A szervomotorok fékteljesítménye, mint az automatizált vezérlőrendszerek működtető eleme, közvetlenül befolyásolja a berendezés pozicionálási pontosságát és biztonsági megbízhatóságát. Jelenleg a szervomotorok fő fékezési módszerei közé tartozik a dinamikus fékezés, a regeneratív fékezés és az elektromágneses mechanikus fékezés. Ezek a módszerek jelentős különbségeket mutatnak a fékezési elvekben, az alkalmazási forgatókönyvekben és a műszaki jellemzőkben, ami az adott működési feltételek alapján célzott kiválasztást tesz szükségessé.
I. Dinamikus fékezés: gyors-reakciójú energia-fogyasztású fékezés
A dinamikus fékezés (DB) a forgási kinetikus energiát disszipált hővé alakítja azáltal, hogy rövidre zárja{0}}a motor tekercseit, vagy áramkimaradás közben fékezőellenálláshoz csatlakoztatja őket. Leállítási parancs észlelésekor a szervohajtás azonnal megszakítja a háromfázisú tápellátást, miközben egyidejűleg vezérli az IGBT-modult, hogy zárt áramkört képezzen a motor tekercselése és a fékellenállás között. A motor a tehetetlenség miatt tovább forog. A mágneses erővonalak elvágása által generált indukált áram Joule-hőként disszipál az ellenálláson, és a motor irányával ellentétes fékezőnyomatékot hoz létre. A professzionális adatok azt mutatják, hogy ez a módszer a névleges nyomaték 150–200%-ának megfelelő fékezőnyomatékot ér el 10-50 ezredmásodperces reakcióidővel, így ideális vészleállítási forgatókönyvekhez.
Ennek a „fűt-a-megálláshoz” megközelítésnek azonban egyértelmű korlátai vannak. Először is, a tartósan nagy-teljesítményű fékezés gyors hőmérséklet-emelkedést okoz az ellenállásban. A technológiai csatornákból származó tesztadatok azt mutatják, hogy öt egymást követő teljes -erőteljesítményű fékezési ciklus 200 fok fölé emelheti az ellenállás felületi hőmérsékletét, ami szükségessé teszi a léghűtő rendszert. Másodszor, a fékezési energia visszanyerésének képtelensége pazarláshoz vezet. A gyakori indításokkal és leállásokkal rendelkező gyártósorokon a dinamikus fékrendszerek a gép teljes teljesítményének több mint 15%-át fogyaszthatják. Ezért ez a megoldás alkalmasabb kis{11}}--közepes teljesítményű alkalmazásokhoz szakaszos fékezéssel, mint például a csomagológépek indexelő pozicionálása vagy a robotkarok pont--pont{14}}mozgásvezérlése.
II. Regeneratív fékezés: a zöld megoldás az energiavisszajelzéshez
A regeneratív fékezés jelenti a csúcskategóriás szervorendszerek fejlesztési irányát{0}}, amelynek alaptechnológiája a kétirányú PWM-átalakítók alkalmazásán áll. Amikor a motor generátor üzemmódban működik, a hajtás intelligensen észleli a fáziskülönbségeket, hogy a hátsó EMF-et egyenárammá alakítsa. Ezt az energiát visszatáplálják a buszkondenzátorba, majd egy rácsinverteren keresztül visszavezetik a hálózatba. A Mitsubishi Electric tesztjelentései azt mutatják, hogy a fröccsöntő gépekben a formanyitás/zárás körülményei között a regeneratív fékezés a fékezési energia 30-45%-át képes visszanyerni, jelentősen csökkentve a rendszer működési költségeit.
Ennek a technológiának a megvalósítása többféle biztosítékot igényel: Először is dinamikus rögzítő áramköröket kell felszerelni a busz feszültségére, hogy megakadályozzák az energia-visszacsatolás okozta túlfeszültség-letörést. Másodszor, a nagy-kapacitású energiatároló kondenzátor bankok elengedhetetlenek,-a 400 V-os szervorendszerekhez általában 10 000 μF-nál nagyobb elektrolitkondenzátorokra van szükség. Harmadszor, a rácsoldalnak meg kell felelnie a hálózathoz való -csatlakozási követelményeknek 5% alatti teljes harmonikus torzítás (THD) mellett. Az olyan hazai gyártók, mint az Inovance, mára elsajátították a kétirányú teljesítménykonverziós algoritmusokat, amelyek lehetővé teszik a regeneratív fékezés nagyszabású alkalmazását szélturbinák dőlésszög-szabályozó rendszereiben és elektromos járművekben. A költségkorlátok azonban korlátozzák az alkalmazását 500 W alatti, alacsony fogyasztású forgatókönyvekben.
III. Elektromechanikus fékezés: abszolút fizikai biztonság
Az elektromechanikus fékek érintésmentes fékezést biztosítanak azáltal, hogy elektromágneses erővel ellensúlyozzák a rugó előfeszítését. Elve: Ha feszültség alá helyezik, az elektromágnes legyőzi a rugónyomást, és leválasztja a fékbetétet a motor tengelyéről. Feszültségmentesítéskor a rugó azonnal összenyomja a súrlódó párnát, hogy fékezőerőt hozzon létre. Ez a tisztán mechanikus szerkezet a névleges nyomaték háromszorosát biztosít statikus tartónyomatékkal, így teljesen kiküszöböli a szabadonfutás kockázatát. Következésképpen függőleges terhelésű alkalmazásoknál (pl. szerszámgépek orsói, felvonó vontatógépek) kötelező.
A mechanikus fékeknek azonban vannak eredendő korlátai: Először is jelentős késleltetéssel működnek. A tesztadatok azt mutatják, hogy 80-120 ezredmásodperc telik el az áramtalanítástól a teljes bekapcsoláshoz, ami sokkal lassabb, mint az elektronikus fékezési módszerek. Másodszor, a súrlódó anyagok elhasználódnak. Egy bizonyos márkájú szervomotorra vonatkozó karbantartási jelentés azt jelzi, hogy 2 millió folyamatos működés után a fékhézag több mint 0,2 mm-rel nő. Harmadszor, mechanikai vibrációt válthatnak ki, ami további puffereszközöket tesz szükségessé olyan alkalmazásokban, mint a precíziós optikai platformok. A modern megoldások túlnyomórészt az „elektronikus fékezés elsődleges és mechanikus fékezés tartalékként” hibrid megközelítést alkalmaznak. Például a FANUC szervorendszerek csak akkor váltanak ki mechanikus fékezést, ha a fordulatszám 50 ford./perc alá esik, így biztosítva a biztonságot, miközben minimalizálja a kopást.
Műszaki összehasonlítási és kiválasztási útmutató
A fékezési jelleggörbék közül mindegyik módszernek külön előnyei vannak: A dinamikus fékezés nagy{0}}fordulatszámú nyomatékkal tűnik ki, de alacsony sebességnél jelentős csillapítást mutat; A regeneratív fékezés minden sebességnél egyenletes fékezést tesz lehetővé, de a rács minőségétől függ; a mechanikus fékezés abszolút előnyt biztosít a nulla-sebességtartás során. Egy automatizálási fórumon található kiválasztási mátrix azt jelzi: a dinamikus fékezés a legjobb költség--teljesítmény arányt kínálja az 1 kW alatti vízszintes szállítószalagokhoz; a mechanikus fékezés kötelező a 3 kW feletti daru emelőszerkezeteknél; míg a regeneratív fékezést szuperkondenzátorokkal kombináló hibrid megoldások a csúcskategóriás-berendezésekhez, például a fotovoltaikus lapkavágókhoz ajánlottak.
A SiC tápegységek fejlődésével a következő{0}}generációs szervorendszerek túllépnek a hagyományos fékezési korlátokon. Például a Mitsubishi Electric újonnan kiadott M800-as sorozata SiC MOSFET-eket alkalmaz, hogy a regeneratív fékezés hatékonyságát 93%-ra emelje. Integrálja a mechanikus fékek állapotfelügyeletét is, rezgésérzékelők segítségével a kopás előrejelzésére. Ez az intelligens fúziós megoldás a szervo féktechnológia jövőbeli pályáját képviseli, amely áttörést jelentő alkalmazásokra készen áll az élvonalbeli -szakterületeken, például a félvezető berendezésekben és a repülőgép-szervo mechanizmusokban.