La parola servo deriva dalla parola greca per schiavo. "Servomotore" può essere inteso come un motore che obbedisce assolutamente al comando del segnale di controllo: prima che venga inviato il segnale di controllo, il rotore è fermo; Quando viene inviato il segnale di controllo, il rotore ruota immediatamente; Quando il segnale di controllo viene perso, il rotore può arrestarsi immediatamente.
Il servomotore è un micromotore utilizzato come attuatore nel dispositivo di controllo automatico, la cui funzione è convertire i segnali elettrici in spostamento angolare o velocità angolare dell'albero rotante. Il servomotore, noto anche come motore esecutivo, viene utilizzato come elemento esecutivo nel sistema di controllo automatico per convertire il segnale elettrico ricevuto nello spostamento angolare o nell'uscita della velocità angolare sull'albero del motore.
Classificazione dei servomotori
Il servomotore è diviso in servo AC e servo DC due categorie.
La struttura di base del servomotore CA è simile a quella del motore a induzione CA (motore asincrono). Due avvolgimenti di eccitazione Wf e avvolgimenti di controllo WcoWf con sfasamento di 90 gradi sullo statore sono collegati con tensione alternata costante. Lo scopo di controllare il funzionamento del motore viene raggiunto utilizzando il cambio di tensione CA o di fase applicato a Wc. Il servomotore CA ha le caratteristiche di funzionamento stabile, buona controllabilità, risposta rapida, alta sensibilità e rigoroso indice di non linearità delle caratteristiche meccaniche e delle caratteristiche di regolazione (rispettivamente meno del 10% ~ 15% e meno del 15% ~ 25%).
Vantaggi e svantaggi del servomotore DC
Vantaggi: controllo preciso della velocità, le caratteristiche della velocità della coppia sono molto dure, principio di controllo semplice, facile da usare, prezzo economico.
Svantaggi: inversione delle spazzole, limite di velocità, resistenza aggiuntiva, particelle di usura (non adatto per ambienti esplosivi privi di polvere).
La struttura di base del servomotore CC è simile a quella del motore CC generale. Velocità del motore n=E/K1j=(Ua-iara)/K1j, dove E è la forza controelettromotrice dell'armatura, K è costante, j è il flusso magnetico per polo, Ua e Ia sono la tensione dell'armatura e corrente di armatura, Ra è la resistenza dell'armatura, cambia Ua o cambia φ, può controllare la velocità del servomotore CC, ma generalmente usa il metodo di controllo della tensione di armatura. Nel servomotore CC a magneti permanenti, l'avvolgimento di campo è sostituito da un magnete permanente e il flusso magnetico φ è costante. Il servomotore CC ha buone caratteristiche di regolazione lineare e tempi di risposta rapidi.
I vantaggi e gli svantaggi del servomotore AC
Vantaggi: buone caratteristiche di controllo della velocità, è possibile ottenere un controllo regolare nell'intera zona di velocità, quasi nessuna oscillazione, efficienza superiore al 90 percento, meno calore, controllo ad alta velocità, controllo della posizione ad alta precisione (a seconda della precisione dell'encoder), funzionamento nominale area, può ottenere una coppia costante, bassa inerzia, bassa rumorosità, nessuna usura delle spazzole, esente da manutenzione (adatto per ambienti esplosivi privi di polvere).
Svantaggi: il controllo è più complesso e i parametri del driver devono essere regolati in loco per determinare i parametri PID, il che richiede più cablaggio.
I servomotori CC sono divisi in motori brushless e brushless.
Il motore a spazzole presenta i vantaggi di basso costo, struttura semplice, grande coppia di spunto, ampio campo di regolazione della velocità, facile controllo, necessità di manutenzione, ma manutenzione conveniente (spazzola di carbone), interferenza elettromagnetica, requisiti per l'uso dell'ambiente, solitamente utilizzato per occasioni industriali e civili comuni sensibili ai costi.
Motore brushless piccolo volume, peso leggero, grande risposta in uscita, alta velocità, piccola inerzia, rotazione stabile della coppia regolare, controllo complesso, intelligente, modalità di commutazione elettronica flessibile, commutazione ad onda quadra o sinusoidale, esente da manutenzione del motore, alta efficienza e risparmio energetico, radiazione elettromagnetica, aumento di bassa temperatura lunga vita, adatto a tutti i tipi di ambiente.
Il servomotore CA è anche un motore brushless, diviso in motore sincrono e asincrono, il motore sincrono è generalmente utilizzato attualmente nel controllo del movimento, la sua gamma di potenza è ampia, la potenza può essere molto grande, grande inerzia, la velocità massima è bassa, la velocità diminuisce in modo uniforme con l'aumento della potenza, adatto per basse velocità e funzionamento regolare
Il rotore all'interno del servomotore è un magnete permanente e il driver controlla l'elettricità trifase U/V/W per formare un campo elettromagnetico. Il rotore ruota sotto l'azione di questo campo magnetico. Allo stesso tempo, l'encoder del motore invia segnali di feedback al driver e confronta il valore di feedback con il valore target, in modo da regolare l'angolo di rotazione del rotore.
Q
Qual è la differenza di prestazioni tra il servomotore CA e il servomotore CC senza spazzole?
A
Le prestazioni del servomotore CA sono migliori, poiché il servo CA è a controllo sinusoidale, l'ondulazione della coppia è piccola; E il servo DC senza spazzole è il controllo dell'onda trapezoidale. Ma il servocomando DC senza spazzole è più semplice ed economico.
Il rapido sviluppo della tecnologia dei servoazionamenti CA a magneti permanenti fa sì che il servosistema CC affronti la crisi dell'eliminazione [/p][p= 30,2, left] Dagli anni '80, con lo sviluppo del circuito integrato, l'elettronica di potenza tecnologia e tecnologia di azionamento a velocità variabile AC, la tecnologia di servoazionamento AC a magneti permanenti ha fatto uno sviluppo eccezionale. Famosi produttori elettrici hanno introdotto nuovi prodotti della serie di servomotori AC e servoazionamenti. Il servosistema AC è diventato la principale direzione di sviluppo del servosistema contemporaneo ad alte prestazioni, che fa sì che il servosistema DC affronti la crisi dell'eliminazione.
Rispetto al servomotore CC, il servomotore CA a magneti permanenti presenta i seguenti vantaggi:
(1) Nessuna spazzola e commutatore, funzionamento più affidabile, esente da manutenzione.
(2) Il riscaldamento dell'avvolgimento dello statore è notevolmente ridotto.
(3) L'inerzia è piccola e il sistema ha una buona risposta rapida.
(4) Le condizioni di lavoro ad alta velocità e coppia elevata sono buone.
(5) Piccolo volume e peso leggero con la stessa potenza.
Principio del servomotore
La struttura dello statore del servomotore CA è sostanzialmente simile a quella del motore asincrono a fase divisa del condensatore. Lo statore è dotato di due avvolgimenti con una differenza di posizione di 90 gradi, uno è l'avvolgimento di eccitazione Rf, che è sempre collegato alla tensione alternata Uf; L'altro è l'avvolgimento di controllo L, collegato alla tensione del segnale di controllo Uc. Quindi il servomotore AC è anche chiamato due servomotori.
Il rotore del servomotore CA è solitamente realizzato a gabbia di scoiattolo, ma per fare in modo che il servomotore abbia un'ampia gamma di velocità, caratteristiche meccaniche lineari, nessun fenomeno di "rotazione" e prestazioni di risposta rapide, rispetto al normale motore, dovrebbe avere grande resistenza del rotore e piccolo momento di inerzia di queste due caratteristiche. Attualmente sono ampiamente utilizzate due tipologie di strutture rotoriche: una è il rotore a gabbia di scoiattolo con barra guida ad alta resistività realizzata in materiale conduttivo ad alta resistività. Per ridurre il momento d'inerzia del rotore, il rotore viene snellito; L'altro è realizzato con rotore a tazza cava in lega di alluminio, la parete della tazza è solo 0.2-0.3 mm, il rotore a tazza cava ha un piccolo momento di inerzia, reazione rapida e funzionamento regolare, quindi è ampiamente usato.
Quando il servomotore CA non ha tensione di controllo, lo statore ha solo un campo magnetico pulsante generato dall'avvolgimento di eccitazione e il rotore è fermo. Quando c'è una tensione di controllo, lo statore genererà un campo magnetico rotante, il rotore lungo la direzione della rotazione del campo magnetico rotante, in caso di carico costante, la velocità del motore con la dimensione della tensione di controllo cambia, quando la fase della tensione di controllo è opposta, il servomotore si invertirà.
Sebbene il principio di funzionamento del servomotore CA sia simile a quello del motore asincrono monofase con condensatore, la resistenza del rotore del primo è molto maggiore di quella del secondo. Pertanto, rispetto al condensatore che fa funzionare il motore asincrono, il servomotore ha due caratteristiche significative:
1. Coppia di avviamento elevata: poiché la resistenza del rotore è elevata, le caratteristiche di coppia (caratteristiche meccaniche) sono più vicine al lineare e ha una coppia di avviamento elevata. Pertanto, quando lo statore ha una tensione di controllo, il rotore ruota immediatamente, cioè ha le caratteristiche di avviamento rapido e alta sensibilità.
2. Ampio raggio d'azione: funzionamento regolare, basso rumore. [/p][p=30, 2, sinistra]3, nessun fenomeno di rotazione: il servomotore in funzione, finché la tensione di controllo viene persa, il motore smetterà di funzionare immediatamente.
Micro motore speciale ad azionamento di precisione
Il "micro motore speciale di precisione" può eseguire rapidamente e correttamente istruzioni che cambiano frequentemente nel sistema, azionare il servomeccanismo per completare il lavoro previsto delle istruzioni, la maggior parte delle quali può soddisfare i seguenti requisiti:
1. Può frequentemente avviare, arrestare, frenare, retromarcia e funzionamento a bassa velocità e elevata resistenza meccanica, alto grado di resistenza al calore, alto grado di isolamento.
2. Buona capacità di risposta rapida, grande coppia, piccolo momento di inerzia, piccola costante di tempo.
3. Con azionamento e controller (come servomotore, motore passo-passo), buone prestazioni di controllo.
4. Alta affidabilità e precisione.
Le categorie di micromotore di azionamento di precisione e la loro struttura e prestazioni vengono confrontate come segue:
Servomotore CA
(1) Servomotore CA bifase a gabbia (rotore a gabbia sottile, caratteristiche meccaniche approssimativamente lineari, volume ridotto e corrente di eccitazione, servo a bassa potenza, funzionamento a bassa velocità non regolare).
(2) Servomotore CA bifase con rotore a tazza non magnetico (rotore a tazza cava, caratteristiche meccaniche approssimativamente lineari, grande volume e corrente di eccitazione, servo a bassa potenza, funzionamento regolare a bassa velocità).
(3) Servomotore CA bifase con rotore a tazza ferromagnetico (rotore a tazza ferromagnetico con caratteristiche meccaniche approssimativamente lineari, grande momento di inerzia del rotore, piccolo effetto della scanalatura dei denti e funzionamento stabile).
(4) servomotore CA sincrono a magneti permanenti (costituito da motore sincrono a magneti permanenti, macchina di misurazione della velocità e unità coassiale dell'elemento di rilevamento della posizione, lo statore è trifase o bifase, rotore in materiale magnetico, deve essere dotato di un driver; Ampia gamma di velocità, caratteristiche meccaniche per zona di coppia costante e zona di potenza costante, intasamento continuo, prestazioni corrispondenti rapide buone, grande potenza di uscita, piccola fluttuazione di coppia; Trasmissione a onda quadra e trasmissione a onda sinusoidale a due vie, buone prestazioni di controllo, per prodotti di integrazione elettromeccanica).
(5) servomotore CA asincrono trifase (rotore e motore asincrono a gabbia simili, devono essere dotati di un driver, controllo vettoriale, espandere l'intervallo di controllo della velocità di potenza costante, utilizzato principalmente per il sistema di controllo della velocità del mandrino della macchina utensile).
Servomotore a corrente continua
(1) Servomotore CC con avvolgimento stampato (rotore a forma di disco, statore a forma di disco acciaio magnetico cilindrico legato assialmente, piccolo momento di inerzia del rotore, nessun effetto fessura, nessun effetto di saturazione, grande coppia di uscita).
(2) servomotore CC a filo avvolto (il rotore e lo statore a forma di disco sono legati assialmente con acciaio magnetico cilindrico, il momento di inerzia del rotore è piccolo, le prestazioni di controllo sono migliori rispetto ad altri servomotori CC, alta efficienza, grande coppia di uscita).
(3) motore a corrente continua a magneti permanenti con armatura a tazza (rotore a tazza cava, piccola inerzia del rotore, adatto per servosistema di movimento incrementale).
(4) servomotore CC senza spazzole (lo statore è un avvolgimento polifase, il rotore è un magnete permanente, il sensore di posizione del rotore, nessuna interferenza della scintilla, lunga durata, basso rumore).
Motore di coppia
(1) Motore coppia DC (struttura piatta, numero di poli, numero di cave, numero di piastre di inversione, numero di conduttori in serie; Coppia di uscita elevata, funzionamento continuo a bassa velocità o rotazione bloccata, buone caratteristiche meccaniche e normative, tempo elettromeccanico ridotto costante).
(2) motore torque DC senza spazzole (simile alla struttura del servomotore DC senza spazzole, ma piatto, numero di poli e slot numero di conduttori in serie; coppia di uscita elevata, buone caratteristiche meccaniche e di regolazione, lunga durata, nessuna scintilla, basso rumore).
(3) Motore torque CA a gabbia (rotore a gabbia, struttura piatta, più slot per poli, coppia di spunto elevata, piccola costante di tempo elettromeccanica, può funzionare a lungo, caratteristiche meccaniche morbide).
(4) Motore torque CA a rotore solido (rotore solido in materiale ferromagnetico, struttura piatta, numero di poli e fessure, può essere bloccato a lungo, funzionamento regolare, caratteristiche meccaniche morbide).
Motore passo-passo
(1) Motore passo-passo di reazione (il rotore dello statore è realizzato in lamiera di acciaio al silicio, il nucleo del rotore non ha avvolgimento, lo statore ha un avvolgimento di controllo; angolo di passo piccolo, alta frequenza di avviamento e di marcia, precisione dell'angolo di passo basso, nessuna coppia autobloccante).
(2) motore passo-passo a magneti permanenti (rotore a magneti permanenti, polarità di magnetizzazione radiale; l'angolo del passo è ampio, la frequenza di avviamento e di funzionamento è bassa, la coppia viene mantenuta, il consumo di energia è inferiore alla formula di reazione, ma il positivo e il negativo deve essere fornita corrente di impulso.
(3) motore passo-passo ibrido (rotore a magnete permanente, polarità di magnetizzazione assiale; alta precisione dell'angolo di passo, coppia di mantenimento, piccola corrente di ingresso, vantaggi sia del tipo di reazione che del tipo a magnete permanente).
Motore a riluttanza commutato (il rotore fisso è realizzato in lamiera di acciaio al silicio, tipo di polo convesso e numero di poli vicino alla struttura del motore passo-passo di reazione della distanza del passo è simile, con sensore di posizione del rotore, la direzione della coppia è indipendente dalla direzione della corrente, la gamma di velocità è piccola, forte rumore, caratteristiche meccaniche per regione di coppia costante, regione di potenza costante, regione caratteristica in serie di tre parti).
Motore lineare (struttura semplice, il binario di guida può essere utilizzato come conduttore secondario, adatto per il movimento alternativo lineare; Prestazioni del servo ad alta velocità, fattore di potenza ed efficienza elevati, prestazioni a velocità costante sono eccellenti).