Slovo servo pochází z řeckého slova pro otroka. "Servomotor" lze chápat jako motor, který absolutně poslouchá příkaz řídicího signálu: před odesláním řídicího signálu je rotor v klidu; Po vyslání řídicího signálu se rotor okamžitě otočí; Při ztrátě řídicího signálu se rotor může okamžitě zastavit.
Servomotor je mikromotor používaný jako akční člen v automatickém řídicím zařízení, jehož funkcí je převádět elektrické signály na úhlové posunutí nebo úhlovou rychlost rotujícího hřídele. Servomotor, také známý jako výkonný motor, se používá jako výkonný prvek v automatickém řídicím systému pro převod přijatého elektrického signálu na výstup úhlového posunutí nebo úhlové rychlosti na hřídeli motoru.
Klasifikace servomotorů
Servomotor je rozdělen do dvou kategorií AC servo a DC servo.
Základní struktura AC servomotoru je podobná jako u AC indukčního motoru (asynchronní motor). Dvě budicí vinutí Wf a řídicí vinutí WcoWf s 90° fázovým posunem na statoru jsou spojena konstantním střídavým napětím. Účelu řízení chodu motoru je dosaženo použitím změny střídavého napětí nebo fáze aplikované na Wc. Střídavý servomotor se vyznačuje stabilním provozem, dobrou ovladatelností, rychlou odezvou, vysokou citlivostí a přísným indexem nelinearity mechanických charakteristik a seřizovacích charakteristik (méně než 10 procent ~ 15 procent a méně než 15 procent ~ 25 procent).
Výhody a nevýhody stejnosměrného servomotoru
Výhody: přesná regulace otáček, charakteristika točivého momentu je velmi tvrdá, jednoduchý princip ovládání, snadné použití, levná cena.
Nevýhody: obrácení kartáče, omezení rychlosti, dodatečný odpor, částice opotřebení (nevhodné do bezprašného výbušného prostředí).
Základní struktura DC servomotoru je podobná jako u obecného DC motoru. Otáčky motoru n=E/K1j=(Ua-iara)/K1j, kde E je zpětná elektromotorická síla kotvy, K je konstantní, j je magnetický tok na pól, Ua a Ia jsou napětí kotvy a proud kotvy, Ra je odpor kotvy, změna Ua nebo změna φ, může ovládat rychlost stejnosměrného servomotoru, ale obecně používá metodu ovládání napětí kotvy. U stejnosměrného servomotoru s permanentním magnetem je budicí vinutí nahrazeno permanentním magnetem a magnetický tok φ je konstantní. Stejnosměrný servomotor má dobré vlastnosti lineární regulace a rychlou časovou odezvu.
Výhody a nevýhody AC servomotoru
Výhody: Dobrá charakteristika řízení rychlosti, plynulé řízení lze dosáhnout v celé zóně rychlosti, téměř žádné oscilace, více než 90 procent vysoká účinnost, méně tepla, vysokorychlostní řízení, vysoce přesné řízení polohy (v závislosti na přesnosti enkodéru), jmenovitý provoz oblasti, lze dosáhnout konstantního točivého momentu, nízké setrvačnosti, nízké hlučnosti, bez opotřebení kartáčů, bez údržby (vhodné pro bezprašné, výbušné prostředí).
Nevýhody: Řízení je složitější a parametry ovladače je třeba upravit na místě, aby bylo možné určit parametry PID, což vyžaduje více kabeláže.
Stejnosměrné servomotory se dělí na bezkomutátorové a bezkomutátorové motory.
Kartáčový motor má výhody nízké ceny, jednoduché konstrukce, velkého rozběhového momentu, širokého rozsahu regulace otáček, snadného ovládání, nutnosti údržby, ale pohodlné údržby (uhlíkový kartáč), elektromagnetického rušení, požadavků na využití prostředí, obvykle se používá pro běžné průmyslové a občanské příležitosti citlivé na náklady.
Bezkomutátorový motor malý objem, nízká hmotnost, velká výstupní odezva, vysoká rychlost, malá setrvačnost, plynulá rotace točivého momentu, komplexní ovládání, inteligentní, flexibilní režim elektronické komutace, komutace s obdélníkovou nebo sinusovou vlnou, bezúdržbový motor, vysoká účinnost a úspora energie, elektromagnetické záření, nízký nárůst teploty dlouhá životnost, vhodné pro všechny druhy prostředí.
Střídavý servomotor je také bezkomutátorový motor, rozdělený na synchronní a asynchronní motor, synchronní motor se v současnosti obecně používá při řízení pohybu, jeho výkonový rozsah je velký, výkon může být velmi velký, velká setrvačnost, nejvyšší rychlost je nízká, rychlost klesá rovnoměrně s nárůstem výkonu, vhodné pro nízké otáčky a plynulý chod
Rotor uvnitř servomotoru je permanentní magnet a driver řídí U/V/W třífázovou elektřinu tak, aby vytvořila elektromagnetické pole. Rotor se působením tohoto magnetického pole otáčí. Současně kodér motoru vysílá zpětnovazební signály do driveru a porovnává zpětnovazební hodnotu s cílovou hodnotou, aby se nastavil úhel natočení rotoru.
Q
Jaký je výkonnostní rozdíl mezi AC servomotorem a bezkomutátorovým DC servomotorem?
A
Výkon AC servomotoru je lepší, protože AC servo je sinusové řízení, zvlnění točivého momentu je malé; A bezkomutátorové DC servo je řízení lichoběžníkových vln. Ale bezkomutátorové DC servo řízení je jednodušší a levnější.
Rychlý vývoj technologie střídavých servopohonů s permanentními magnety způsobuje, že stejnosměrný servosystém čelí krizi eliminace. technologie a technologie střídavého pohonu s proměnnou rychlostí, technologie střídavého servopohonu s permanentním magnetem zaznamenala mimořádný vývoj. Slavní výrobci elektro představili nové produkty řady AC servomotorů a servopohonů. Střídavý servosystém se stal hlavním vývojovým směrem současného vysoce výkonného servosystému, díky kterému musí stejnosměrný servosystém čelit krizi eliminace.
Ve srovnání se stejnosměrným servomotorem má střídavý servomotor s permanentním magnetem následující výhody:
(1) Žádný kartáč a komutátor, spolehlivější provoz, bezúdržbový.
(2) Zahřívání statorového vinutí je výrazně sníženo.
(3) Setrvačnost je malá a systém má dobrou rychlou odezvu.
(4) Pracovní podmínky s vysokou rychlostí a velkým točivým momentem jsou dobré.
(5) Malý objem a nízká hmotnost při stejném výkonu.
Princip servomotoru
Struktura statoru AC servomotoru je v zásadě podobná struktuře kondenzátorového asynchronního motoru s dělenou fází. Stator je vybaven dvěma vinutími s rozdílem poloh 90 stupňů, jedním je budicí vinutí Rf, které je vždy připojeno na střídavé napětí Uf; Druhým je řídicí vinutí L, připojené k napětí řídicího signálu Uc. Střídavý servomotor se tedy také nazývá dva servomotory.
Rotor AC servomotoru je obvykle vyroben z typu s veverkou, ale aby měl servomotor široký rozsah otáček, lineární mechanické vlastnosti, žádný jev „rotace“ a rychlou odezvu, měl by mít ve srovnání s běžným motorem velký odpor rotoru a malý moment setrvačnosti těchto dvou charakteristik. V současné době se široce používají dva typy konstrukcí rotoru: jedním je rotor s kotvou nakrátko s vodicí tyčí s vysokým odporem vyrobeným z vodivého materiálu s vysokým odporem. Aby se snížil moment setrvačnosti rotoru, je rotor vyroben štíhlý; Druhý je vyroben z dutého miskovitého rotoru z hliníkové slitiny, stěna misky je pouze 0.2-0 0,3 mm, dutý miskovitý rotor má malý moment setrvačnosti, rychlou reakci a hladký chod, takže je široce použitý.
Když AC servomotor nemá žádné řídicí napětí, má stator pouze pulzující magnetické pole generované budicím vinutím a rotor je nehybný. Při řídicím napětí bude stator generovat točivé magnetické pole, rotor po směru otáčení točivého magnetického pole, v případě konstantní zátěže se mění otáčky motoru s velikostí řídicího napětí, kdy fáze řídicího napětí je opačné, servomotor bude reverzovat.
Ačkoli je pracovní princip střídavého servomotoru podobný jako u kondenzátoru běžícího jednofázového asynchronního motoru, odpor rotoru prvního je mnohem větší než odpor druhého. Proto má servomotor ve srovnání s asynchronním motorem s kondenzátorem dvě významné vlastnosti:
1. Velký rozběhový moment: protože odpor rotoru je velký, momentové charakteristiky (mechanické charakteristiky) jsou blíže lineární a má velký rozběhový moment. Proto, když má stator řídicí napětí, rotor se okamžitě otáčí, to znamená, že má vlastnosti rychlého rozběhu a vysoké citlivosti.
2. Široký provozní rozsah: hladký chod, nízká hlučnost. [/p][p=30, 2, vlevo]3, žádný jev otáčení: servomotor v provozu, dokud nedojde ke ztrátě řídicího napětí, motor se okamžitě zastaví.
Speciální mikromotor s přesným pohonem
"Mikro speciální motor s přesností pohonu" může rychle a správně provádět často se měnící pokyny v systému, pohánět servo mechanismus tak, aby dokončil očekávanou práci s pokyny, z nichž většina může splňovat následující požadavky:
1. Může často startovat, zastavovat, brzdit, couvat a při nízkých rychlostech a má vysokou mechanickou pevnost, vysokou tepelnou odolnost a vysokou izolaci.
2. Dobrá schopnost rychlé odezvy, velký točivý moment, malý moment setrvačnosti, malá časová konstanta.
3. S pohonem a ovladačem (jako je servomotor, krokový motor), dobrý výkon ovládání.
4. Vysoká spolehlivost a přesnost.
Kategorie přesných hnacích mikromotorů a jejich struktura a výkon jsou porovnávány následovně:
AC servomotor
(1) Dvoufázový střídavý servomotor klecového typu (štíhlý klecový rotor, přibližně lineární mechanické vlastnosti, malý objem a budicí proud, servo s nízkým výkonem, provoz při nízkých otáčkách není plynulý).
(2) Dvoufázový střídavý servomotor s nemagnetickým miskovitým rotorem (dutý miskovitý rotor, přibližně lineární mechanické charakteristiky, velký objem a budicí proud, servo s nízkým výkonem, hladký chod při nízkých otáčkách).
(3) Feromagnetický miskovitý dvoufázový střídavý servomotor (feromagnetický miskovitý rotor s přibližně lineárními mechanickými charakteristikami, velkým momentem setrvačnosti rotoru, efektem malé drážky zubu a stabilním provozem).
(4) synchronní střídavý servomotor s permanentním magnetem (skládá se ze synchronního motoru s permanentním magnetem, stroje na měření rychlosti a koaxiální jednotky prvku pro detekci polohy, stator je 3fázový nebo 2fázový, rotor z magnetického materiálu, musí být vybaven budičem; Široký rozsah otáček, mechanické vlastnosti podle zóny konstantního točivého momentu a zóny konstantního výkonu, nepřetržité zapojování, rychlý odpovídající výkon je dobrý, velký výstupní výkon, malé kolísání točivého momentu; dvousměrný pohon čtvercových vln a sinusový pohon, dobrý řídicí výkon, pro produkty elektromechanické integrace).
(5) asynchronní třífázový střídavý servomotor (asynchronní motor rotoru a klece podobný, musí být vybaven ovladačem, vektorovým řízením, rozšířit rozsah řízení otáček konstantního výkonu, většinou se používá pro systém řízení otáček vřetena obráběcích strojů).
DC servomotor
(1) DC servomotor s tištěným vinutím (kotoučový rotor, kotoučový stator axiálně spojený válcová magnetická ocel, malý moment setrvačnosti rotoru, žádný štěrbinový efekt, žádný saturační efekt, velký výstupní točivý moment).
(2) stejnosměrný servomotor s drátěným vinutím (kotoučový rotor a stator jsou axiálně spojeny válcovou magnetickou ocelí, moment setrvačnosti rotoru je malý, řídicí výkon je lepší než u jiných stejnosměrných servomotorů, vysoká účinnost, velký výstupní točivý moment).
(3) stejnosměrný motor s miskovou kotvou s permanentním magnetem (dutý miskovitý rotor, malá setrvačnost rotoru, vhodný pro inkrementální pohybový servosystém).
(4) bezkomutátorový stejnosměrný servomotor (stator je vícefázové vinutí, rotor je permanentní magnet, snímač polohy rotoru, žádné rušení jisker, dlouhá životnost, nízká hlučnost).
Momentový motor
(1) DC momentový motor (plochá konstrukce, počet pólů, počet štěrbin, počet reverzních desek, počet sériových vodičů; Velký výstupní moment, nepřetržitý provoz při nízké rychlosti nebo zablokované rotaci, dobré mechanické a regulační vlastnosti, malý elektromechanický čas konstantní).
(2) bezkomutátorový stejnosměrný momentový motor (podobný konstrukci bezkomutátorového stejnosměrného servomotoru, ale plochý, počet pólů a štěrbin počet sériových vodičů; velký výstupní krouticí moment, dobré mechanické a nastavovací vlastnosti, dlouhá životnost, žádná jiskra, nízká hlučnost).
(3) Střídavý momentový motor klece (rotor klece, plochá konstrukce, více pólových drážek, velký startovací moment, malá elektromechanická časová konstanta, může běžet po dlouhou dobu, měkké mechanické vlastnosti).
(4) střídavý momentový motor s pevným rotorem (pevný rotor z feromagnetického materiálu, plochá struktura, počet pólů a štěrbin, může být dlouhodobě blokován, hladký provoz, měkké mechanické vlastnosti).
Krokový motor
(1) Reakční krokový motor (rotor statoru je vyroben z plechu z křemíkové oceli, jádro rotoru nemá vinutí, stator má řídicí vinutí; Malý krokový úhel, vysoká startovací a provozní frekvence, nízká přesnost úhlu kroku, žádný samosvorný moment).
(2) krokový motor s permanentním magnetem (rotor s permanentním magnetem, polarita radiální magnetizace; Úhel kroku je velký, spouštěcí a provozní frekvence je nízká, točivý moment je udržován, spotřeba energie je menší než reakční vzorec, ale pozitivní a negativní musí být zajištěn pulzní proud.
(3) hybridní krokový motor (rotor s permanentním magnetem, polarita axiální magnetizace; vysoká přesnost úhlu kroku, udržení krouticího momentu, malý vstupní proud, výhody jak typu reakce, tak typu permanentního magnetu).
Spínaný reluktanční motor (pevný rotor je vyroben z křemíkového ocelového plechu, konvexní typ pólu a počet pólů v blízkosti krokové vzdálenosti struktura krokového motoru je podobná, se snímačem polohy rotoru, směr točivého momentu je nezávislý na směru proudu, rozsah otáček je malý, vysoký hluk, mechanické charakteristiky podle oblasti konstantního točivého momentu, oblast konstantního výkonu, oblast sériové charakteristiky tří částí).
Lineární motor (jednoduchá konstrukce, vodicí lištu lze použít jako sekundární vodič, vhodný pro lineární vratný pohyb; Vysokorychlostní výkon serva, vysoký účiník a účinnost, výkon při konstantní rychlosti je vynikající).