Grundkenntnisse über Servomotoren

Grundkenntnisse über Servomotoren

Das Wort „Servo“ kommt vom griechischen Wort „Sklave“. Unter „Servomotor“ kann ein Motor verstanden werden, der dem Befehl des Steuersignals absolut gehorcht: Bevor das Steuersignal gesendet wird, steht der Rotor still; wenn das Steuersignal gesendet wird, dreht sich der Rotor sofort; Wenn das Steuersignal verschwindet, kann der Rotor sofort stoppen.

Der Servomotor ist ein Mikromotor, der als Aktuator in einem automatischen Steuergerät verwendet wird. Seine Funktion besteht darin, ein elektrisches Signal in eine Winkelverschiebung oder Winkelgeschwindigkeit einer rotierenden Welle umzuwandeln.

Servomotoren werden in zwei Kategorien unterteilt: AC-Servo und DC-Servo

Der Grundaufbau eines AC-Servomotors ähnelt dem eines AC-Induktionsmotors (Asynchronmotor). Es gibt zwei Erregerwicklungen Wf und Steuerwicklungen WcoWf mit einer Phasenraumverschiebung von 90° elektrischen Winkel auf dem Stator, die an eine konstante Wechselspannung angeschlossen sind und die an Wc angelegte Wechselspannung oder Phasenänderung nutzen, um den Zweck der Betriebssteuerung zu erreichen des Motors. Der AC-Servomotor zeichnet sich durch stabilen Betrieb, gute Steuerbarkeit, schnelle Reaktion, hohe Empfindlichkeit und strenge Nichtlinearitätsindikatoren für mechanische Eigenschaften und Einstelleigenschaften aus (muss weniger als 10 % bis 15 % und weniger als 15 % bis 25 % betragen). jeweils).

Der Grundaufbau eines Gleichstrom-Servomotors ähnelt dem eines allgemeinen Gleichstrommotors. Motordrehzahl n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j, wobei E die elektromotorische Gegenkraft des Ankers ist, K eine Konstante ist, j der Magnetfluss pro Pol ist, Ua, Ia die Ankerspannung und der Ankerstrom Ra sind Der Ankerwiderstand, die Änderung von Ua oder die Änderung von φ können die Geschwindigkeit des Gleichstrom-Servomotors steuern, im Allgemeinen wird jedoch die Methode zur Steuerung der Ankerspannung verwendet. Beim Permanentmagnet-Gleichstromservomotor wird die Erregerwicklung durch einen Permanentmagneten ersetzt und der magnetische Fluss φ ist konstant. . Der Gleichstrom-Servomotor verfügt über gute lineare Regelungseigenschaften und eine schnelle Reaktionszeit.

Vor- und Nachteile von DC-Servomotoren

Vorteile: Präzise Drehzahlregelung, harte Drehmoment- und Drehzahlkennlinien, einfaches Regelprinzip, einfache Bedienung und günstiger Preis.

Nachteile: Bürstenkommutierung, Geschwindigkeitsbegrenzung, zusätzlicher Widerstand und Verschleißpartikel (nicht geeignet für staubfreie und explosionsgefährdete Umgebungen)

Vor- und Nachteile des AC-Servomotors

Vorteile: gute Drehzahlregeleigenschaften, gleichmäßige Regelung im gesamten Drehzahlbereich, nahezu keine Schwingungen, hoher Wirkungsgrad über 90 %, geringere Wärmeentwicklung, Hochgeschwindigkeitsregelung, hochpräzise Positionsregelung (abhängig von der Encodergenauigkeit), Nennbetriebsbereich Im Inneren kann ein konstantes Drehmoment erreicht werden, geringe Trägheit, geringe Geräuschentwicklung, kein Bürstenverschleiß, wartungsfrei (geeignet für staubfreie, explosionsgefährdete Umgebungen)

Nachteile: Die Steuerung ist komplizierter, die Antriebsparameter müssen vor Ort angepasst werden, um die PID-Parameter zu ermitteln, und es sind mehr Anschlüsse erforderlich.

DC-Servomotoren werden in bürstenbehaftete und bürstenlose Motoren unterteilt

Bürstenmotoren sind kostengünstig, einfach im Aufbau, haben ein großes Anlaufdrehmoment, einen breiten Drehzahlregelbereich, sind leicht zu steuern, erfordern Wartung, sind aber leicht zu warten (Kohlebürste austauschen), erzeugen elektromagnetische Störungen und stellen Anforderungen an die Einsatzumgebung. und werden in der Regel für kostensensible allgemeine industrielle und zivile Anlässe eingesetzt.

Bürstenlose Motoren sind klein und leicht, haben eine hohe Leistung und eine schnelle Reaktion, eine hohe Geschwindigkeit und eine geringe Trägheit, ein stabiles Drehmoment und eine sanfte Drehung, eine komplexe Steuerung, sind intelligent, flexibel im elektronischen Kommutierungsmodus und können kommutiert werden in Rechteck- oder Sinuswelle, wartungsfreier Motor, hoher Wirkungsgrad und Energieeinsparung, geringe elektromagnetische Strahlung, geringer Temperaturanstieg und lange Lebensdauer, geeignet für verschiedene Umgebungen.

AC-Servomotoren sind ebenfalls bürstenlose Motoren, die in Synchron- und Asynchronmotoren unterteilt werden. Derzeit werden in der Bewegungssteuerung überwiegend Synchronmotoren eingesetzt. Der Leistungsbereich ist groß, die Leistung kann groß sein, die Trägheit ist groß, die Höchstgeschwindigkeit ist niedrig und die Geschwindigkeit nimmt mit zunehmender Leistung zu. Abstieg mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, geeignet für Gelegenheiten mit niedriger Geschwindigkeit und ruhigem Lauf.

Der Rotor im Servomotor ist ein Permanentmagnet. Der Treiber steuert den dreiphasigen U/V/W-Strom, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Unter der Wirkung dieses Magnetfeldes dreht sich der Rotor. Gleichzeitig übermittelt der mit dem Motor gelieferte Encoder das Rückmeldungssignal an den Treiber. Die Werte werden verglichen, um den Winkel der Rotordrehung anzupassen. Die Genauigkeit des Servomotors hängt von der Genauigkeit des Encoders (Anzahl der Zeilen) ab.

Was ist ein Servomotor? Wie viele Arten gibt es? Was sind die Arbeitseigenschaften?

Antwort: Der Servomotor, auch Executive-Motor genannt, wird als Aktuator im automatischen Steuersystem verwendet, um das empfangene elektrische Signal in eine Winkelverschiebung oder Winkelgeschwindigkeit umzuwandeln, die an der Motorwelle ausgegeben wird.

Servomotoren werden in zwei Kategorien unterteilt: DC- und AC-Servomotoren. Ihre Hauptmerkmale bestehen darin, dass bei einer Signalspannung von Null keine Eigenrotation stattfindet und die Drehzahl mit zunehmendem Drehmoment gleichmäßig abnimmt.

Was ist der Leistungsunterschied zwischen einem AC-Servomotor und einem bürstenlosen DC-Servomotor?

Antwort: Die Leistung des AC-Servomotors ist besser, da der AC-Servo durch eine Sinuswelle gesteuert wird und die Drehmomentwelligkeit gering ist; während der bürstenlose DC-Servo durch eine trapezförmige Welle gesteuert wird. Die bürstenlose DC-Servosteuerung ist jedoch relativ einfach und kostengünstig.

Die rasante Entwicklung der Permanentmagnet-AC-Servoantriebstechnologie hat dazu geführt, dass das DC-Servosystem vor der Krise steht, abgeschafft zu werden. Mit der Entwicklung der Technologie hat die Permanentmagnet-AC-Servoantriebstechnologie eine herausragende Entwicklung erreicht, und namhafte Elektrohersteller in verschiedenen Ländern haben kontinuierlich neue Serien von AC-Servomotoren und Servoantrieben auf den Markt gebracht. Das AC-Servosystem ist zur Hauptentwicklungsrichtung des modernen Hochleistungsservosystems geworden, wodurch das DC-Servosystem vor der Krise steht, beseitigt zu werden.

Im Vergleich zu DC-Servomotoren bieten Permanentmagnet-AC-Servomotoren die folgenden Hauptvorteile:

⑴Ohne Bürste und Kommutator ist der Betrieb zuverlässiger und wartungsfrei.

(2) Die Erwärmung der Statorwicklung wird stark reduziert.

⑶ Die Trägheit ist gering und das System reagiert gut und schnell.

⑷ Der Arbeitszustand bei hoher Geschwindigkeit und hohem Drehmoment ist gut.

⑸Kleine Größe und geringes Gewicht bei gleicher Leistung.

Servomotorprinzip

Der Aufbau des Stators des AC-Servomotors ähnelt grundsätzlich dem des einphasigen Kondensator-Split-Phase-Asynchronmotors. Der Stator ist mit zwei Wicklungen mit einer gegenseitigen Differenz von 90° ausgestattet, eine davon ist die Erregerwicklung Rf, die immer an die Wechselspannung Uf angeschlossen ist; die andere ist die Steuerwicklung L, die mit der Steuersignalspannung Uc verbunden ist. Daher wird der AC-Servomotor auch als zwei Servomotoren bezeichnet.

Der Rotor des AC-Servomotors besteht normalerweise aus einem Käfigläufer. Damit der Servomotor jedoch im Vergleich zu gewöhnlichen Motoren einen großen Drehzahlbereich, lineare mechanische Eigenschaften, kein „Autorotations“-Phänomen und eine schnelle Reaktionsleistung aufweist, sollte dies der Fall sein Der Rotorwiderstand ist groß und das Trägheitsmoment klein. Derzeit gibt es zwei Arten von Rotorstrukturen, die weit verbreitet sind: Die eine ist der Käfigläufer mit hochohmigen Führungsstäben aus hochohmigen leitfähigen Materialien. Um das Trägheitsmoment des Rotors zu verringern, wird der Rotor schlanker ausgeführt; Der andere ist ein hohlbecherförmiger Rotor aus einer Aluminiumlegierung, die Becherwand beträgt nur 0,2 bis 0,3 mm, das Trägheitsmoment des hohlbecherförmigen Rotors ist gering, die Reaktion ist schnell und der Betrieb ist stabil. daher ist es weit verbreitet.

Wenn der AC-Servomotor keine Steuerspannung hat, gibt es nur das pulsierende Magnetfeld, das von der Erregerwicklung im Stator erzeugt wird, und der Rotor steht still. Bei Anlegen einer Steuerspannung wird im Stator ein rotierendes Magnetfeld erzeugt und der Rotor dreht sich in Richtung des rotierenden Magnetfeldes. Bei konstanter Last ändert sich die Drehzahl des Motors mit der Höhe der Steuerspannung. Wenn die Phase der Steuerspannung entgegengesetzt ist, wird der Servomotor umgekehrt.

Obwohl das Funktionsprinzip des AC-Servomotors dem des kondensatorbetriebenen einphasigen Asynchronmotors ähnelt, ist der Rotorwiderstand des ersteren viel größer als der des letzteren. Daher weist der Servomotor im Vergleich zum kondensatorbetriebenen Asynchronmotor drei herausragende Merkmale auf:

1. Großes Anlaufdrehmoment: Aufgrund des großen Rotorwiderstands ist die Drehmomentkennlinie (mechanische Kennlinie) näher an der Linearität und weist ein größeres Anlaufdrehmoment auf. Wenn der Stator daher eine Steuerspannung hat, dreht sich der Rotor sofort, was die Eigenschaften eines schnellen Starts und einer hohen Empfindlichkeit aufweist.

2. Großer Betriebsbereich: stabiler Betrieb und geringe Geräuschentwicklung. [/p][p=30, 2, links] 3. Kein Selbstrotationsphänomen: Wenn der in Betrieb befindliche Servomotor die Steuerspannung verliert, stoppt der Motor sofort.

Was ist ein „Präzisionsgetriebe-Mikromotor“?

„Präzisionsübertragungs-Mikromotoren“ können sich häufig ändernde Anweisungen im System schnell und korrekt ausführen und den Servomechanismus antreiben, um die von der Anweisung erwartete Arbeit auszuführen. Die meisten von ihnen können die folgenden Anforderungen erfüllen:

1. Es kann häufig starten, stoppen, bremsen, rückwärts fahren und mit niedriger Geschwindigkeit laufen und weist eine hohe mechanische Festigkeit, eine hohe Wärmebeständigkeit und ein hohes Isolationsniveau auf.

2. Gute schnelle Reaktionsfähigkeit, großes Drehmoment, kleines Trägheitsmoment und kleine Zeitkonstante.

3. Mit Treiber und Controller (z. B. Servomotor, Schrittmotor) ist die Steuerungsleistung gut.

4. Hohe Zuverlässigkeit und hohe Präzision.

Die Kategorie, Struktur und Leistung des „Präzisionsgetriebe-Mikromotors“

AC-Servomotor

(1) Zweiphasen-Wechselstrom-Servomotor vom Käfigtyp (schlanker Käfigrotor, annähernd lineare mechanische Eigenschaften, kleines Volumen und Erregerstrom, Servo mit geringer Leistung, Betrieb bei niedriger Geschwindigkeit ist nicht gleichmäßig)

(2) Nichtmagnetischer Zweiphasen-Wechselstrom-Servomotor mit Becherrotor (kernloser Rotor, nahezu lineare mechanische Eigenschaften, großes Volumen und Erregerstrom, kleiner Servomotor, reibungsloser Betrieb bei niedriger Drehzahl)

(3) Zweiphasen-Wechselstrom-Servomotor mit ferromagnetischem Becherrotor (Becherrotor aus ferromagnetischem Material, nahezu lineare mechanische Eigenschaften, großes Trägheitsmoment des Rotors, geringer Rasteffekt, stabiler Betrieb)

(4) Synchroner Permanentmagnet-AC-Servomotor (eine koaxiale integrierte Einheit, bestehend aus einem Permanentmagnet-Synchronmotor, einem Drehzahlmesser und einem Positionserkennungselement, der Stator ist dreiphasig oder zweiphasig und der Rotor aus magnetischem Material muss ausgestattet sein ein Antrieb; der Drehzahlbereich ist breit und die mechanischen Eigenschaften bestehen aus einem Bereich mit konstantem Drehmoment und einem Bereich mit konstanter Leistung, die kontinuierlich gesperrt werden können, mit guter schneller Reaktionsleistung, großer Ausgangsleistung und kleinen Drehmomentschwankungen Rechteckantrieb und Sinuswelle Antrieb, gute Regelleistung und eine elektromechanische Integration chemischer Produkte)

(5) Asynchroner dreiphasiger AC-Servomotor (der Rotor ähnelt dem Käfig-Asynchronmotor und muss mit einem Treiber ausgestattet sein. Er übernimmt die Vektorsteuerung und erweitert den Bereich der Drehzahlregelung mit konstanter Leistung. Er wird hauptsächlich in verwendet Drehzahlregelsysteme für Werkzeugmaschinen)

DC-Servomotor

(1) Gleichstromservomotor mit gedruckter Wicklung (Scheibenrotor und Scheibenstator sind axial mit zylindrischem Magnetstahl verbunden, das Trägheitsmoment des Rotors ist gering, es gibt keinen Rasteffekt, keinen Sättigungseffekt und das Ausgangsdrehmoment ist groß)

(2) Drahtgewickelter DC-Servomotor vom Scheibentyp (Scheibenrotor und Stator sind axial mit zylindrischem Magnetstahl verbunden, das Trägheitsmoment des Rotors ist gering, die Steuerleistung ist besser als bei anderen DC-Servomotoren, der Wirkungsgrad ist hoch und die Ausgangsdrehmoment ist groß)

(3) Permanentmagnet-Gleichstrommotor mit Topfanker (kernloser Rotor, kleines Rotorträgheitsmoment, geeignet für Inkrementalbewegungsservosystem)

(4) Bürstenloser Gleichstrom-Servomotor (der Stator ist eine Mehrphasenwicklung, der Rotor ist ein Permanentmagnet, mit Rotorpositionssensor, keine Funkenstörung, lange Lebensdauer, geräuscharm)

Drehmomentmotor

(1) Gleichstrom-Drehmomentmotor (flache Struktur, Anzahl der Pole, Anzahl der Schlitze, Anzahl der Kommutierungsteile, Anzahl der Reihenleiter; großes Ausgangsdrehmoment, kontinuierlicher Betrieb bei niedriger Drehzahl oder Stillstand, gute mechanische Eigenschaften und Anpassungseigenschaften, kleine elektromechanische Zeitkonstante )

(2) Bürstenloser Gleichstrom-Torquemotor (ähnlich im Aufbau wie ein bürstenloser Gleichstrom-Servomotor, aber flach, mit vielen Polen, Schlitzen und Reihenleitern; großes Ausgangsdrehmoment, gute mechanische und Einstelleigenschaften, lange Lebensdauer, keine Funken, keine Geräusche. Gering)

(3) Wechselstrom-Drehmomentmotor vom Käfigtyp (Käfigläufer, flache Struktur, große Anzahl von Polen und Schlitzen, großes Anlaufdrehmoment, kleine elektromechanische Zeitkonstante, langfristiger Betrieb mit blockiertem Rotor und weiche mechanische Eigenschaften)

(4) AC-Torquemotor mit Vollrotor (Vollrotor aus ferromagnetischem Material, flache Struktur, große Anzahl von Polen und Schlitzen, langfristig blockierter Rotor, reibungsloser Betrieb, weiche mechanische Eigenschaften)

Schrittmotor

(1) Reaktiver Schrittmotor (Stator und Rotor bestehen aus Siliziumstahlblechen, es gibt keine Wicklung auf dem Rotorkern und es gibt eine Steuerwicklung auf dem Stator; der Schrittwinkel ist klein, die Start- und Lauffrequenz ist hoch , die Schrittwinkelgenauigkeit ist gering und es gibt kein selbsthemmendes Drehmoment)

(2) Permanentmagnet-Schrittmotor (Permanentmagnetrotor, radiale Magnetisierungspolarität; großer Schrittwinkel, niedrige Start- und Betriebsfrequenz, Haltemoment und geringerer Stromverbrauch als der reaktive Typ, aber positive und negative Impulse sind erforderlich)

(3) Hybrid-Schrittmotor (Permanentmagnetrotor, axiale Magnetisierungspolarität; hohe Schrittwinkelgenauigkeit, Haltemoment, kleiner Eingangsstrom, sowohl Blind- als auch Permanentmagnet).