서보 모터를 선정할 때 염두해야 할 9가지

YASKAWA

특정 애플리케이션에 적합한 서보 시스템을 선택할 때 고려해야 할 사항이 많다. 서보 모터를 선정할 때는 다음의 9가지를 충분히 고려해야 한다.

1. 모터 크기의 선택

모터를 선정시 가장 중요한 세 가지 기준은 다음과 같다.
•속도 •토크 •로터 관성

처음 두 가지는 매우 명백하며 일반적으로 여러 제조업체에서 제공하는 ‘모터 사이징’ 프로그램을 사용하여 계산한다. 이 프로그램에서 애플리케이션의 모션 유형을 입력 할 수 있다. 소프트웨어는 부하 및 변속기 유형(기어 박스, 벨트, 랙 및 피니언, 볼 스크류 등)을 기반으로 토크 및 속도 요구 사항을 계산한다.

관성은 덜 직관적이지만 덜 중요하지는 않다. 대부분의 커플링과 커플링에 연결된 기계식 변속기에는 약간의 컴플라이언스가 있으므로 부하의 반사 관성이 모터의 로터 관성과 비교할 때 크지 않아야 한다.

이 비율이 높아질수록 튜닝이 점점 어려워진다. 튜닝 알고리즘이 발전하고 마이크로 프로세서가 빨라짐에 따라 허용 비율이 커졌지만 기존의 부하 vs 모터 관성 비율 10: 1 이 항상 안전한 방법이다.

2. 부하 연결

모터는 직접 연결되어 있어야 하는가? 부하가 모터의 로터에 직접 장착될 수 있도록 하는 일종의 서보가 있다. 이 최소한의 컴플라이언스와 낮은 가속 및 감속율에는 100:1 이상의 관성비가 가능하다. 제조업체가 제공하는 사이징 소프트웨어로 시스템의 관성이 적절한 범위내에 있도록 하기 위해 설계 기준을 조정해볼 수 있다.

3. 재생 에너지 처리

많은 애플리케이션에서 또 다른 고려사항은 서보 시스템이 모터와 부하에 의해 생성된 재생에너지를 처리 할 수 있는 능력이다. 이것은 서보 시스템의 앰프에서도 마찬가지다. 모터의 토크가 한 방향으로 적용되었지만 로터가 반대 방향으로 움직이면 모터는 에너지를 다시 역으로 앰프로 재생한다. 모터와 발전기의 기본 설계가 동일하기 때문이다.

모터의 권선에 에너지를 공급하면 자기장이 생성되어 영구 자석이 있는 로터가 회전하게 한다. 마찬가지로 모터 회전자가 회전하면 영구 자석이 에너지를 권선으로 유도시킨다. 이 재생 에너지는 여러 가지 방식으로 드라이브에 의해 처리된다.

일부 더 작은 드라이브는 버스 커패시터를 사용하여 이 에너지를 흡수하는 반면, 큰 드라이브에서는 에너지가 열로 소산되는 내부 저항이 있다. 제조업체의 사이징 소프트웨어는 일반적으로 재생에너지 처리의 필요성을 보여준다.

4. 액티브 라인 재생

큰 시스템에는 시스템에 전원을 공급하는 전력선으로 에너지를 되돌릴 수 있는 변환기가 있다. 서보 시스템을 선택할 때 모터와 부하 사이에 허용되는 관성 불일치를 설계할 때 드라이브가 처리할 수 있는 회생 전력량도 고려해야 한다.

과도한 회생 에너지 어플리케이션을 처리할 때는 앰프 외부의 파워 레지스터를 연결하는 것이 일반적이다. 이러한 애플리케이션은 수직구조로서 중력이 중요한 경우와 큰 관성 하중을 빠르게 감속한다. 재생 용량 외에도 앰프는 모터가 필요한 속도와 토크에 도달할 수 있도록 올바른 전압과 전류를 공급할 수 있어야 한다. 모터와 앰프의 전력 요구 사항 크기는 시작에 불과하다.

5. 제어 시스템 요구 사항

제어시스템에 필요한 요구 사항을 해결해야 한다. 모터에서 다시 시작해 보자. 서보 시스템에는 항상 정해진 피드백 장치가 있다. 고해상도 엔코더 또는 리졸버가 그것이다. 피드백 장치에서 요구되는 포지셔닝 공차와 일치하는 반복성과 정확성을 위한 적절한 분해능을 갖는 것이 중요하다. 앰프는 모터의 피드백 장치에서 나오는 신호 유형과 호환돼야 한다.

6. 포지셔닝 해상도

엔코더는 전통적으로 두 채널의 펄스 트레인을 사용하여 위치, 속도 및 방향 정보를 앰프로 다시 전송한다. 일부 제조업체는 엔코더 해상도의 향상으로 이 정보의 패킷을 펄스 트레인 대신 고속으로 전송하는 직렬 엔코더를 사용한다. 직렬 엔코더는 노이즈에 대한 내성이 훨씬 높고 다른 유형의 정보를 제공할 수 있는 고해상도 신호를 전송할 수 있다. 모터 온도 및 모터 부품 번호도 포함될 수 있다.

제조업체에서 제공하는 서보 시스템에서 모터와 증폭기는, 피드백 장치가 모터를 증폭기로 식별하는 기능을 통해 최적의 성능과 모터 보호를 위해서 내부 매개 변수를 자동으로 설정할 수 있다.

7. 통신 연결

애플리케이션에 필요한 분해능을 가진 전력 및 피드백 장치가 있는 매칭 모터 및 앰프가 있으면, 앰프와 모션 제어기 사이의 명령 신호를 고려해야 한다. 단축 애플리케이션의 경우 제어기를 앰프 측면에 내장하거나 부착하는 것이 일반적이다.

일부 애플리케이션에는 대규모 제어 시스템으로 통합되어 있다. PLC(Programmable Logic Controller) 또는 PAC(Programmable Automation Controller)는 전체 셀 또는 라인을 제어한다. 또한 디지털 I/O 또는 EtherNet/IP 그리고 ModbusTCP/IP 통신 프로토콜을 통해 단일 동작축과 통신하는 역할을 할 수 있다.

8. 제어 인터페이스 선택

다축 애플리케이션에서 제어기는 일반적으로 분리되어 있다. 전통적으로 제어기가 제공하는 명령 신호는 +10V 신호이며 토크 또는 속도 명령을 나타낸다. 대부분의 제조업체는 네트워크 기반 솔루션을 제공한다. 네트워크 기반 솔루션은 배선이 덜 필요하고 높은 분해능 피드백을 처리하며 증폭기에서 더 많은 진단 정보를 수집한다. 여러 모션 네트워크들이 제공되며 각각 장단점이 있다.

9. 모션 제어 네트워크 선택

최신 네트워크는 이더넷 하드웨어를 기반으로 하므로 속도를 높이고 비용을 줄인다. 단지 증폭기에 RJ-45 커넥터가 있다고 해서 해당 제어기 또는 나머지 네트워크와 호환되는 것은 아니다. 나머지 네트워크에서 실행되는 프로토콜은 호환성을 정의하고 있다. EtherCat, MECHATROLINK-III 및 Powerlink는 몇 가지 이더넷 기반 네트워크에 속한다.

자료 제공: YASKAWA(www.yaskawaamerica.com)