Cuvântul servo provine din cuvântul grecesc pentru sclav. „Servomotor” poate fi înțeles ca un motor care se supune absolut comenzii semnalului de comandă: înainte ca semnalul de comandă să fie trimis, rotorul este staționar; Când semnalul de control este trimis, rotorul se rotește imediat; Când semnalul de control este pierdut, rotorul se poate opri imediat.
Servomotor este un micromotor folosit ca dispozitiv de acționare în dispozitivul de control automat, a cărui funcție este de a converti semnalele electrice în deplasarea unghiulară sau viteza unghiulară a arborelui rotativ. Servomotorul, cunoscut și sub numele de motor executiv, este folosit ca element executiv în sistemul de control automat pentru a converti semnalul electric primit în deplasarea unghiulară sau viteza unghiulară de ieșire pe arborele motorului.
Clasificarea servomotoarelor
Servomotorul este împărțit în două categorii AC servo și DC servo.
Structura de bază a servomotorului AC este similară cu cea a motorului cu inducție AC (motor asincron). Două înfășurări excitante Wf și înfășurări de control WcoWf cu deplasare în spațiul de fază de 90 de grade pe stator sunt conectate cu tensiune alternativă constantă. Scopul controlului funcționării motorului este atins prin utilizarea schimbării tensiunii sau fazei AC aplicată la Wc. Servomotorul AC are caracteristicile de funcționare stabilă, controlabilitate bună, răspuns rapid, sensibilitate ridicată și indice strict de neliniaritate al caracteristicilor mecanice și al caracteristicilor de reglare (mai puțin de 10% ~ 15% și, respectiv, mai puțin de 15% ~ 25%).
Avantajele și dezavantajele servomotorului DC
Avantaje: control precis al vitezei, caracteristicile vitezei cuplului este foarte greu, principiu de control simplu, ușor de utilizat, preț ieftin.
Dezavantaje: inversarea periei, limita de viteză, rezistență suplimentară, particule de uzură (nu sunt potrivite pentru mediul exploziv fără praf).
Structura de bază a servomotorului DC este similară cu cea a motorului DC general. Viteza motorului n=E/K1j=(Ua-iara)/K1j, unde E este forța electromotoare înapoi a armăturii, K este constantă, j este fluxul magnetic pe pol, Ua și Ia sunt tensiunea armăturii și curentul armăturii, Ra este rezistența armăturii, schimbarea Ua sau schimbarea φ, poate controla viteza servomotorului DC, dar în general utilizează metoda de control al tensiunii armăturii. La servomotorul DC cu magnet permanent, înfășurarea câmpului este înlocuită cu magnet permanent, iar fluxul magnetic φ este constant. Servomotorul DC are caracteristici bune de reglare liniară și răspuns rapid în timp.
Avantajele și dezavantajele servomotorului AC
Avantaje: caracteristici bune de control al vitezei, control neted poate fi atins în întreaga zonă de viteză, aproape fără oscilații, eficiență ridicată de peste 90%, căldură mai mică, control al vitezei mari, control al poziției de înaltă precizie (în funcție de precizia codificatorului), funcționare nominală zonă, poate obține un cuplu constant, inerție scăzută, zgomot redus, fără uzură a periei, fără întreținere (potrivit pentru medii fără praf, explozive).
Dezavantaje: Controlul este mai complex, iar parametrii driverului trebuie ajustați la fața locului pentru a determina parametrii PID, ceea ce necesită mai multă cablare.
Servomotoarele de curent continuu sunt împărțite în motoare fără perii și fără perii.
Motorul periei are avantajele unui cost redus, structură simplă, cuplu mare de pornire, gamă largă de reglare a vitezei, control ușor, necesitate de întreținere, dar întreținere convenabilă (perie de carbon), interferență electromagnetică, cerințe pentru utilizarea mediului, utilizate de obicei pentru ocazii industriale și civile comune sensibile la costuri.
Motor fără perii volum mic, greutate redusă, răspuns mare la ieșire, viteză mare, inerție mică, rotație stabilă a cuplului lină, control complex, inteligent, modul de comutare electronică flexibil, comutație cu undă pătrată sau sinusoidală, fără întreținere a motorului, eficiență ridicată și economie de energie, radiații electromagnetice, creșterea temperaturii scăzute de viață lungă, potrivite pentru toate tipurile de mediu.
Servomotorul AC este, de asemenea, motor fără perii, împărțit în motor sincron și asincron, motorul sincron este în general utilizat în controlul mișcării în prezent, domeniul său de putere este mare, puterea poate fi foarte mare, inerție mare, viteza cea mai mare este scăzută, viteza scade uniform odată cu creșterea puterii, potrivit pentru viteză mică și funcționare lină
Rotorul din interiorul servomotorului este un magnet permanent, iar driverul controlează electricitatea trifazată U/V/W pentru a forma un câmp electromagnetic. Rotorul se rotește sub acțiunea acestui câmp magnetic. În același timp, encoderul motorului trimite șoferului semnale de feedback și compară valoarea de feedback cu valoarea țintă, astfel încât să ajusteze unghiul de rotație al rotorului.
Q
Care este diferența de performanță dintre servomotorul AC și servomotorul DC fără perii?
A
Performanța servomotorului AC este mai bună, deoarece servo AC are control sinusoidal, ondulația cuplului este mică; Și servo DC fără perii este controlul undelor trapezoidale. Dar servocontrolul fără perii DC este mai simplu și mai ieftin.
Dezvoltarea rapidă a tehnologiei de servomotor AC cu magnet permanent face ca servosistemul DC să se confrunte cu criza de a fi eliminat [/p][p= 30,2, stânga] Începând cu anii 1980, odată cu dezvoltarea circuitului integrat, electronicii de putere tehnologia și tehnologia de acționare cu viteză variabilă AC, tehnologia de servomotor AC cu magnet permanent a făcut o dezvoltare remarcabilă. Producătorii renumiți de electricitate au introdus noi produse din seria de servomotoare și servomotor AC. Sistemul servo AC a devenit principala direcție de dezvoltare a servosistemului contemporan de înaltă performanță, ceea ce face ca sistemul servo DC să se confrunte cu criza de a fi eliminat.
În comparație cu servomotorul de curent continuu, servomotorul de curent alternativ cu magnet permanent are următoarele avantaje:
(1) Fără perie și comutator, funcționare mai fiabilă, fără întreținere.
(2) Încălzirea înfășurării statorului este mult redusă.
(3) Inerția este mică și sistemul are un răspuns rapid bun.
(4) Condiția de lucru cu viteză mare și cuplu mare este bună.
(5) Volum mic și greutate redusă la aceeași putere.
Principiul servomotorului
Structura statorului a servomotorului AC este, practic, similară cu cea a motorului asincron cu fază împărțită a condensatorului. Statorul este echipat cu două înfășurări cu o diferență de poziție de 90 de grade, una este înfășurarea de excitație Rf, care este întotdeauna conectată la tensiunea AC Uf; Celălalt este bobina de comandă L, conectată la tensiunea semnalului de comandă Uc. Deci, servomotorul AC este numit și două servomotoare.
Rotorul servomotorului AC este de obicei realizat din tip cușcă de veveriță, dar pentru a face ca servomotorul să aibă o gamă largă de viteze, caracteristici mecanice liniare, fără fenomen de „rotație” și performanță de răspuns rapid, în comparație cu motorul obișnuit, ar trebui să aibă rezistență mare a rotorului și moment mic de inerție al acestor două caracteristici. În prezent, există două tipuri de structuri de rotor utilizate pe scară largă: unul este rotorul cu colivie de veveriță cu bară de ghidare cu rezistivitate ridicată din material conductor cu rezistivitate ridicată. Pentru a reduce momentul de inerție al rotorului, rotorul se face subțire; Celălalt este fabricat dintr-un rotor cu cupă goală din aliaj de aluminiu, peretele cupei este de numai 0.2-0.3 mm, rotorul cupa goală are un moment mic de inerție, reacție rapidă și funcționare lină, deci este larg folosit.
Când servomotorul AC nu are tensiune de control, statorul are doar câmp magnetic pulsatoriu generat de înfășurarea de excitație, iar rotorul este staționar. Când există o tensiune de control, statorul va genera un câmp magnetic rotativ, rotorul de-a lungul direcției de rotație a câmpului magnetic rotativ, în cazul sarcinii constante, viteza motorului cu dimensiunea tensiunii de control se schimbă, atunci când faza a tensiunii de control este opusă, servomotorul se va inversa.
Deși principiul de funcționare al servomotorului AC este similar cu cel al condensatorului care funcționează cu un motor asincron monofazat, rezistența rotorului primului este mult mai mare decât cea a celui din urmă. Prin urmare, în comparație cu condensatorul care funcționează cu motorul asincron, servomotorul are două caracteristici semnificative:
1. Cuplu mare de pornire: deoarece rezistența rotorului este mare, caracteristicile cuplului (caracteristicile mecanice) sunt mai apropiate de liniară și are un cuplu de pornire mare. Prin urmare, atunci când statorul are o tensiune de control, rotorul se rotește imediat, adică are caracteristicile de pornire rapidă și sensibilitate ridicată.
2. Gamă largă de operare: funcționare lină, zgomot redus. [/p][p=30, 2, stânga]3, fără fenomen de rotație: servomotorul în funcțiune, atâta timp cât se pierde tensiunea de control, motorul se va opri imediat.
Micromotor special cu antrenare de precizie
„Micromotor special cu acționare de precizie” poate executa rapid și corect instrucțiuni care se schimbă frecvent în sistem, poate conduce mecanismul servo pentru a finaliza munca așteptată a instrucțiunilor, dintre care majoritatea pot îndeplini următoarele cerințe:
1. Poate porni, opri, frâna, funcționare în marșarier și cu viteză mică și rezistență mecanică ridicată, grad ridicat de rezistență la căldură, grad ridicat de izolare.
2. Capacitate bună de răspuns rapid, cuplu mare, moment mic de inerție, constantă de timp mică.
3. Cu acționare și controler (cum ar fi servomotor, motor pas cu pas), performanță bună de control.
4. Fiabilitate și precizie ridicate.
Categoriile de micromotoare cu acționare de precizie și structura și performanța acestora sunt comparate după cum urmează:
Servomotor AC
(1) Servomotor AC bifazat tip cușcă (rotor cușcă subțire, caracteristici mecanice aproximativ liniare, volum mic și curent de excitație, servo de putere mică, funcționarea cu viteză mică nu este lină).
(2) Servomotor AC bifazat cu rotor de cupă nemagnetic (rotor de cupă goală, caracteristici mecanice aproximativ liniare, volum mare și curent de excitare, servo de putere mică, funcționare lină la viteză mică).
(3) Servomotor AC bifazat cu rotor cu cupă ferromagnetic (rotor cu cupă ferromagnetică cu caracteristici mecanice aproximativ liniare, moment de inerție mare al rotorului, efect mic de canelură și funcționare stabilă).
(4) Servomotor AC cu magnet permanent sincron (constând din motor sincron cu magnet permanent, mașină de măsurare a vitezei și unitate coaxială a elementului de detectare a poziției, statorul este trifazat sau bifazat, rotorul de material magnetic, trebuie să fie echipat cu un driver; Gamă largă de viteze, caracteristici mecanice prin zona de cuplu constantă și zona de putere constantă, conectarea continuă, performanța corespunzătoare rapidă este bună, putere mare de ieșire, fluctuație mică a cuplului; Unda pătrată și undă sinusoidală în două moduri, performanță bună de control, pentru produsele de integrare electromecanică).
(5) Servomotor AC trifazat asincron (rotor și motor asincron cușă similar, trebuie să fie echipat cu un driver, control vectorial, extinde domeniul de control al vitezei de putere constantă, utilizat în principal pentru sistemul de control al vitezei axului mașinii-unelte).
Servomotor de curent continuu
(1) Servomotor DC înfășurat imprimat (rotor în formă de disc, stator în formă de disc, oțel magnetic cilindric legat axial, moment de inerție mic al rotorului, fără efect de fantă, fără efect de saturație, cuplu de ieșire mare).
(2) servomotor DC cu fir (rotorul și statorul în formă de disc sunt lipiți axial cu oțel magnetic cilindric, momentul de inerție al rotorului este mic, performanța de control este mai bună decât alte servomotoare DC, eficiență ridicată, cuplu de ieșire mare).
(3) Motor DC cu magnet permanent cu armătură de tip cupă (rotor cu cupă goală, inerție mică a rotorului, potrivit pentru sistemul servo cu mișcare incrementală).
(4) servomotor DC fără perii (statorul este înfășurare polifazată, rotorul este magnet permanent, senzor de poziție a rotorului, fără interferență cu scântei, viață lungă, zgomot redus).
Motor cuplu
(1) Motor DC cuplu (structură plată, număr de poli, număr de fante, număr de plăci inversoare, număr de conductori de serie; cuplu de ieșire mare, funcționare continuă la viteză mică sau rotație blocată, caracteristici mecanice și de reglementare bune, timp electromecanic mic constant).
(2) motor de cuplu fără perii de curent continuu (similar cu structura servomotorului de curent continuu fără perii, dar plat, numărul de poli și numărul de sloturi ale conductoarelor de serie; cuplu de ieșire mare, caracteristici mecanice și de reglare bune, viață lungă, fără scântei, zgomot redus).
(3) Motor cu cuplu AC de tip cușcă (rotor de tip cușcă, structură plată, mai multe fante pentru stâlpi, cuplu mare de pornire, constantă de timp electromecanică mică, poate funcționa mult timp, caracteristici mecanice moi).
(4) Motor cu cuplu AC cu rotor solid (rotor solid din material ferromagnetic, structură plată, numărul de poli și fante, poate fi blocat pentru o lungă perioadă de timp, funcționare lină, caracteristici mecanice moi).
Motor pas cu pas
(1) Motor pas cu reacție (rotorul statorului este fabricat din tablă de oțel siliconic, miezul rotorului nu are înfășurare, statorul are înfășurare de control; Unghi cu trepte mici, frecvență mare de pornire și de funcționare, precizie scăzută a unghiului, fără cuplu de autoblocare).
(2) motor pas cu magnet permanent (rotor cu magnet permanent, polaritate de magnetizare radială; Unghiul pasului este mare, frecvența de pornire și de funcționare este scăzută, cuplul este menținut, consumul de energie este mai mic decât formula de reacție, dar pozitiv și negativ trebuie furnizat curent de impuls.
(3) motor pas cu pas hibrid (rotor cu magnet permanent, polaritate de magnetizare axială; Precizie ridicată a unghiului pasului, cuplu de menținere, curent de intrare mic, avantaje atât de tip de reacție, cât și de tip de magnet permanent).
Motor cu reluctanță comutată (rotorul fix este fabricat din tablă de oțel silicon, tip pol convex, iar numărul de poli aproape de distanța de pas structura motorului pas cu pas de reacție este similară, cu senzor de poziție a rotorului, direcția cuplului este independentă de direcția curentului, intervalul de viteză este mic, zgomot puternic, caracteristici mecanice prin regiunea de cuplu constantă, regiune de putere constantă, regiune caracteristică serie de trei părți).
Motor liniar (structură simplă, șina de ghidare poate fi folosită ca conductor secundar, potrivit pentru mișcarea alternativă liniară; Performanța servo de mare viteză, factorul de putere și eficiența ridicate, performanța la viteză constantă este excelentă).