Reparació de servomotors per a tu mateix

En detall: reparació de servomotors per a vosaltres mateixos d'un veritable mestre per al lloc my.housecope.com.

Recentment vaig fer un braç de robot i ara vaig decidir afegir-hi un dispositiu de subjecció alimentat per un mini servo. Vaig decidir fer dues variacions per veure com funcionaria millor amb un engranatge recte o rodó. Em va agradar més l'opció d'engranatge rodó, ja que només va trigar 2 hores a fer-se i la distància entre els engranatges era molt petita.

Primer, vaig tallar les peces en una fresadora:

Vaig muntar les peces amb cargols de 2x10 mm.

I així és com es connecta el mini servo a la pinça:

Com funciona la pinça servo:

I ara, quan està tot muntat i la part mecànica també està quasi a punt, només em queda acabar la part electrònica de l'obra! Vaig triar un Arduino per controlar el meu robot i vaig fer un circuit (és a la dreta) per connectar l'Arduino al servo.

El circuit és realment molt senzill, només envia senyals cap i des de l'Arduino. També hi ha una capçalera per a un receptor d'infrarojos i alguns connectors per a la font d'alimentació i 4 connexions a la resta de pins Arduino (no utilitzats). Així, es pot connectar un altre interruptor o sensor.

I així és com es mou el braç manipulador:

La compra per part de l'empresa d'una fresadora CNC per a la fabricació de façanes de MDF planteja la qüestió de la necessitat de pagar en excés per determinats mecanismes i unitats de potència instal·lades en equips cars i d'alta tecnologia. Per al posicionament de les unitats de potència de les màquines CNC, s'utilitzen generalment motors pas a pas i servomotors (servomotors).

Vídeo (feu clic per reproduir).

Els motors pas a pas són més barats. Tanmateix, els servoaccionaments ofereixen una àmplia gamma d'avantatges, com ara un alt rendiment i precisió de posicionament. Aleshores, què hauríeu de triar?

Imatge - Reparació de servomotors de bricolatge

Un motor pas a pas és un motor síncron de CC sense escombretes que té múltiples bobinatges d'estator. Quan s'aplica corrent a un dels bobinatges, el rotor gira i després es bloqueja en una posició determinada. L'excitació seqüencial dels bobinatges mitjançant un controlador de motor pas a pas permet que el rotor giri en un angle determinat.

Els motors pas a pas s'utilitzen àmpliament a la indústria, ja que tenen una alta fiabilitat i una llarga vida útil. El principal avantatge dels motors pas a pas és la precisió de posicionament. Quan s'aplica corrent als bobinatges, el rotor girarà estrictament amb un angle determinat.

· Parell elevat a velocitats baixes i zero;

· Arrancada ràpida, parada i marxa enrere;

· Treballar sota càrrega elevada sense risc de fallada;

· L'únic mecanisme de desgast que afecta la vida útil són els coixinets;

· Possibilitat de ressonància;

· Consum d'energia constant independentment de la càrrega;

· Caiguda del parell a altes velocitats;

· Falta de retroalimentació durant el posicionament;

· Poca reparabilitat.

Imatge - Reparació de servomotors de bricolatge

Un servomotor (servomotor) és un motor elèctric amb control de retroalimentació negativa, que permet controlar amb precisió els paràmetres de moviment per aconseguir la velocitat requerida o per obtenir l'angle de gir desitjat. El servomotor inclou el propi motor elèctric, el sensor de retroalimentació, la font d'alimentació i la unitat de control.

Les característiques de disseny dels motors elèctrics per a un servoaccionament no són gaire diferents dels motors elèctrics convencionals amb un estator i un rotor, que funcionen amb corrent continu i altern, amb i sense escombretes.Aquí té un paper especial un sensor de retroalimentació, que es pot instal·lar directament al propi motor i transmetre dades sobre la posició del rotor i determinar el seu posicionament mitjançant signes externs. D'altra banda, el funcionament d'un servomotor és impensable sense una font d'alimentació i una unitat de control (també conegut com inversor o servoamplificador), que converteix la tensió i la freqüència del corrent subministrat al motor elèctric, controlant així la seva acció.

· Alta potència amb petites dimensions;

· Ràpida acceleració i desacceleració;

· Seguiment de posició continu i ininterromput;

· Baix nivell de soroll, absència de vibracions i ressonància;

· Ampli rang de velocitat de rotació;

· Treball estable en una àmplia gamma de velocitats;

· Pes baix i disseny compacte;

· Baix consum d'energia a baixes càrregues.

· Exigència de manteniment periòdic (per exemple, amb substitució de raspalls);

· La complexitat del dispositiu (presència d'un sensor, font d'alimentació i unitat de control) i la lògica del seu funcionament.

Quan compareu les característiques d'un servomotor i un motor pas a pas, heu de prestar atenció, en primer lloc, al seu rendiment i cost.

Per a la producció de façanes de MDF en una petita empresa que treballa amb volums petits, crec que no cal pagar excessivament la instal·lació de servomotors cars en una fresadora CNC. D'altra banda, si una empresa busca assolir els màxims volums de producció possibles, no té sentit abaratir-se en motors pas a pas de baix rendiment per CNC.

Els servomotors no només s'utilitzen en aeromodelisme i robòtica, també es poden utilitzar en electrodomèstics. La mida petita, l'alt rendiment, així com el fàcil control del servomotor els fan els més adequats per al control remot de diversos dispositius.

L'ús combinat de servomotors amb mòduls de ràdio de recepció-transmissió no crea cap dificultat, en el costat del receptor n'hi ha prou amb connectar el connector corresponent al servomotor, que conté la tensió d'alimentació i el senyal de control, i la feina està feta.

Però si volem controlar el servomotor "manualment", per exemple, amb un potenciòmetre, necessitem un generador de control d'impulsos.

A continuació es mostra un circuit generador bastant senzill basat en el circuit integrat 74HC00.

Aquest circuit permet el control manual dels servomotors subministrant polsos de control amb una amplada de 0,6 a 2 ms. L'esquema es pot utilitzar, per exemple, per girar antenes petites, focus exteriors, càmeres CCTV, etc.

La base del circuit és el microcircuit 74HC00 (IC1), que consta de 4 portes NAND. Es crea un generador als elements IC1A i IC1B, a la sortida del qual es formen polsos amb una freqüència de 50 Hz. Aquests polsos activen el flip-flop RS, que consta de les portes IC1C i IC1D.

Llegeix també:  Reparació d'escalfadors d'aigua de luxe a fer-ho tu mateix

Imatge - Reparació de servomotors de bricolatge

Amb cada pols que prové del generador, la sortida IC1D es posa a "0" i el condensador C2 es descarrega a través de la resistència R2 i el potenciòmetre P1. Si la tensió a través del condensador C2 baixa a un cert nivell, el circuit RC transfereix l'element a l'estat contrari. Així, a la sortida obtenim polsos rectangulars amb un període de 20 ms. L'amplada del pols s'estableix pel potenciòmetre P1.

Per exemple, el servoaccionament Futaba S3003 canvia l'angle de gir de l'eix en 90 graus a causa dels polsos de control amb una durada d'1 a 2 ms. Si canviem l'amplada del pols de 0,6 a 2 ms, l'angle de rotació és de fins a 120 °. Els components del circuit es seleccionen de manera que el pols de sortida estigui en el rang de 0,6 a 2 ms i, per tant, l'angle d'instal·lació sigui de 120 °. El servomotor S3003 de Futaby té un parell prou gran i el consum de corrent pot ser de desenes a centenars de mA, depenent de la càrrega mecànica.

Imatge - Reparació de servomotors de bricolatge

Imatge - Reparació de servomotors de bricolatge

El circuit de control del servomotor està muntat en una placa de circuit imprès de doble cara de 29 x 36 mm.La instal·lació és molt senzilla, de manera que fins i tot un radioaficionat novell pot fer front fàcilment al muntatge del dispositiu.

Els motors de vàlvules són màquines sincròniques sense escombretes (sense escombretes). Al rotor hi ha imants permanents fets de metalls de terres rares, a l'estator hi ha un bobinat d'induït. Els bobinatges de l'estator es canvien mitjançant interruptors d'alimentació de semiconductors (transistors), de manera que el vector del camp magnètic de l'estator sempre és perpendicular al vector del camp magnètic del rotor; per això, s'utilitza un sensor de posició del rotor (sensor Hall o codificador). El corrent de fase està controlat per modulació PWM i pot ser trapezoïdal o sinusoïdal.

El rotor pla del motor lineal està fet d'imants permanents de terres rares. En principi, és similar a un motor de vàlvula.

A diferència de les màquines síncrones de rotació contínua, els motors pas a pas tenen pols pronunciats a l'estator, on es troben les bobines dels bobinatges de control: la seva commutació es realitza mitjançant un accionament extern.

Considerem el principi de funcionament d'un motor pas a pas reactiu, en què les dents es troben als pols de l'estator i el rotor està fet d'acer magnètic suau i també té dents. Les dents de l'estator estan situades de manera que en un pas la resistència magnètica sigui menor al llarg de l'eix longitudinal del motor i, a l'altre, al llarg del transversal. Si exciteu discretament els bobinatges de l'estator amb corrent continu en una seqüència determinada, el rotor amb cada commutació girarà un pas, igual al pas de les dents del rotor.

Alguns models de convertidors de freqüència poden funcionar tant amb motors d'inducció estàndard com amb servomotors. És a dir, la principal diferència entre els servos no està en la secció de potència, sinó en l'algoritme de control i la velocitat dels càlculs. Com que el programa utilitza informació sobre la posició del rotor, el servo té una interfície per connectar un codificador muntat a l'eix del motor.

Els sistemes servo utilitzen el principi gestió subordinada: el bucle de corrent està subordinat al bucle de velocitat, que al seu torn està subordinat al bucle de posició (vegeu la teoria del control automàtic). El bucle més interior, el bucle actual, s'afina primer, seguit del bucle de velocitat i, finalment, el bucle de posició.

Bucle de corrent sempre implementat al servo.

Bucle de velocitat (com el sensor de velocitat) també està sempre present al servosistema, es pot implementar tant sobre la base d'un servocontrolador integrat al variador com un extern.

Contorn de posició s'utilitza per a un posicionament precís (per exemple, eixos d'alimentació en màquines CNC).

Si no hi ha jocs a les connexions cinemàtiques entre l'actuador (taula de coordenades) i l'eix del motor, la coordenada es recalcula indirectament segons el valor del codificador circular. Si hi ha jocs, s'instal·la un sensor de posició addicional (que està connectat al servocontrolador) a l'actuador per a la mesura directa de coordenades.

És a dir, depenent de la configuració dels bucles de velocitat i posició, es selecciona un servocontrolador i un servomotor adequats (no tots els servocontroladors poden implementar un bucle de posició!).

  • Posicionament
  • Interpolació
  • Sincronització, engranatge electrònic (Gear)
  • Control precís de la velocitat de rotació (eix de la màquina)
  • Càmera electrònica
  • Controlador lògic programable.

En general, un servosistema (Motion Control System) pot constar dels següents dispositius:

  • Servomotor amb un sensor de retroalimentació de velocitat circular (també pot actuar com a sensor de posició del rotor)
  • Engranatge servo
  • Sensor de posició de l'actuador (p. ex., codificador lineal per a les coordenades de l'eix d'alimentació)
  • Servo Drive
  • Servocontrolador (controlador de moviment)
  • Interfície d'operador (HMI).

ARTICLES SIMILARESMÉS DE L'AUTOR