Kot osrednja komponenta aktuatorja v avtomatiziranih krmilnih sistemih zavorna zmogljivost servo motorjev neposredno vpliva na natančnost pozicioniranja in varnostno zanesljivost opreme. Trenutno glavne zavorne metode za servo motorje vključujejo dinamično zaviranje, regenerativno zaviranje in elektromagnetno mehansko zaviranje. Te metode kažejo pomembne razlike v načelih zaviranja, scenarijih uporabe in tehničnih značilnostih, zaradi česar je potrebna ciljna izbira na podlagi posebnih pogojev delovanja.
I. Dinamično zaviranje: hitro{1}}odzivno zaviranje-porabe energije
Dinamično zaviranje (DB) pretvori rotacijsko kinetično energijo v razpršeno toploto s kratkim-sklopom navitij motorja ali njihovo povezavo z zavornim uporom med izpadom električne energije. Ko zazna ukaz za zaustavitev, servo pogon takoj prekine tri-fazno napajanje, hkrati pa krmili modul IGBT, da tvori zaprt krog med navitji motorja in zavornim uporom. Motor se zaradi vztrajnosti še naprej vrti. Inducirani tok, ustvarjen z rezanjem silnic magnetnega polja, se razprši kot Joulova toplota čez upor in ustvari zavorni moment, ki je nasproten smeri motorja. Strokovni podatki kažejo, da ta metoda doseže zavorne momente 150–200 % nazivnega navora z odzivnimi časi le 10–50 milisekund, zaradi česar je idealna za scenarije zaustavitve v sili.
Vendar ima ta pristop »ogrej-za-ustavitev« jasne omejitve. Prvič, trajno zaviranje z visoko-močjo povzroči hiter dvig temperature v uporu. Preizkusni podatki iz tehnoloških kanalov kažejo, da lahko pet zaporednih ciklov zaviranja s polno-močjo dvigne površinsko temperaturo upora nad 200 stopinj, kar zahteva sistem prisilnega zračnega hlajenja. Drugič, nezmožnost obnovitve zavorne energije vodi v izgubo. Na proizvodnih linijah s pogostimi zagoni in zaustavitvami lahko dinamični zavorni sistemi porabijo več kot 15 % celotne moči stroja. Zato je ta rešitev primernejša za aplikacije z nizko{11}}do-srednjo močjo z občasnim zaviranjem, kot je indeksiranje pozicioniranja v strojih za pakiranje ali nadzor gibanja od-do-točke v robotskih rokah.
II. Regenerativno zaviranje: zelena rešitev za povratne informacije o energiji
Regenerativno zaviranje predstavlja razvojno smer-za visokozmogljive servo sisteme, s svojo osrednjo tehnologijo, osredotočeno na uporabo dvosmernih pretvornikov PWM. Ko motor deluje v generatorskem načinu, pogon inteligentno zazna fazne razlike, da popravi povratno elektromagnetno polje v enosmerno napajanje. Ta energija se vrne nazaj v kondenzator vodila in nato vrne v omrežje prek omrežnega-inverterja. Poročila o preskusih Mitsubishi Electric kažejo, da lahko regenerativno zaviranje pri pogojih odpiranja/zapiranja kalupov v strojih za brizganje povrne 30–45 % zavorne energije, kar bistveno zmanjša stroške delovanja sistema.
Implementacija te tehnologije zahteva več zaščitnih ukrepov: Prvič, dinamična vpenjalna vezja morajo biti nameščena na napetosti vodila, da se prepreči prenapetostni razpad, ki ga povzroči energetska povratna informacija. Drugič, visoko{1}}zmogljive kondenzatorske banke za shranjevanje energije so bistvenega pomena-400 V servo sistemi običajno zahtevajo elektrolitske kondenzatorje, ki presegajo 10.000 μF. Tretjič, omrežna stran mora izpolnjevati-zahteve za omrežno povezavo s popolnim harmoničnim popačenjem (THD) pod 5 %. Domači proizvajalci, kot je Inovance, so zdaj obvladali dvosmerne algoritme za pretvorbo moči, kar omogoča-uporabo regenerativnega zaviranja v velikem obsegu v sistemih za krmiljenje naklona vetrnih turbin in električnih vozilih. Vendar stroškovne omejitve omejujejo njegovo uporabo v scenarijih nizke porabe pod 500 W.
III. Elektromehansko zaviranje: Zagotavljanje absolutne fizične varnosti
Elektromehanske zavore dosežejo brez{0}}kontaktno zaviranje tako, da z elektromagnetno silo nasprotujejo prednapetosti vzmeti. Njegov princip: Ko je pod napetostjo, elektromagnet premaga pritisk vzmeti, da sprosti zavorno ploščico z gredi motorja. Po de-izklopu vzmet takoj stisne torno ploščico, da ustvari zavorno silo. Ta povsem mehanska struktura zagotavlja statični zadrževalni moment do trikrat večji od nazivnega navora, s čimer popolnoma odpravi tveganja pri iztekanju. Zato je obvezen pri navpičnih obremenitvah (npr. vretena obdelovalnih strojev, vlečni stroji dvigal).
Vendar pa imajo mehanske zavore inherentne omejitve: Prvič, kažejo znatno zakasnitev aktiviranja. Testni podatki kažejo, da traja 80–120 milisekund od izklopa napajanja do popolnega vklopa, kar je veliko počasneje od elektronskih zavornih metod. Drugič, torni materiali se obrabijo. Poročilo o vzdrževanju za določeno znamko servo motorja kaže, da se po 2 milijonih neprekinjenih operacij zavorna zračnost poveča za več kot 0,2 mm. Tretjič, lahko povzročijo mehanske vibracije, kar zahteva dodatne naprave za medpomnilnik v aplikacijah, kot so natančne optične platforme. Sodobne rešitve pretežno sprejemajo hibridni pristop "elektronsko zaviranje kot primarno + mehansko zaviranje kot rezervno." Na primer, servo sistemi FANUC sprožijo mehansko zaviranje samo, ko hitrost pade pod 50 vrt/min, kar zagotavlja varnost in zmanjšuje obrabo.
Vodnik za tehnično primerjavo in izbiro
Glede na krivulje zavornih karakteristik ima vsaka metoda različne prednosti: dinamično zaviranje se odlikuje z navorom pri visoki-hitrosti, vendar kaže znatno zmanjšanje pri nizkih hitrostih; regenerativno zaviranje omogoča gladko zaviranje pri vseh hitrostih, vendar je odvisno od kakovosti omrežja; mehansko zaviranje ima absolutno prednost med-zadrževanjem hitrosti. Izbirna matrika iz foruma za avtomatizacijo kaže: dinamično zaviranje ponuja najboljše razmerje stroškov-z zmogljivostjo za horizontalne transporterje pod 1kW; mehansko zaviranje je obvezno za dvigalne mehanizme žerjavov nad 3kW; medtem ko so hibridne rešitve, ki združujejo regenerativno zaviranje s superkondenzatorji, priporočljive za vrhunsko-opremo, kot so fotovoltaični rezalniki rezin.
Z napredkom napajalnih naprav iz SiC-ja naslednja-generacija servo sistemov presega tradicionalne zavorne omejitve. Na primer, na novo izdana serija M800 podjetja Mitsubishi Electric uporablja SiC MOSFET za dvig učinkovitosti regenerativnega zaviranja na 93 %. Vključuje tudi spremljanje stanja mehanskih zavor z uporabo senzorjev tresljajev za napovedovanje obrabe. Ta inteligentna fuzijska rešitev predstavlja prihodnjo pot tehnologije servo zaviranja, ki je pripravljena na prebojne aplikacije na najmodernejših področjih, kot so polprevodniška oprema in servo mehanizmi v vesolju.