La palabra servo proviene de la palabra griega para esclavo. "Servomotor" puede entenderse como un motor que obedece absolutamente el comando de la señal de control: antes de que se envíe la señal de control, el rotor está estacionario; Cuando se envía la señal de control, el rotor gira inmediatamente; Cuando se pierde la señal de control, el rotor puede detenerse inmediatamente.
El servomotor es un micromotor utilizado como actuador en un dispositivo de control automático, cuya función es convertir señales eléctricas en desplazamiento angular o velocidad angular del eje giratorio. El servomotor, también conocido como motor ejecutivo, se utiliza como elemento ejecutivo en el sistema de control automático para convertir la señal eléctrica recibida en el desplazamiento angular o la velocidad angular de salida en el eje del motor.
Clasificación de servomotores
El servomotor se divide en servo de CA y servo de CC en dos categorías.
La estructura básica del servomotor de CA es similar a la del motor de inducción de CA (motor asíncrono). Dos devanados de excitación Wf y devanados de control WcoWf con desplazamiento de espacio de fase de 90 grados en el estator están conectados con voltaje de CA constante. El propósito de controlar la operación del motor se logra usando el cambio de voltaje o fase de CA aplicado a Wc. El servomotor de CA tiene las características de operación estable, buena controlabilidad, respuesta rápida, alta sensibilidad y un estricto índice de no linealidad de las características mecánicas y características de ajuste (menos del 10 por ciento ~ 15 por ciento y menos del 15 por ciento ~ 25 por ciento, respectivamente).
Ventajas y desventajas del servomotor de CC
Ventajas: control de velocidad preciso, las características de velocidad de par son muy duras, principio de control simple, fácil de usar, precio económico.
Desventajas: inversión del cepillo, límite de velocidad, resistencia adicional, partículas de desgaste (no apto para entornos explosivos sin polvo).
La estructura básica del servomotor de CC es similar a la del motor de CC general. Velocidad del motor n=E/K1j=(Ua-iara)/K1j, donde E es la fuerza contraelectromotriz del inducido, K es constante, j es el flujo magnético por polo, Ua e Ia son la tensión del inducido y La corriente de armadura, Ra es la resistencia de armadura, cambia Ua o cambia φ, puede controlar la velocidad del servomotor de CC, pero generalmente usa el método de control de voltaje de armadura. En un servomotor de CC de imán permanente, el devanado de campo se reemplaza por un imán permanente y el flujo magnético φ es constante. El servomotor de CC tiene buenas características de regulación lineal y un tiempo de respuesta rápido.
Las ventajas y desventajas del servomotor AC.
Ventajas: Buenas características de control de velocidad, se puede lograr un control suave en toda la zona de velocidad, casi sin oscilación, más del 90 por ciento de alta eficiencia, menos calor, control de alta velocidad, control de posición de alta precisión (dependiendo de la precisión del codificador), operación nominal área, puede lograr un par constante, baja inercia, bajo nivel de ruido, sin desgaste del cepillo, libre de mantenimiento (adecuado para ambientes explosivos sin polvo).
Desventajas: el control es más complejo y los parámetros del controlador deben ajustarse en el sitio para determinar los parámetros PID, lo que requiere más cableado.
Los servomotores de CC se dividen en motores sin escobillas y sin escobillas.
El motor del cepillo tiene las ventajas de bajo costo, estructura simple, gran par de arranque, amplio rango de regulación de velocidad, fácil control, necesidad de mantenimiento, pero mantenimiento conveniente (escobilla de carbón), interferencia electromagnética, requisitos para el uso del medio ambiente, generalmente utilizado para ocasiones industriales y civiles comunes sensibles al costo.
Motor sin escobillas de pequeño volumen, peso ligero, gran respuesta de salida, alta velocidad, pequeña inercia, torsión estable rotación suave, control complejo, inteligente, modo de conmutación electrónica flexible, conmutación de onda cuadrada o sinusoidal, motor libre de mantenimiento, alta eficiencia y ahorro de energía, Radiación electromagnética, larga vida útil a baja temperatura, adecuada para todo tipo de entornos.
El servomotor de CA también es un motor sin escobillas, dividido en motor síncrono y asíncrono, el motor síncrono se usa generalmente en el control de movimiento en la actualidad, su rango de potencia es grande, la potencia puede ser muy grande, gran inercia, la velocidad más alta es baja, la velocidad disminuye uniformemente con el aumento de potencia, adecuado para baja velocidad y funcionamiento suave
El rotor dentro del servomotor es un imán permanente y el controlador controla la electricidad trifásica U/V/W para formar un campo electromagnético. El rotor gira bajo la acción de este campo magnético. Al mismo tiempo, el codificador del motor envía señales de retroalimentación al controlador y compara el valor de retroalimentación con el valor objetivo, para ajustar el ángulo de rotación del rotor.
Q
¿Cuál es la diferencia de rendimiento entre el servomotor de CA y el servomotor de CC sin escobillas?
A
El rendimiento del servomotor de CA es mejor, porque el servo de CA es un control sinusoidal, la ondulación del par es pequeña; Y el servo DC sin escobillas es un control de onda trapezoidal. Pero el servocontrol de CC sin escobillas es más simple y económico.
El rápido desarrollo de la tecnología de servoaccionamiento de CA de imanes permanentes hace que el servosistema de CC enfrente la crisis de ser eliminado [/p][p= 30,2, izquierda] Desde la década de 1980, con el desarrollo del circuito integrado, la electrónica de potencia tecnología y tecnología de accionamiento de velocidad variable de CA, la tecnología de servoaccionamiento de CA de imán permanente ha tenido un desarrollo sobresaliente. Famosos fabricantes eléctricos han introducido nuevos productos de la serie de servomotores y servoaccionamientos de CA. El servosistema de CA se ha convertido en la principal dirección de desarrollo del servosistema contemporáneo de alto rendimiento, lo que hace que el servosistema de CC enfrente la crisis de ser eliminado.
En comparación con el servomotor de CC, el servomotor de CA de imán permanente tiene las siguientes ventajas:
(1) Sin escobilla ni conmutador, operación más confiable, sin mantenimiento.
(2) El calentamiento del devanado del estator se reduce considerablemente.
(3) La inercia es pequeña y el sistema tiene una buena respuesta rápida.
(4) Las condiciones de trabajo de alta velocidad y gran torque son buenas.
(5) Pequeño volumen y peso ligero bajo la misma potencia.
Principio del servomotor
La estructura del estator del servomotor de CA es básicamente similar a la del motor asíncrono de fase dividida con condensador. El estator está equipado con dos devanados con una diferencia de posición de 90 grados, uno es el devanado de excitación Rf, que siempre está conectado a la tensión alterna Uf; El otro es el devanado de control L, conectado al voltaje de la señal de control Uc. Entonces, el servomotor de CA también se llama dos servomotores.
El rotor del servomotor de CA generalmente está hecho de tipo jaula de ardilla, pero para que el servomotor tenga un amplio rango de velocidad, características mecánicas lineales, sin fenómeno de "rotación" y un rendimiento de respuesta rápido, en comparación con el motor ordinario, debe tener gran resistencia del rotor y pequeño momento de inercia de estas dos características. En la actualidad, existen dos tipos de estructuras de rotor ampliamente utilizadas: una es el rotor de jaula de ardilla con barra guía de alta resistividad hecha de material conductor de alta resistividad. Para reducir el momento de inercia del rotor, el rotor se hace más delgado; El otro está hecho de un rotor de copa hueca de aleación de aluminio, la pared de la copa es de solo 0.2-0.3 mm, el rotor de copa hueca tiene un pequeño momento de inercia, una reacción rápida y un funcionamiento suave, por lo que es ampliamente usado.
Cuando el servomotor de CA no tiene voltaje de control, el estator solo tiene un campo magnético pulsante generado por el devanado de excitación y el rotor está estacionario. Cuando hay un voltaje de control, el estator generará un campo magnético giratorio, el rotor a lo largo de la dirección de rotación del campo magnético giratorio, en el caso de carga constante, la velocidad del motor con el tamaño del voltaje de control cambia, cuando la fase del voltaje de control es opuesto, el servomotor se invertirá.
Aunque el principio de funcionamiento del servomotor de CA es similar al del motor asíncrono monofásico con condensador, la resistencia del rotor del primero es mucho mayor que la del segundo. Por lo tanto, en comparación con el motor asíncrono que funciona con capacitor, el servomotor tiene dos características importantes:
1. Gran par de arranque: debido a que la resistencia del rotor es grande, las características del par (características mecánicas) son más lineales y tiene un gran par de arranque. Por lo tanto, cuando el estator tiene un voltaje de control, el rotor gira inmediatamente, es decir, tiene las características de arranque rápido y alta sensibilidad.
2. Amplio rango de funcionamiento: funcionamiento suave, bajo nivel de ruido. [/p][p=30, 2, izquierda]3, sin fenómeno de rotación: el servomotor en funcionamiento, siempre que se pierda el voltaje de control, el motor dejará de funcionar inmediatamente.
Micromotor especial de accionamiento de precisión
El "micromotor especial de accionamiento de precisión" puede ejecutar de forma rápida y correcta instrucciones que cambian con frecuencia en el sistema, impulsar el servomecanismo para completar el trabajo esperado de las instrucciones, la mayoría de las cuales pueden cumplir con los siguientes requisitos:
1. Puede iniciar, detener, frenar, retroceder y operar a baja velocidad con frecuencia, y alta resistencia mecánica, alto grado de resistencia al calor, alto grado de aislamiento.
2. Buena capacidad de respuesta rápida, gran par, pequeño momento de inercia, pequeña constante de tiempo.
3. Con accionamiento y controlador (como servomotor, motor paso a paso), buen rendimiento de control.
4. Alta fiabilidad y precisión.
Las categorías de micromotores de accionamiento de precisión y su estructura y rendimiento se comparan de la siguiente manera:
Servomotor de CA
(1) Servomotor de CA de dos fases tipo jaula (rotor de jaula delgado, características mecánicas aproximadamente lineales, pequeño volumen y corriente de excitación, servo de baja potencia, operación de baja velocidad no es suave).
(2) Servomotor de CA bifásico de rotor de copa no magnético (rotor de copa hueca, características mecánicas aproximadamente lineales, gran volumen y corriente de excitación, servo de baja potencia, funcionamiento suave a baja velocidad).
(3) Servomotor de CA bifásico de rotor de copa ferromagnético (rotor de copa ferromagnético con características mecánicas aproximadamente lineales, gran momento de inercia del rotor, efecto de ranura de diente pequeño y operación estable).
(4) servomotor de CA de imán permanente síncrono (que consta de motor síncrono de imán permanente, máquina de medición de velocidad y unidad coaxial del elemento de detección de posición, el estator es trifásico o bifásico, rotor de material magnético, debe estar equipado con un controlador; Amplio rango de velocidad, Características mecánicas por zona de par constante y zona de potencia constante, conexión continua, rendimiento rápido correspondiente bueno, gran potencia de salida, pequeña fluctuación de par; accionamiento de onda cuadrada y accionamiento de onda sinusoidal de dos vías, buen rendimiento de control, para productos de integración electromecánica).
(5) servomotor de CA trifásico asíncrono (motor asíncrono de rotor y jaula similar, debe estar equipado con un controlador, control vectorial, ampliar el rango de control de velocidad de potencia constante, utilizado principalmente para el sistema de control de velocidad del husillo de la máquina herramienta).
servomotor de CC
(1) Servomotor de CC de devanado impreso (rotor en forma de disco, estator en forma de disco de acero magnético cilíndrico adherido axialmente, pequeño momento de inercia del rotor, sin efecto de ranura, sin efecto de saturación, gran par de salida).
(2) servomotor de CC bobinado (el rotor y el estator en forma de disco están unidos axialmente con acero magnético cilíndrico, el momento de inercia del rotor es pequeño, el rendimiento del control es mejor que otros servomotores de CC, alta eficiencia, gran par de salida).
(3) motor de CC de imán permanente de armadura tipo copa (rotor de copa hueca, inercia de rotor pequeño, adecuado para servosistema de movimiento incremental).
(4) servomotor de CC sin escobillas (el estator es un devanado polifásico, el rotor es un imán permanente, sensor de posición del rotor, sin interferencia de chispas, larga vida útil, bajo nivel de ruido).
motor de torsión
(1) Motor de torsión de CC (estructura plana, número de polos, número de ranuras, número de placas de inversión, número de conductores en serie; gran par de salida, operación continua a baja velocidad o rotación bloqueada, buenas características mecánicas y regulatorias, pequeño tiempo electromecánico constante).
(2) motor de par de CC sin escobillas (similar a la estructura del servomotor de CC sin escobillas, pero plano, número de polos y ranuras número de conductores en serie; gran par de salida, buenas características mecánicas y de ajuste, larga vida útil, sin chispas, bajo nivel de ruido).
(3) Motor de par de CA tipo jaula (rotor tipo jaula, estructura plana, más ranuras polares, gran par de arranque, pequeña constante de tiempo electromecánica, puede funcionar durante mucho tiempo, características mecánicas blandas).
(4) Motor de torsión de CA de rotor sólido (rotor sólido de material ferromagnético, estructura plana, número de polos y ranuras, se puede bloquear durante mucho tiempo, funcionamiento suave, características mecánicas suaves).
Motor paso a paso
(1) Motor paso a paso de reacción (el rotor del estator está hecho de lámina de acero al silicio, el núcleo del rotor no tiene devanado, el estator tiene devanado de control; ángulo de paso pequeño, alta frecuencia de arranque y funcionamiento, precisión de ángulo de paso bajo, sin par de autobloqueo).
(2) motor paso a paso de imán permanente (rotor de imán permanente, polaridad de magnetización radial; el ángulo de paso es grande, la frecuencia de arranque y funcionamiento es baja, el par se mantiene, el consumo de energía es menor que la fórmula de reacción, pero el positivo y negativo se debe proporcionar corriente de pulso.
(3) motor paso a paso híbrido (rotor de imán permanente, polaridad de magnetización axial; alta precisión del ángulo de paso, manteniendo el par, corriente de entrada pequeña, ventajas tanto del tipo de reacción como del tipo de imán permanente).
Motor de reluctancia conmutada (el rotor fijo está hecho de lámina de acero al silicio, tipo de polo convexo y número de polo cerca de la estructura del motor paso a paso de reacción de distancia de paso es similar, con sensor de posición del rotor, la dirección del par es independiente de la dirección actual, el rango de velocidad es pequeño, ruido fuerte, características mecánicas por región de par constante, región de potencia constante, región característica en serie de tres partes).
Motor lineal (estructura simple, el riel guía se puede usar como conductor secundario, adecuado para movimiento alternativo lineal; rendimiento servo de alta velocidad, alto factor de potencia y eficiencia, el rendimiento de velocidad constante es excelente).