Что такое и для чего нужен сервопривод простыми словами
Пн-Пт с 09:00 до 18:00
Сб-Вс выходной
Москва, Улица Мневники
дом 3к1, этаж 2, офис 201

Что такое сервопривод?

Сервоприводом называется устройство, которое задействуется в управлении рабочими механизмами посредством обратной связи. Изначально оборудование применяли как вспомогательный узел в производстве спецтехники и промышленных станков. Но сегодня приводы широко применяются в бытовых и других автоматических системах, где требуется высокая точность операций. В нашей статье мы подробно рассмотрим, что такое сервопривод, какие он выполняет функции и имеет характеристики.

Сервопривод — что это простыми словами 

Это устройство, которое устанавливается для точного контроля положения или движения механических систем. Он состоит из двигателя (часто электрического), управляющей электроники и датчиков положения. Сервопривод получает сигналы от контроллера (например, микроконтроллера или компьютера). Он указывает, в какую позицию необходимо переместиться или какую скорость соблюдать. Датчики выполняют контролирующую функцию, а электроника регулирует их, чтобы достичь заданной точки или скорости. 

Сервопривод - что это простыми словами

Сервопривод: устройство и принцип работы

Конструктивное исполнение и принцип действия механизма отличается, исходя из серии оборудования. Практически все устройства состоят из следующих элементов:

  • Привод – это узел, который сообщает движение исполнительному органу;
  • Передаточный механизм – чаще всего эту функцию выполняет редуктор и передача (шестеренчатая кривошипная);
  • Датчик – оповещает оператора о достижении нужной позиции и направляет сигнал через обратную связь;
  • Блок питания – используется в системах, которые напрямую подключаются к электросети, поскольку там нужно трансформация типа и уровня напряжения;
  • Система управления – это блок, который передает сигналы на серводвигатель для изменения места положения. Подача осуществляется с помощью микроконтроллеров, микропроцессоров или других плат.

Принцип работы сервопривода основан на передаче сигнала управления на двигатель синхронного или синхронного типа. После получения импульса мотор приводится в движение. Он вращается до тех пор, пока исполнительный орган не достигнет заданного положения. Об этом уведомляет сигнал на датчике обратной связи. При его переходе на блок управления, механический узел отключается. Сервопривод прекращает движение до получения новых импульсов. 

Сервопривод: устройство и принцип работы

Чем сервопривод отличается от шагового двигателя?

Многие полагают, что задачи сервоприводов выполняют шаговые двигатели, но между обоими агрегатами существует ряд различий. 

Шаговые двигатели представляют собой синхронные электромашины, у которых на роторе присутствуют ярко выраженные магнитные полюсы. Они установлены на цилиндре или валу таким образом, чтобы добиться точного взаимодействия с токами обмоток полюсами статора. 

Особенность шаговых моторов в том, что на обмотки статора передаются сигналы определенной частоты и продолжительности в последовательном порядке. Это необходимо для достижения заданной угловой скорости вращения ротора. В двигателях не уделяется особого внимания контролю положения исполнительного механизма. Этот параметр определяется количеством проделанных шагов, поскольку магниты следуют за полюсами. 

Если критически важно контролировать положение исполнительного оборудования, лучше поставить сервопривод. Что делает сервопривод? Он одновременно выполняет функции шагового двигателя и контролирует рабочий процесс. Например, данный агрегат незаменим в станках с ЧПУ, где нужно точно следить за положением рабочего инструмента. 

К достоинствам сервоприводов также относятся:

  • Высокая точность. Сервомоторы используют обратную связь от датчиков положения для корректировки ошибок в позиционировании. Шаговые двигатели работают без обратной связи, что может привести к ошибкам в позиционировании из-за проскальзывания шагов или потери синхронизации;
  • Большой крутящий момент на низких оборотах. У сервоприводов он остается стабильным на всем диапазоне рабочих скоростей, включая низкие обороты. Шаговые двигатели имеют меньший крутящий момент при невысоких оборотах, что может привести к снижению производительности и точности;
  • Быстрая динамика. Сервоприводы способны быстро изменять скорость и направление вращения, обеспечивая высокую динамическую производительность. Шаговые двигатели обычно имеют медленную динамику, особенно при высоких оборотах;
  • Высокая эффективность. КПД у сервоприводов обычно выше, чем у шаговых двигателей. 

Но существует у них и несколько минусов, хоть и несущественных. В процессе их эксплуатации приходится следить за частотой и выполнять действия для торможения в определенной точке. Это сопряжено с повышенными затратами энергоресурсов. Сервоприводы сложные в реализации и имеют относительно высокую стоимость, что обусловлено наличием датчика импульсов и дополнительного измерительного блока. Но эти затраты оправданы высокой точностью позиционирования. 

Область применения и назначение сервоприводов

Сервоприводы широко применяются во многих отраслях и областях, включая:

  • Робототехника. Предназначены для управления движением роботов и манипуляторов, обеспечивая точное позиционирование и быструю реакцию на команды;
  • Авиация и космонавтика. Контролируют положение поверхностей на самолетах и ракетах, а также обеспечивают стабилизацию и навигацию спутников;
  • Промышленность. Используются в производственных машинах и оборудовании для точного управления процессами, такими как сварка, пайка, фрезеровка, лазерная резка и др.;
  • Автомобильная промышленность. Являются компонентами систем управления двигателем, трансмиссией и подвеской, а также автоматических парковочных систем;
  • Медицина. Внедряются в медицинские устройства, таких как роботизированные хирургические системы, системы дозирования лекарств и диагностическое оборудование;
  • Энергетика. Управляют клапанами, заслонками и другими элементами систем газо- и паротурбинных установок, а также ветрогенераторов и солнечных панелей;
  • Системы безопасности. Упрощают управление камерами видеонаблюдения, автоматическими дверями и замками, а также сигнализационными системами;
  • Развлечения. Сервоприводы применяются в аниматронике, аттракционах, световом и звуковом оборудовании для создания различных спецэффектов и интерактивных развлечений.

Сервопривод в системах отопления

Часто у нас спрашивают, для чего нужен сервопривод в отопительных системах. Его применение необходимо для контроля и регулировки количества теплоносителя, который проходит через радиаторный клапан или гребенку теплого пола. Устройство принимает импульс от термостата, в результате чего происходит открытие или закрытие клапана с учетом температуры. Простыми словами, с помощью сервопривода поддерживают оптимальную температуру для обеспечения комфортных условий в помещении. 

Сервопривод в системах отопления

Виды сервоприводов

Агрегаты классифицируются по многим параметрам, поэтому мы рассмотрим основные критерии.

Тип привода:

  • Асинхронный – бюджетный вариант сравнительно с синхронными моделями, способный добиться высокой точности позиционирования даже на низких оборотах;
  • Синхронный – имеет более высокую цену, но способствует более быстрому выполнению задач за счет быстрого разгона;
  • Линейный – отличается повышенным ускорением, в конструкции не предусмотрено классических электромоторов. 

Принцип действия:

  • Электромеханический – в движение приводится за счет шестеренчатого редуктора и электромашины;
  • Гидромеханический – отличается высокой скоростью движения за счет использования поршневого цилиндра.

Материал передаточного механизма:

  • Полимерный – облегченный материал с повышенной износостойкостью, но низкой устойчивостью к механическим нагрузкам;
  • Металлический – добавляет веса конструкции и подвержен быстрому износу, но выдерживает высокие нагрузки;
  • Карбоновый – оптимальное соотношение прочности и износостойкости. 

Тип вала двигателя:

  • Коллекторный с сердечником. Создает высокие вибрации, имеет низкую точность;
  • Коллекторный с полым ротором. Отличается быстрым откликом и отсутствием колебаний, а также высокой точностью контроля;
  • Бесколлекторный. Самая дорогая модель, обладает высокой скоростью и крутящим моментом. 

Характеристики сервоприводов

Сфера применения агрегатов зависит от следующих параметров:

  • Скорость вращения – это количество поворотов вала, которые осуществляет мотор за единицу времени;
  • Питающее напряжение – касается устройств с переменным током, но большинство моделей изготавливаются с постоянным током;
  • Угол вращения – на рынке в основном представлены модели, выполняющие поворот на 180° и 360°;
  • Усилие на валу – показывает значение механического момента и грузоподъемность механизма, возможность создать нужную нагрузку для выполнения операций. 

Способ управления

В аналоговых системах импульсы передаются с разной частотой. Значение устанавливают в микросхеме, отвечающей за контроль работы агрегатом. Цифровые модели оснащены процессором, который реализует поступающие команды в различных рабочих режимах. Преимущество цифровых сервоприводов состоит в отсутствии мертвых зон, быстром отклике и высокоточной работе.