Commandosignaalontvangst: De servoaandrijving ontvangt een commandosignaal van een besturing van een hoger niveau (bijvoorbeeld een PLC, CNC of bewegingscontroller). Dit signaal dicteert het gewenste bewegingsprofiel, of het nu een doelpositie, een specifieke snelheid of een vereist koppel is.

2. Stroomconversie (AC-DC-AC):

   • Rectificatie (AC naar DC): De binnenkomende wisselstroom (meestal driefasig of enkelfasig lichtnet) wordt eerst gelijkgericht naar gelijkspanning.

   • Inversie (DC naar AC): Deze gelijkspanning wordt vervolgens met behulp van een omvormer weer omgezet in een wisselstroomgolfvorm met variabele frequentie en variabele spanning, waarbij vaak gebruik wordt gemaakt van pulsbreedtemodulatie (PWM) -technieken. Deze gecontroleerde AC-uitgang drijft de servomotor aan.

3. Motorbesturing: De frequentieregelaar regelt nauwgezet de frequentie en spanning van de wisselstroom die aan de motor wordt geleverd. Door deze parameters aan te passen, regelt hij nauwkeurig het toerental en koppel van de motor.

4. Feedbackmechanisme: Een cruciaal onderdeel van het gesloten-lussysteem is het feedbackapparaat, meestal een encoder or oplosser , gemonteerd op de servomotor. Dit apparaat geeft realtime informatie over de werkelijke positie, snelheid en soms zelfs de stroomsterkte van de motor (die betrekking heeft op koppel).

5. Foutberekening en correctie: De servoaandrijving vergelijkt voortdurend de feedbackgegevens (werkelijke toestand) met het commandosignaal (gewenste toestand). Elke discrepantie tussen de twee wordt berekend als een ‘fout’. Op basis van deze fout past de interne microprocessor van de drive, die gebruik maakt van geavanceerde besturingsalgoritmen (vaak een besturingsalgoritme met drie lussen met stroom-, snelheids- en positielussen), de spanning en stroom aan die aan de motor worden geleverd. Deze continue aanpassing minimaliseert de fout en zorgt ervoor dat de motor de opgedragen beweging nauwkeurig volgt.

Belangrijkste componenten van een AC-servoaandrijfsysteem

Een AC servo drive system comprises several interconnected components that work in harmony:

• AC-servodrive (controller/versterker): Het brein van de operatie, het ontvangen van commando's, het verwerken van feedback en het genereren van de precieze vermogenssignalen voor de motor.

• AC-servomotor: Een gespecialiseerde elektromotor, doorgaans een synchrone motor met permanente magneet, ontworpen voor een hoog reactievermogen, een hoge koppel-traagheidsverhouding en nauwkeurige controle. Het heeft een stator met wikkelingen en een rotor met permanente magneten.

• Feedbackapparaat (encoder/oplosser): Biedt real-time positie- en snelheidsinformatie van de motoras aan de aandrijving. Encoders genereren digitale pulsen die rotatie vertegenwoordigen, terwijl solvers analoge signalen leveren.

• Voedingseenheid: Biedt een stabiele stroombron voor de servoaandrijving.

• Bekabeling: Verbindt de omvormer met de motor, het feedbackapparaat en de voeding.

• Hoger niveau-controller: Stuurt commandosignalen naar de servoaandrijving en orkestreert de algehele bewegingsvolgorde (bijv. PLC, CNC).

Voordelen van AC-servoaandrijvingen

AC-servoaandrijvingen bieden aanzienlijke voordelen ten opzichte van traditionele motorbesturingssystemen, waardoor ze de voorkeur verdienen voor toepassingen met hoge prestaties:

• Hoge precisie en nauwkeurigheid: Het gesloten feedbacksysteem zorgt voor uiterst nauwkeurige positionering, snelheids- en koppelregeling, met minimale afwijking van het gewenste traject.

• Dynamische prestaties: Ze maken een snelle acceleratie en vertraging, snelle insteltijden en een snelle reactie op veranderingen in commando's of belastingen mogelijk.

• Hoog koppel bij lage snelheden: AC-servomotors can generate substantial torque even at very low speeds, which is crucial for applications requiring precise movements under varying loads.

• Efficiëntie: Moderne AC-servosystemen zijn zeer efficiënt en zetten een grote hoeveelheid elektrische energie om in mechanische energie, wat leidt tot een lager energieverbruik.

• Flexibiliteit en programmeerbaarheid: Servoaandrijvingen kunnen worden geprogrammeerd en afgestemd op een breed scala aan bewegingsprofielen, waardoor ze zich kunnen aanpassen aan uiteenlopende taken en de systeemprestaties kunnen optimaliseren.

• Soepele bediening: De geavanceerde besturingsalgoritmen dragen bij aan een zeer soepele en stabiele motorwerking, zelfs tijdens complexe bewegingen.

Toepassingen van AC-servoaandrijvingen

Vanwege hun precisie, dynamische prestaties en betrouwbaarheid zijn AC-servoaandrijvingen een integraal onderdeel van talloze industriële en commerciële toepassingen:

• Industriële robotica: Essentieel voor het controleren van de precieze bewegingen van robotarmen en -gewrichten tijdens productie-, assemblage- en pick-and-place-operaties.

• CNC-bewerkingscentra: Bestuur de precieze beweging van snijgereedschappen, spindels en werktafels in machines met numerieke computerbesturing voor metaalbewerking, houtbewerking en andere materiaalverwerking.

• Verpakkingsmachines: Gebruikt in snelle en uiterst nauwkeurige verpakkingslijnen voor vullen, sealen, etiketteren en sorteren.

• Textielmachines: Beheers de precieze bewegingen van verschillende componenten in weef-, brei- en naaimachines.

• Drukpersen: Maak nauwkeurige registratie en nauwkeurige materiaalverwerking mogelijk bij snelle printtoepassingen.

• Medische apparatuur: Te vinden in chirurgische robots, diagnostische beeldvormingssystemen en laboratoriumautomatisering vanwege hun precieze en herhaalbare bewegingen.

• Productie van halfgeleiders: Cruciaal voor zeer nauwkeurige positionering van wafers en componenten bij de fabricage van halfgeleiders.

• Lucht- en ruimtevaart: Gebruikt in vluchtcontrolesystemen en andere kritische mechanismen die nauwkeurige en betrouwbare bewegingen vereisen.

• Materiaalbehandeling: Gebruikt in transportsystemen, automatisch geleide voertuigen (AGV's) en andere materiaalbehandelingsapparatuur die gecontroleerde bewegingen vereist.

Samenvattend, AC-servoaandrijvings vormen de hoeksteen van moderne motion control en bieden industrieën de precisie, snelheid en veelzijdigheid die nodig zijn om sterk geautomatiseerde en efficiënte productieprocessen te realiseren. Hun voortdurende evolutie belooft nog grotere mogelijkheden en bredere toepassingen in de toekomst van automatisering.