중국 서보 드라이브 및 모터 제조업체

 

(주)동항은 서보드라이브, 서보모터 등 산업자동화 제품 전문기업입니다. 이 제품은 저-, 중-, 고{3}}전압 시리즈를 포괄하며 전력 범위는 100W~22kW입니다. 동항은 EtherCAT, CANOpen, MECHATROLINK III 등 다양한 버스- 기반 서보 드라이브를 성공적으로 개발했습니다. 또한 태핑 머신용 서보 시스템과 산업용 고속-도어용 서보 제어 시스템도 제공합니다. 또한 개별 산업의 요구에 맞는 맞춤형 서보 제품을 개발할 수 있습니다.

 

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서보 드라이브의 간섭 제거 방법 연구

 

동항은 서보 드라이브와의 간섭 문제를 해결하기 위해 프레스 브레이크 자동 위치 결정 시스템을 개선하는 과정에서 제안되었습니다. 안정성과 신뢰성은 시스템의 기본 요구 사항입니다. 그러나 정밀한 위치 지정이 필요하기 때문에 대형 절곡기 제어 시스템에 서보 모터를 사용하면 심각한 간섭 문제가 발생합니다. 간섭을 제거하기 위해 간섭의 주요 원인과 결합 경로를 분석했습니다. 접지, 절연 변압기 필터링, 자기 링 자기소거 및 절연 저항기와 같은 하드웨어 간섭 방지 기술을 사용하여 시스템의 간섭 경로를 제거하고 정상적인 시운전 및 작동을 보장했습니다.

 

프레스 브레이크 제어 시스템을 개선하는 동안 서보 모터 사용으로 인한 간섭이 발생했습니다. 이 간섭을 해결하는 과정을 요약했습니다. 전기 캐비닛을 설치하는 동안 전원 및 신호 케이블을 분리하지 못한 것과 서보 모터 드라이브의 작동으로 인해 시스템의 민감한 구성 요소(센서)와 해당 신호 조절 회로에 심각한 전자기 간섭이 발생했습니다.

 

서보 시스템용 간섭 방지 솔루션은 시스템 안정성과 신뢰성을 향상시키기 위해 실험적 방법을 통해 개발되었습니다. 최근에는 다양한 분야와 기술의 발전으로 AC 서보 제어 기술 중 서보 드라이브가 서보 모터의 컨트롤러로 널리 사용되고 있습니다. 그러나 동작 특성상 간섭이 심각한 문제가 됩니다. 전도 및 방사선을 통해 민감한 장비에 연결될 수 있습니다. 따라서 시스템과 테스트 장비의 안정성과 신뢰성을 향상시키기 위해서는 실험적 방법을 통해 일련의 효과적인 간섭 방지 조치를 다루고 제안하는 것이 필수적입니다.

 

시스템 간섭의 원인

 
가변 주파수 드라이브 시스템의 간섭 원인은 서보 모터 드라이브입니다. 작동 시 드라이브는 고전력-고조파 신호를 생성하며, 이는 시스템의 다른 장비를 크게 방해할 수 있습니다. 이러한 간섭은 주로 전도 결합, 전자기 복사 및 유도 결합의 세 가지 PW 채널을 통해 발생합니다. 특히 이는 시스템의 전자 및 전기 장비에 전자기 방사선을 생성합니다. 또한, 직접 구동되는 서보 모터에서는 전자기 노이즈가 발생하여 철 및 구리 손실이 증가합니다. 이 간섭은 전원 공급 장치로 전송되어 전원 공급 장치 시스템을 통해 시스템의 다른 장비를 방해할 수 있습니다. 가변 주파수 드라이브는 또한 인접한 라인에 유도 결합을 생성하여 전송 라인에 간섭 전압과 전류를 유도합니다.
 

하드웨어 간섭 제거 방법

 

1. 접지 및 자기 링 감자

자기 링 감자는 주로 이 설계 과정에서 프레스 브레이크의 정확한 위치 지정 중에 모터 드라이버의 전원 라인과 외부 PLC의 신호 라인이 분리되지 않아 발생하는 간섭을 해결하기 위한 것입니다.

 

공통-모드 자기 링은 절곡기 설계 과정에서 발생하는 다양한 간섭 원인을 해결하는 데 사용됩니다. 공통- 모드 간섭 전류는 신호 라인과 접지 라인 사이에 작용하여 동일한 방향으로 각 신호 라인의 중간에 흐르고 접지 라인은 공통 복귀 경로 역할을 합니다. 공통-모드 자기 링의 원리는 기본적으로 양방향 필터인 공통-모드 인덕터입니다. 한편으로는 신호 라인의 공통-모드 전자기 간섭을 필터링하고 다른 한편으로는 자체 전자기 간섭을 억제하여 동일한 환경에서 다른 전자 장비의 정상적인 작동에 영향을 미치지 않도록 합니다. 전자기 환경.

 

이미지는 일반적인 공통-모드 인덕터의 내부 회로도를 보여줍니다. 실제 회로 설계에서는 다단계 공통-모드 회로를 사용하여 전자기 간섭을 추가로 필터링할 수도 있습니다.

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2. 절연 변압기 필터링
절연 변압기는 철심, 구리선, 리드 및 기타 절연 재료로 구성됩니다. 입력과 출력은 공통 라인 없이 독립적입니다. 자동 변압기와 달리 절연 변압기는 전자 산업, 산업 및 광업 기업, 기계 장비의 일반 회로용 제어 전원 공급 장치, 안전 조명 및 표시등에 널리 사용됩니다.

 

이 기사에서는 2000N, 7.5kW 출력 모터가 있는 서보 드라이브에 사용되는 절연 변압기에 대한 간섭 억제를 살펴봅니다. 이는 제어 전원의 PLC 전원을 다른 전원(전원, 스위칭 전원, 기타 릴레이 제어 전원)으로부터 분리하여 1차측과 2차측을 효과적으로 분리합니다. 또한, 철심의 높은-주파수 손실은 제어 회로에 유입되는 고주파-잡음을 억제합니다. 절연 변압기를 사용하여 접지를 기준으로 2차측을 정지하는 것은 전원 공급 범위가 작고 라인이 짧은 애플리케이션에만 적합합니다. 이 경우 시스템의 접지에 대한 용량성 전류가 너무 낮아서 직원에게 위험을 초래할 수 없습니다. 절연 변압기는 단상 220V 1차 및 단상 220V 2차가 있는 1:1 변압기입니다. 또는 3{16}}1차 위상이 사용됩니다.. 380V, 2차 역시 3상 380V입니다. 그림과 같습니다.

 
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3. 절연 저항기

작은 저항기를 사용하여 간섭을 분리하는 것은 일반적인 방법이 아니며 모든 회로에 적합하지 않습니다. 본 논문에서는 여러 가지 방법을 결합하여 화면 출력에 영향을 미치는 컨트롤러의 서보 간섭을 제거하는 방법을 제안합니다. 그림과 같이 PLC 통신선과 화면 통신선 사이에 125Ω 저항이 추가됩니다.

 
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요약


이 기사에서는 프레스 브레이크 자동 위치 결정 시스템의 디버깅 프로세스에 대해 설명합니다. 위치 결정 변위를 개선하고 서보 드라이브를 통합해야 하기 때문에 디버깅 시스템에서 서보 드라이브로 인한 간섭을 제거하기 위해 접지, 절연 변압기 필터링, 자기 링 소자 및 절연 저항기와 같은 하드웨어 간섭 방지 기술을 사용하여 시스템의 간섭 경로를 차단함으로써 시스템의 정상적인 디버깅 및 작동을 보장합니다.

 

서보드라이브 신뢰성 향상 시험기술 연구

 

동양은 서보 드라이브 응용 환경을 기반으로 신뢰성 강화 시험 방안을 설계했습니다. 서보 드라이브 고장 모드와 메커니즘을 자극하기 위해 다양한 스트레스 유형을 사용하여 이 계획은 제품의 스트레스 한계를 식별했습니다. 서보 드라이브 테스트에서는 제안된 강화 테스트 계획이 제품 약점을 완전히 노출시켜 설계 개선의 기초를 제공하고 업계의 다른 제품에 대한 신뢰성 평가에 대한 참조를 제공할 수 있음을 검증했습니다.

 

서보 시스템은 산업용 로봇의 핵심 구성 요소입니다. 서보 시스템 내의 구동 장치로서 서보 드라이브의 신뢰성은 전체 로봇의 신뢰성과 작동 능력에 직접적인 영향을 미칩니다. 서보 드라이브 설계 및 개발에 신뢰성 강화 테스트 기술을 적용하면 높은 제품 신뢰성, 낮은 개발 비용 및 짧은 리드 타임 간의 갈등을 효과적으로 해결할 수 있습니다. 따라서 본 연구는 서보드라이브 신뢰성 강화 시험 기술 개발에 큰 의의가 있다. 본 논문은 서보 드라이브 적용 환경을 기반으로 경화 응력 적용 방법을 결정하고, 제품의 응력 한계를 식별하고, 제품 약점이 완전히 노출되었으며, 제품 고장 모드 및 성능 저하를 발견했습니다. "테스트{5}}개선-재테스트" 접근 방식을 통해 잠재적인 결함을 점진적으로 해결하여 궁극적으로 서보 드라이브의 신뢰성을 향상시켰습니다.

 

서보 시스템 구조


서보 시스템은 주로 서보 드라이버와 서보 모터의 두 부분으로 구성됩니다. 서보 모터에는 액추에이터, 피드백 구성 요소 및 브레이크 구성 요소가 있습니다.
 

테스트 장비 소개


신뢰성 강화 시험 장비는 서보 드라이브의 신뢰성을 테스트하는 데 사용됩니다. 이는 액체 질소 급속 온도 챔버, 공압식 3-축 6-자유도(6DOF) 셰이커 및 챔버 내에 수용된 테스트 시스템, 전기 캐비닛 및 제어 시스템의 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 제품에 체계적으로 계단형 스트레스를 가해 설계 결함을 신속하게 자극하고 약점을 드러내며 제품의 작동 및 고장 한계를 결정하는 장비입니다. 신뢰성 강화 테스트 플랫폼의 테스트 기능은 다음과 같습니다.
온도 범위: -100 ~ 200도,
온도 램프 속도: 60도 /min,
냉각 방식: 액체 질소,
진동방식 : 공압식 3축 6DOF,
주파수 범위: 5Hz ~ 10kHz.
 

테스트 계획 설계


서보 드라이브의 적용 환경과 실제 작동 조건을 기반으로 온도 스트레스, 진동 스트레스, 전압 사이클링 스트레스의 세 가지 스트레스 유형이 설계되었습니다. 이러한 스트레스 유형은 서보 드라이브의 고장 모드와 메커니즘을 자극하는 데 사용됩니다. 다음은 이러한 세 가지 응력 유형에 의해 유발되는 파손 메커니즘과 모드를 간략하게 설명합니다.
 
온도 스트레스

온도 스트레스는 저온, 고온 및 온도 순환을 통해 서보 드라이브에 작용하여 기계적, 물리적, 화학적 및 전기적 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 온도 및 사이클링으로 인해 유발되는 고장 모드에는 와이어 늘어짐 또는 풀림, 접촉 불량, 매개변수 드리프트 및 회로 안정성 불량, 회로 기판 개방 및 단락, 부품 느슨함 등이 있습니다. 그림에는 저온-온도 단계 스트레스 테스트의 단면이-표시되어 있습니다.
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진동 스트레스

진동 응력은 외부 힘을 직접 사용하여 서보 드라이브의 내부 구성 요소와 상호 연결된 부품에 공진을 유발하여 잠재적으로 성능 저하 또는 고장, 느슨해짐, 마모 또는 구조 리드의 손실을 일으키고 사소한 결함 및 손상을 증폭시킵니다. 진동으로 인한 고장 모드에는 회로 기판 개방 및 단락, 느슨한 구성 요소, 차가운 납땜 접합부, 개방형 납땜 접합부, 불량한 접합 및 기계적 결함이 포함됩니다. 진동 단계 스트레스 테스트의-단면이 그림에 나와 있습니다.
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전압 사이클링 스트레스

전압 사이클링은 전압 조정기, 다이오드, 트랜지스터 및 계전기를 포함하여 전압 변동에 민감한 서보 드라이브 구성 요소의 고장을 유발할 수 있습니다. 전압 사이클링에 의해 유발되는 고장 모드에는 간헐적 고장, 성능 ​​저하, 회로 오작동, 단락 및 절연 노화가 포함됩니다. 응력 적용은 단계별로 수행되며, 단계 응력 한계는 설계 값을 초과하고 충분한 여유를 허용합니다. 테스트 단계 길이는 제품 애플리케이션에 따라 유연하게 조정될 수 있습니다. 또한, 진동 환경 ​​스트레스 테스트에서는 각 단계 스트레스 수준에서의 체류 시간을 일반적으로 5~10분으로 설정하여 제품의 손상 및 작동 한계를 결정합니다. 온도 환경 스트레스 테스트에서 전원-꺼짐 온도 유지 시간은 서보의 온도 평형을 기준으로 결정되어야 합니다. 온도 순환 테스트 중 오류를 유발하기 위해 극심한 응력이 사용되는 경우, 서보 드라이브가 온도 평형(최대 90%)에 완전히 도달할 때까지 끝점 온도에서의 유지 시간을 연장해서는 안 됩니다.
 

결함 감지


서보 드라이브의 기능 및 성능 테스트는 서보 드라이브 설계 및 테스트 원칙에 따라 결정됩니다. 기능 및 성능 테스트는 테스트 전, 도중, 후에 수행되어야 합니다. 신뢰성 향상 테스트 중에 서보 드라이브가 다음 조건 중 하나를 나타내는 경우 오작동 또는 고장난 것으로 간주됩니다.
1) 서보 드라이브가 필수적인 기능을 상실합니다.
2) 서보 드라이브의 성능 매개변수가 허용치를 벗어났습니다.
3) 기계 부품, 구조적 구성 요소 또는 구성 요소에는 서보 드라이브 제어 시스템의 기능, 성능 또는 구조적 무결성에 영향을 미칠 수 있는 균열, 파손 또는 손상이 나타납니다.
4) 서보 드라이브에는 이상이 발생하면 경보를 울리고 서보 모터가 작동을 멈추게 하는 고장 경고 및 보호 기능이 있습니다. 결함 및 보호 경보 상태에서는 전면 패널 LED에 경보 코드 AL.XXX가 표시되고 서보 모터는 켜지지 않습니다.
 

테스트 검증 결과


실험실에서는 설계된 서보 드라이브 경화 테스트 계획에 따라 특정 브랜드의 400W 서보 드라이브를 사용하여 테스트를 수행했습니다. 테스트 중에 두 가지 오류가 발생하여 제품의 작동 한계를 확인하고 설계 약점을 신속하게 식별했습니다. 테스트 계획은 효과적이었습니다. 구체적인 실패 유형은 다음과 같습니다.
 
온도 스트레스 실패


고장 증상 1: 서보 드라이브의 저온-단계 스트레스 테스트 중에 온도가 -20도까지 떨어졌습니다. 서보 드라이브는 열 보호 회로 오류를 나타내는 오류 코드 AL161을 표시했습니다. 샘플을 실온으로 되돌린 후 오류 코드가 해결되고 샘플이 정상 작동을 재개했습니다.
고장 분석: 서보 드라이브가 저온-온도 보호 회로를 작동시켰습니다.
오류 해결책: 이 오류는 서보 드라이브의 설계 특성으로 인해 발생합니다. 서보 드라이브 저온-온도 보호 회로의 온도 센서를 10kΩ 저항기로 교체하여 오류가 해결되었습니다.
고장 증상 2: 서보 드라이브의 저온-단계 스트레스 테스트 중에 온도가 5분 동안 -55도까지 떨어졌습니다. IPM 전원 공급 전압이 상한 16.5V를 초과하여 20.5V에 도달했습니다. -12VA 컨트롤러 전원 공급 전압이 상한 10.8V를 초과하여 16.7V에 도달하여 드라이브가 트립되고 정지되었습니다.
고장 분석: 서보 드라이브의 IPM(지능형 전원 모듈) W 단계 하부 암에 고장이 발생했습니다.
실패 해결책: 서보 드라이브의 IPM 들어오는 구성 요소에 결함이 있습니다. 구성 요소를 교체한 후 샘플이 정상 작동으로 돌아왔습니다.

 
진동 스트레스 실패

고장 증상 1: 서보 드라이브의 진동 단계 스트레스 테스트 중에 진동 수준이 40g에 도달했습니다. 서보 드라이브는 오류 코드 AL 220을 표시했습니다. 진동이 멈추고 샘플이 다시 시작된 후 서보 드라이브 디스플레이 패널 디지털 튜브가 켜지지 않았습니다. 버스 전압은 305V, IPM 전원 공급 장치 전압은 0V, 컨트롤러 전원 공급 장치(+12VA)는 0V로 모니터링되었습니다.
고장 분석: 서보 드라이브 회로의 NTC 서미스터 핀이 파손되었습니다.
해결책: NTC 서미스터를 교체하십시오. 납땜, 생산 및 운송 중에 부품의 충돌 및 구부러짐을 피하십시오.