Als kerncomponent van de actuator in geautomatiseerde besturingssystemen hebben de remprestaties van servomotoren een directe invloed op de positioneringsnauwkeurigheid en de veiligheidsbetrouwbaarheid van apparatuur. Momenteel omvatten de reguliere remmethoden voor servomotoren dynamisch remmen, regeneratief remmen en elektromagnetisch mechanisch remmen. Deze methoden vertonen aanzienlijke verschillen in remprincipes, toepassingsscenario's en technische kenmerken, waardoor een gerichte selectie op basis van specifieke bedrijfsomstandigheden noodzakelijk is.
I. Dynamisch remmen: snel-reactie-energie-verbruik bij remmen
Dynamisch remmen (DB) zet kinetische rotatie-energie om in gedissipeerde warmte door de motorwikkelingen kort te sluiten- of door ze aan te sluiten op een remweerstand tijdens stroomuitval. Bij het detecteren van een stopcommando onderbreekt de servoaandrijving onmiddellijk de drie--voeding terwijl tegelijkertijd de IGBT-module wordt bestuurd om een gesloten circuit te vormen tussen de motorwikkelingen en de remweerstand. De motor blijft draaien vanwege traagheid. De geïnduceerde stroom die wordt gegenereerd door het doorsnijden van de magnetische veldlijnen verdwijnt als Joule-warmte over de weerstand, waardoor een remkoppel ontstaat dat tegengesteld is aan de richting van de motor. Uit professionele gegevens blijkt dat deze methode remkoppels van 150%-200% van het nominale koppel bereikt met responstijden van slechts 10-50 milliseconden, waardoor deze methode ideaal is voor noodstopscenario's.
Deze 'hitte-for-stop'-benadering heeft echter duidelijke beperkingen. Ten eerste veroorzaakt aanhoudend remmen met hoog-vermogen een snelle temperatuurstijging in de weerstand. Uit testgegevens van technologiekanalen blijkt dat vijf opeenvolgende remcycli op volledig- vermogen de oppervlaktetemperatuur van de weerstand boven de 200 graden kunnen brengen, waardoor een geforceerd luchtkoelsysteem nodig is. Ten tweede leidt het onvermogen om remenergie terug te winnen tot verspilling. Op productielijnen met veelvuldig starten en stoppen kunnen dynamische remsystemen meer dan 15% van het totale vermogen van de machine verbruiken. Daarom is deze oplossing geschikter voor toepassingen met laag-tot-middelmatig vermogen en intermitterend remmen, zoals indexeringspositionering in verpakkingsmachines of point-to-point motion control in robotarmen.
II. Regeneratief remmen: de groene oplossing voor energiefeedback
Regeneratief remmen vertegenwoordigt de ontwikkelingsrichting voor hoogwaardige-servosystemen, waarbij de kerntechnologie zich concentreert op de toepassing van bidirectionele PWM-converters. Wanneer de motor in de generatormodus werkt, detecteert de frequentieregelaar op intelligente wijze faseverschillen om de tegen-EMK om te zetten in gelijkstroom. Deze energie wordt teruggevoerd naar de buscondensator en vervolgens teruggevoerd naar het elektriciteitsnet via een net-gekoppelde omvormer. Uit de testrapporten van Mitsubishi Electric blijkt dat regeneratief remmen bij het openen/sluiten van de matrijs in spuitgietmachines 30% tot 45% van de remenergie kan terugwinnen, waardoor de bedrijfskosten van het systeem aanzienlijk worden verlaagd.
De implementatie van deze technologie vereist meerdere waarborgen: ten eerste moeten dynamische klemcircuits op de busspanning worden geïnstalleerd om doorslag van de overspanning als gevolg van energiefeedback te voorkomen. Ten tweede zijn condensatorbanken voor energieopslag met een hoge capaciteit van essentieel belang.-400V-servosystemen vereisen doorgaans elektrolytische condensatoren van meer dan 10.000 μF. Ten derde moet de netzijde voldoen aan de netaansluitingsvereisten- met een totale harmonische vervorming (THD) van minder dan 5%. Binnenlandse fabrikanten zoals Inovance hebben nu bidirectionele algoritmen voor energieconversie onder de knie, waardoor grootschalige toepassing-van regeneratief remmen in windturbine-pitchcontrolesystemen en elektrische voertuigen mogelijk wordt. Kostenbeperkingen beperken echter de toepassing ervan in scenario's met laag vermogen onder 500 W.
III. Elektromechanisch remmen: absolute fysieke veiligheidsgarantie
Elektromechanische remmen zorgen voor contactloos remmen door de veervoorspanning tegen te gaan met elektromagnetische kracht. Het principe: wanneer hij wordt bekrachtigd, overwint de elektromagneet de veerdruk om het remblok los te maken van de motoras. Bij het uitschakelen van de -spanning drukt de veer onmiddellijk het wrijvingsblok samen om remkracht te genereren. Deze puur mechanische structuur levert een statisch houdkoppel tot drie keer het nominale koppel, waardoor het risico op uitlopen volledig wordt geëlimineerd. Bijgevolg is dit verplicht bij verticale belastingstoepassingen (bijv. spindels van werktuigmachines, lifttractiemachines).
Mechanische remmen hebben echter inherente beperkingen: ten eerste vertonen ze een aanzienlijke activeringsvertraging. Uit testgegevens blijkt dat het 80-120 milliseconden duurt vanaf het uitschakelen van de stroomvoorziening tot volledige inschakeling, veel langzamer dan bij elektronische remmethoden. Ten tweede verslijten wrijvingsmaterialen. Uit een onderhoudsrapport van een bepaald merk servomotor blijkt dat na 2 miljoen continue handelingen de remspeling met ruim 0,2 mm toeneemt. Ten derde kunnen ze mechanische trillingen veroorzaken, waardoor extra bufferapparatuur nodig is in toepassingen zoals optische precisieplatforms. Moderne oplossingen hanteren overwegend een hybride benadering van "elektronisch remmen als primair + mechanisch remmen als back-up". FANUC-servosystemen activeren bijvoorbeeld alleen mechanisch remmen als het toerental onder de 50 tpm zakt, waardoor de veiligheid wordt gegarandeerd en slijtage wordt geminimaliseerd.
Technische vergelijkings- en selectiegids
Uit de remkarakteristieken blijkt dat elke methode duidelijke voordelen heeft: dynamisch remmen blinkt uit in koppel bij hoge- snelheden, maar vertoont aanzienlijke demping bij lage snelheden; regeneratief remmen maakt soepel remmen bij alle snelheden mogelijk, maar is afhankelijk van de kwaliteit van het net; mechanisch remmen heeft een absoluut voordeel bij stilstand-snelheid. Een selectiematrix van een automatiseringsforum geeft aan: dynamisch remmen biedt de beste kosten-prestatieverhouding voor horizontale transportbanden onder 1 kW; mechanisch remmen is verplicht voor kraanhijsmechanismen boven 3 kW; terwijl hybride oplossingen die regeneratief remmen combineren met supercondensatoren worden aanbevolen voor hoogwaardige apparatuur-zoals fotovoltaïsche wafersnijders.
Met de vooruitgang op het gebied van SiC-vermogensapparaten gaan servosystemen van de volgende-generatie verder dan de traditionele rembeperkingen. De onlangs uitgebrachte M800-serie van Mitsubishi Electric maakt bijvoorbeeld gebruik van SiC MOSFET's om de regeneratieve remefficiëntie tot 93% te verhogen. Het integreert ook conditiebewaking voor mechanische remmen, waarbij gebruik wordt gemaakt van trillingssensoren om slijtage te voorspellen. Deze intelligente fusieoplossing vertegenwoordigt het toekomstige traject van servoremtechnologie, klaar voor baanbrekende toepassingen in geavanceerde- gebieden zoals halfgeleiderapparatuur en servomechanismen in de lucht- en ruimtevaart.