Думата серво идва от гръцката дума за роб. „Серво мотор“ може да се разбира като двигател, който абсолютно се подчинява на командата на управляващия сигнал: преди да бъде изпратен управляващият сигнал, роторът е неподвижен; Когато се изпрати управляващ сигнал, роторът се завърта незабавно; При загуба на управляващия сигнал роторът може да спре незабавно.
Серво моторът е микромотор, използван като задвижващ механизъм в устройство за автоматично управление, чиято функция е да преобразува електрическите сигнали в ъглово изместване или ъглова скорост на въртящия се вал. Серво моторът, известен също като изпълнителен двигател, се използва като изпълнителен елемент в автоматичната система за управление за преобразуване на получения електрически сигнал в ъглово изместване или изходна ъглова скорост на вала на двигателя.
Класификация на серводвигателите
Серво моторът е разделен на AC серво и DC серво две категории.
Основната структура на AC серво мотора е подобна на тази на AC индукционния двигател (асинхронен двигател). Две възбуждащи намотки Wf и управляващи намотки WcoWf с 90 градуса фазово разместване на статора са свързани с постоянно променливо напрежение. Целта за контролиране на работата на двигателя се постига чрез използване на промяната на AC напрежението или фазата, приложена към Wc. AC серво моторът има характеристиките на стабилна работа, добра управляемост, бърза реакция, висока чувствителност и строг индекс на нелинейност на механичните характеристики и регулиращите характеристики (съответно по-малко от 10 процента ~ 15 процента и по-малко от 15 процента ~ 25 процента).
Предимства и недостатъци на DC серво мотор
Предимства: прецизен контрол на скоростта, характеристиките на скоростта на въртящия момент са много твърди, прост принцип на управление, лесен за използване, ниска цена.
Недостатъци: обръщане на четката, ограничение на скоростта, допълнително съпротивление, частици от износване (не е подходящо за експлозивна среда без прах).
Основната структура на DC серво мотора е подобна на тази на общия DC двигател. Скорост на двигателя n=E/K1j=(Ua-iara)/K1j, където E е обратната електродвижеща сила на котвата, K е константа, j е магнитен поток на полюс, Ua и Ia са напрежението на котвата и арматурен ток, Ra е арматурно съпротивление, промяна на Ua или промяна на φ, може да контролира скоростта на DC серво мотора, но обикновено използва метода за контролиране на напрежението на котвата. В DC сервомотор с постоянен магнит намотката на полето се заменя с постоянен магнит и магнитният поток φ е постоянен. DC серво мотор има добри характеристики на линейно регулиране и бърза времева реакция.
Предимствата и недостатъците на AC серво мотора
Предимства: Добри характеристики за контрол на скоростта, плавен контрол може да се постигне в цялата скоростна зона, почти без колебания, повече от 90 процента висока ефективност, по-малко топлина, високоскоростен контрол, високо прецизен контрол на позицията (в зависимост от точността на енкодера), номинална работа площ, може да постигне постоянен въртящ момент, ниска инерция, нисък шум, без износване на четки, без поддръжка (подходящ за среда без прах, експлозивна среда).
Недостатъци: Управлението е по-сложно и параметрите на драйвера трябва да се коригират на място, за да се определят PID параметрите, което изисква повече окабеляване.
DC серво моторите се разделят на безчеткови и безчеткови двигатели.
Двигателят с четка има предимствата на ниска цена, проста структура, голям начален въртящ момент, широк диапазон на регулиране на скоростта, лесен контрол, необходимост от поддръжка, но удобна поддръжка (въглеродна четка), електромагнитни смущения, изисквания за използване на околната среда, обикновено използвани за чувствителни към разходите общи индустриални и граждански случаи.
Безчетков двигател с малък обем, леко тегло, голяма изходна реакция, висока скорост, малка инерция, въртящ момент, стабилно въртене, плавно въртене, комплексно управление, интелигентен, гъвкав режим на електронна комутация, комутация с квадратна вълна или синусоида, двигател без поддръжка, висока ефективност и спестяване на енергия, електромагнитно излъчване, ниско покачване на температурата, дълъг живот, подходящ за всякакъв вид среда.
AC серво моторът също е безчетков двигател, разделен на синхронен и асинхронен двигател, синхронният двигател обикновено се използва в управлението на движението в момента, диапазонът му на мощност е голям, мощността може да бъде много голяма, голяма инерция, най-високата скорост е ниска, скоростта намалява равномерно с увеличаване на мощността, подходящ за ниска скорост и гладка работа
Роторът вътре в серво мотора е постоянен магнит, а драйверът контролира U/V/W трифазното електричество, за да образува електромагнитно поле. Роторът се върти под действието на това магнитно поле. В същото време енкодерът на двигателя изпраща сигнали за обратна връзка към драйвера и сравнява стойността на обратната връзка с целевата стойност, така че да регулира ъгъла на въртене на ротора.
Q
Каква е разликата в производителността между AC серво мотор и безчетков DC серво мотор?
A
Производителността на AC серво мотора е по-добра, тъй като AC серво е синусоидално управление, пулсациите на въртящия момент са малки; А безчетковият DC серво управлява трапецовидна вълна. Но безчетковият DC серво контрол е по-прост и по-евтин.
Бързото развитие на технологията за AC серво задвижване с постоянен магнит прави DC серво системата изправена пред кризата на елиминирането [/p][p= 30,2, ляво] От 1980 г., с развитието на интегралните схеми, силовата електроника технология и AC технология за задвижване с променлива скорост, технологията за AC серво задвижване с постоянен магнит направи изключително развитие. Известни производители на електрическа техника представиха нови продукти от серията AC серво мотори и серво задвижвания. AC серво системата се превърна в основна посока на развитие на съвременната високопроизводителна серво система, което прави DC серво системата изправена пред кризата да бъде елиминирана.
В сравнение с DC серво мотор, AC серво мотор с постоянен магнит има следните предимства:
(1) Без четка и комутатор, по-надеждна работа, без поддръжка.
(2) Нагряването на намотката на статора е значително намалено.
(3) Инерцията е малка и системата има добра бърза реакция.
(4) Работното състояние с висока скорост и голям въртящ момент е добро.
(5) Малък обем и леко тегло при същата мощност.
Принцип на сервомотор
Структурата на статора на променливотоков серво мотор е основно подобна на тази на кондензаторния асинхронен двигател с разделена фаза. Статорът е оборудван с две намотки с разлика в позицията от 90 градуса, едната е възбуждащата намотка Rf, която винаги е свързана към променливотоковото напрежение Uf; Другата е управляващата намотка L, свързана към напрежението на управляващия сигнал Uc. Така серво моторът с променлив ток се нарича още два серво мотора.
Роторът на променливотоковия серво мотор обикновено е направен от тип клетка на катерица, но за да може серво моторът да има широк диапазон на скоростта, линейни механични характеристики, без феномен на "въртене" и бърза реакция, в сравнение с обикновения двигател, той трябва да има голямо съпротивление на ротора и малък инерционен момент на тези две характеристики. Понастоящем има два типа широко използвани роторни структури: единият е ротор с катерица с водеща греда с високо съпротивление, изработена от проводящ материал с високо съпротивление. За да се намали инерционният момент на ротора, роторът е направен тънък; Другият е изработен от алуминиева сплав с кух ротор с чаша, стената на чашата е само 0.2-0.3 mm, роторът с куха чаша има малък инерционен момент, бърза реакция и плавна работа, така че е широко разпространен използвани.
Когато променливотоковият серво мотор няма управляващо напрежение, статорът има само пулсиращо магнитно поле, генерирано от възбудителната намотка, а роторът е неподвижен. Когато има управляващо напрежение, статорът ще генерира въртящо се магнитно поле, роторът по посока на въртене на въртящото се магнитно поле, в случай на постоянно натоварване, скоростта на двигателя с размера на управляващото напрежение се променя, когато фазата на управляващото напрежение е противоположен, серво моторът ще се обърне.
Въпреки че принципът на работа на AC сервомотора е подобен на този на кондензатор, работещ с еднофазен асинхронен двигател, съпротивлението на ротора на първия е много по-голямо от това на последния. Следователно, в сравнение с кондензатора, работещ с асинхронен двигател, серво моторът има две важни характеристики:
1. Голям начален въртящ момент: тъй като съпротивлението на ротора е голямо, характеристиките на въртящия момент (механичните характеристики) са по-близки до линейните и има голям начален въртящ момент. Следователно, когато статорът има управляващо напрежение, роторът се върти незабавно, тоест има характеристиките на бързо стартиране и висока чувствителност.
2. Широк работен диапазон: гладка работа, нисък шум. [/p][p=30, 2, ляво]3, липса на въртене: серво моторът работи, докато управляващото напрежение се загуби, моторът ще спре да работи незабавно.
Микро специален мотор с прецизно задвижване
"Прецизен задвижващ микро специален мотор" може бързо и правилно да изпълнява често променящи се инструкции в системата, да задвижва серво механизма, за да завърши очакваната работа на инструкциите, повечето от които могат да отговорят на следните изисквания:
1. Може често да стартира, спира, спира, заден ход и работа с ниска скорост и висока механична якост, висока степен на устойчивост на топлина, висока степен на изолация.
2. Добра бърза реакция, голям въртящ момент, малък инерционен момент, малка времеконстанта.
3. Със задвижване и контролер (като серво мотор, стъпков двигател), добро управление.
4. Висока надеждност и прецизност.
Категориите микромотори с прецизно задвижване и тяхната структура и производителност се сравняват, както следва:
AC серво мотор
(1) Двуфазен AC серво мотор с клетка (тънък ротор с клетка, приблизително линейни механични характеристики, малък обем и ток на възбуждане, серво с ниска мощност, работата при ниска скорост не е гладка).
(2) Двуфазен променливотоков серво мотор с немагнитен чашков ротор (кух чашков ротор, приблизително линейни механични характеристики, голям обем и ток на възбуждане, нискомощно серво, гладко движение при ниска скорост).
(3) Двуфазен променливотоков серво мотор с феромагнитен чашкообразен ротор (феромагнитен чашкообразен ротор с приблизително линейни механични характеристики, голям инерционен момент на ротора, ефект на малък зъбец и стабилна работа).
(4) синхронен променливотоков серво мотор с постоянен магнит (състоящ се от синхронен двигател с постоянен магнит, машина за измерване на скоростта и коаксиален елемент за откриване на позиция, статорът е 3-фазен или 2-фазен, ротор от магнитен материал, трябва да бъде оборудван с драйвер; широк диапазон на скоростта, механични характеристики чрез зона с постоянен въртящ момент и зона с постоянна мощност, непрекъснато запушване, бързата съответстваща производителност е добра, голяма изходна мощност, малка флуктуация на въртящия момент; задвижване с квадратна вълна и задвижване със синусоида по два начина, добра производителност на управление, за продукти за електромеханична интеграция).
(5) асинхронен трифазен променливотоков серво мотор (асинхронен двигател с ротор и клетка, подобен, трябва да бъде оборудван с драйвер, векторно управление, разширяване на обхвата за управление на постоянната мощност на скоростта, използван най-вече за система за контрол на скоростта на шпиндела на машинния инструмент).
DC серво мотор
(1) DC серво мотор с печатна намотка (ротор с форма на диск, статор с форма на диск, аксиално свързана цилиндрична магнитна стомана, малък инерционен момент на ротора, без ефект на процеп, без ефект на насищане, голям изходен въртящ момент).
(2) навит с тел DC серво мотор (дисковидният ротор и статор са аксиално свързани с цилиндрична магнитна стомана, инерционният момент на ротора е малък, производителността на управление е по-добра от другите DC серво мотори, висока ефективност, голям изходен въртящ момент).
(3) DC двигател с постоянен магнит с арматура тип чаша (кух ротор с чаша, малка инерция на ротора, подходящ за сервосистема с инкрементално движение).
(4) безчетков DC серво мотор (статорът е многофазна намотка, роторът е постоянен магнит, сензор за положение на ротора, без смущения от искри, дълъг живот, нисък шум).
Моментен двигател
(1) DC въртящ момент (плоска структура, брой полюси, брой слотове, брой реверсивни плочи, брой серийни проводници; Голям изходен въртящ момент, непрекъсната работа при ниска скорост или блокирано въртене, добри механични и регулаторни характеристики, малко електромеханично време постоянен).
(2) безчетков DC мотор с въртящ момент (подобна на безчеткова DC серво моторна структура, но плоска, броят на полюсите и слотовете, броят на серийните проводници; голям изходен въртящ момент, добри механични и регулиращи характеристики, дълъг живот, без искра, нисък шум).
(3) Двигател с променлив въртящ момент тип клетка (ротор тип клетка, плоска структура, повече полюсни слотове, голям начален въртящ момент, малка електромеханична времеконстанта, може да работи дълго време, меки механични характеристики).
(4) Двигател с променлив въртящ момент с твърд ротор (твърд ротор от феромагнитен материал, плоска структура, брой полюси и слотове, може да бъде блокиран за дълго време, гладка работа, меки механични характеристики).
Стъпков мотор
(1) Реактивен стъпков двигател (роторът на статора е направен от силициева стоманена ламарина, сърцевината на ротора няма намотка, статорът има управляваща намотка; малък ъгъл на стъпка, висока начална и работна честота, ниска точност на ъгъла на стъпка, без самозаключващ се момент).
(2) стъпков двигател с постоянен магнит (ротор с постоянен магнит, полярност на радиално намагнитване; ъгълът на стъпка е голям, началната и работната честота е ниска, въртящият момент се поддържа, консумацията на енергия е по-малка от формулата за реакция, но положителните и отрицателните трябва да се осигури импулсен ток.
(3) хибриден стъпков двигател (ротор с постоянен магнит, полярност на аксиалното намагнитване; висока прецизност на ъгъла на стъпка, запазване на въртящия момент, малък входен ток, предимства както на реакционния тип, така и на постоянния магнит).
Двигател с превключвателно съпротивление (фиксираният ротор е изработен от силициева стоманена ламарина, тип изпъкнал полюс и номерът на полюсите, близък до разстоянието на стъпката, структурата на стъпковия двигател е подобна, със сензор за положение на ротора, посоката на въртящия момент е независима от посоката на тока, обхватът на скоростта е малък, силен шум, механични характеристики чрез област с постоянен въртящ момент, област с постоянна мощност, сериен характерен регион от три части).
Линеен двигател (проста структура, водеща релса може да се използва като вторичен проводник, подходящ за линейно възвратно-постъпателно движение; Високоскоростна серво производителност, висок фактор на мощността и ефективност, производителността при постоянна скорост е отлична).