Podstawowa wiedza na temat silników serwo

Podstawowa wiedza na temat silników serwo

Słowo „serwo” pochodzi od greckiego słowa „slave”. Przez „serwosilnik” można rozumieć silnik, który bezwzględnie wykonuje polecenie sygnału sterującego: przed wysłaniem sygnału sterującego wirnik stoi nieruchomo; po wysłaniu sygnału sterującego wirnik natychmiast się obraca; gdy sygnał sterujący zaniknie, wirnik może natychmiast się zatrzymać.

Serwomotor to mikrosilnik używany jako siłownik w automatycznym urządzeniu sterującym. Jego funkcją jest przetwarzanie sygnału elektrycznego na przemieszczenie kątowe lub prędkość kątową obracającego się wału.

Silniki serwo dzielą się na dwie kategorie: serwo AC i serwo DC

Podstawowa konstrukcja serwosilnika prądu przemiennego jest podobna do konstrukcji silnika indukcyjnego prądu przemiennego (silnika asynchronicznego). Istnieją dwa uzwojenia wzbudzenia Wf i uzwojenia sterujące WcoWf z przesunięciem przestrzeni fazowej o kąt elektryczny 90° na stojanie, podłączone do stałego napięcia prądu przemiennego i wykorzystujące napięcie prądu przemiennego lub zmianę fazy przyłożone do Wc do osiągnięcia celu sterowania pracą silnika. Serwosilnik prądu przemiennego charakteryzuje się stabilną pracą, dobrą sterowalnością, szybką reakcją, wysoką czułością i ścisłymi nieliniowymi wskaźnikami właściwości mechanicznych i charakterystyk regulacji (wymagane mniej niż 10% do 15% i mniej niż 15% do 25% odpowiednio).

Podstawowa konstrukcja serwomotoru prądu stałego jest podobna do konstrukcji ogólnego silnika prądu stałego. Prędkość silnika n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j, gdzie E to siła elektromotoryczna licznika twornika, K to stała, j to strumień magnetyczny na biegun, Ua, Ia to napięcie i prąd twornika, Ra to Rezystancja twornika, zmiana Ua lub zmiana φ może kontrolować prędkość serwosilnika prądu stałego, ale ogólnie stosowana jest metoda kontrolowania napięcia twornika. W serwomotorze prądu stałego z magnesem trwałym uzwojenie wzbudzenia zastępuje się magnesem trwałym, a strumień magnetyczny φ jest stały. . Serwosilnik prądu stałego ma dobrą charakterystykę regulacji liniowej i szybką reakcję czasową.

Zalety i wady serwomotorów prądu stałego

Zalety: Dokładna kontrola prędkości, twardy moment obrotowy i charakterystyka prędkości, prosta zasada sterowania, łatwa obsługa i niska cena.

Wady: komutacja szczotek, ograniczenie prędkości, dodatkowy opór i cząstki zużywające się (nie nadaje się do środowisk wolnych od pyłu i wybuchu)

Zalety i wady serwosilnika prądu przemiennego

Zalety: dobra charakterystyka regulacji prędkości, płynna regulacja w całym zakresie prędkości, prawie brak oscylacji, wysoka sprawność powyżej 90%, mniejsze wytwarzanie ciepła, szybkie sterowanie, wysoka precyzja sterowania położeniem (w zależności od dokładności enkodera), znamionowy obszar roboczy Wewnątrz może osiągnąć stały moment obrotowy, niską bezwładność, niski poziom hałasu, brak zużycia szczotek, bezobsługowy (odpowiedni do środowisk wolnych od pyłu i wybuchu)

Wady: Sterowanie jest bardziej skomplikowane, parametry napędu należy dostosować na miejscu, aby określić parametry PID, wymagana jest także większa liczba połączeń.

Serwosilniki prądu stałego dzielą się na silniki szczotkowe i bezszczotkowe

Silniki szczotkowe są tanie, proste w budowie, duże w momencie rozruchowym, w szerokim zakresie regulacji prędkości, łatwe w sterowaniu, wymagają konserwacji, ale łatwe w utrzymaniu (wymiana szczotki węglowej), generują zakłócenia elektromagnetyczne, mają wymagania dotyczące środowiska użytkowania, i są zwykle używane przy ważnych okazjach przemysłowych i cywilnych, które są wrażliwe na koszty.

Silniki bezszczotkowe są małe i lekkie, mają dużą moc wyjściową i szybką reakcję, dużą prędkość i małą bezwładność, stabilny moment obrotowy i płynne obroty, złożone sterowanie, inteligentne, elastyczne w trybie komutacji elektronicznej, można komutować w fali prostokątnej lub sinusoidalnej, bezobsługowy silnik, wysoka wydajność i oszczędność energii, małe promieniowanie elektromagnetyczne, niski wzrost temperatury i długa żywotność, odpowiednie dla różnych środowisk.

Serwosilniki prądu przemiennego to także silniki bezszczotkowe, które dzielą się na silniki synchroniczne i asynchroniczne. Obecnie w sterowaniu ruchem powszechnie stosowane są silniki synchroniczne. Zakres mocy jest duży, moc może być duża, bezwładność jest duża, maksymalna prędkość jest niska, a prędkość wzrasta wraz ze wzrostem mocy. Jednolite zejście z dużą prędkością, odpowiednie do jazdy z małą prędkością i płynnej jazdy.

Wirnik wewnątrz serwomotoru jest magnesem trwałym. Sterownik steruje trójfazową energią elektryczną U/V/W w celu wytworzenia pola elektromagnetycznego. Wirnik obraca się pod wpływem tego pola magnetycznego. Jednocześnie enkoder dołączony do silnika przesyła sygnał zwrotny do kierowcy. Wartości są porównywane w celu dostosowania kąta obrotu wirnika. Dokładność serwomotoru zależy od dokładności enkodera (liczby linii).

Co to jest serwomotor? Ile jest typów? Jakie są cechy robocze?

Odpowiedź: Serwomotor, zwany także silnikiem wykonawczym, służy jako element wykonawczy w automatycznym systemie sterowania do przetwarzania odbieranego sygnału elektrycznego na sygnał wyjściowy przemieszczenia kątowego lub prędkości kątowej na wale silnika.

Serwosilniki dzielą się na dwie kategorie: serwomotory prądu stałego i prądu przemiennego. Ich główną cechą jest to, że nie następuje samoobrót, gdy napięcie sygnału wynosi zero, a prędkość maleje równomiernie wraz ze wzrostem momentu obrotowego.

Jaka jest różnica w wydajności między serwomotorem prądu przemiennego a bezszczotkowym serwomotorem prądu stałego?

Odpowiedź: Wydajność serwomotoru prądu przemiennego jest lepsza, ponieważ serwosilnik prądu przemiennego jest sterowany falą sinusoidalną, a tętnienie momentu obrotowego jest małe; natomiast bezszczotkowy serwo DC sterowane jest falą trapezową. Ale bezszczotkowe sterowanie serwomechanizmem DC jest stosunkowo proste i tanie.

Szybki rozwój technologii serwonapędów prądu przemiennego z magnesami trwałymi sprawił, że system serwo prądu stałego stanął w obliczu kryzysu i wyeliminowania. Wraz z rozwojem technologii technologia serwonapędów prądu przemiennego z magnesami trwałymi osiągnęła wyjątkowy rozwój, a znani producenci urządzeń elektrycznych w różnych krajach stale wprowadzają na rynek nowe serie serwomotorów i serwonapędów prądu przemiennego. Serwonapęd AC stał się głównym kierunkiem rozwoju współczesnego serwomechanizmu o dużej wydajności, co sprawia, że ​​serwomechanizm prądu stałego stoi w obliczu kryzysu eliminacji.

W porównaniu z serwomotorami prądu stałego, serwosilniki prądu przemiennego z magnesami trwałymi mają następujące główne zalety:

⑴Bez szczotki i komutatora działanie jest bardziej niezawodne i bezobsługowe.

(2) Nagrzewanie uzwojenia stojana jest znacznie zmniejszone.

⑶ Bezwładność jest niewielka, a system charakteryzuje się dobrą szybką reakcją.

⑷ Warunki pracy przy dużej prędkości i wysokim momencie obrotowym są dobre.

⑸Mały rozmiar i niewielka waga przy tej samej mocy.

Zasada silnika serwo

Budowa stojana serwosilnika prądu przemiennego jest w zasadzie podobna do konstrukcji stojana jednofazowego silnika asynchronicznego dwufazowego z kondensatorem. Stojan jest wyposażony w dwa uzwojenia o różnicy wzajemnych 90°, jedno to uzwojenie wzbudzenia Rf, które jest zawsze połączone z napięciem przemiennym Uf; drugie to uzwojenie sterujące L, które jest podłączone do napięcia sygnału sterującego Uc. Dlatego serwosilnik prądu przemiennego nazywany jest również dwoma serwomotorami.

Wirnik serwomotoru prądu przemiennego jest zwykle wykonany w formie klatki wiewiórkowej, ale aby serwomotor miał szeroki zakres prędkości, liniowe właściwości mechaniczne, brak zjawiska „autorotacji” i szybką reakcję w porównaniu ze zwykłymi silnikami, powinien mają Opór wirnika jest duży, a moment bezwładności mały. Obecnie powszechnie stosowane są dwa typy konstrukcji wirników: jeden to wirnik klatkowy z prowadnicami o wysokiej rezystancji, wykonanymi z materiałów przewodzących o wysokiej rezystancji. Aby zmniejszyć moment bezwładności wirnika, wirnik jest smukły; drugi to wydrążony wirnik w kształcie miseczki wykonany ze stopu aluminium, ścianka misy ma tylko 0,2-0,3 mm, moment bezwładności wydrążonego wirnika w kształcie miseczki jest mały, reakcja jest szybka, a praca jest stabilna, więc jest szeroko stosowany.

Gdy serwomotor prądu przemiennego nie ma napięcia sterującego, występuje jedynie pulsujące pole magnetyczne generowane przez uzwojenie wzbudzenia w stojanie, a wirnik jest nieruchomy. Gdy występuje napięcie sterujące, w stojanie generowane jest wirujące pole magnetyczne, a wirnik obraca się w kierunku wirującego pola magnetycznego. Gdy obciążenie jest stałe, prędkość silnika zmienia się wraz z wielkością napięcia sterującego. Gdy faza napięcia sterującego jest przeciwna, serwomotor zostanie odwrócony.

Chociaż zasada działania serwomotoru prądu przemiennego jest podobna do zasady działania jednofazowego silnika asynchronicznego zasilanego kondensatorem, rezystancja wirnika tego pierwszego jest znacznie większa niż drugiego. Dlatego w porównaniu z silnikiem asynchronicznym zasilanym kondensatorem, silnik serwo ma trzy istotne cechy:

1. Duży moment rozruchowy: Ze względu na duży opór wirnika charakterystyka momentu obrotowego (charakterystyka mechaniczna) jest bliższa liniowej i ma większy moment rozruchowy. Dlatego gdy stojan ma napięcie sterujące, wirnik obraca się natychmiast, co charakteryzuje się szybkim rozruchem i dużą czułością.

2. Szeroki zakres działania: stabilna praca i niski poziom hałasu. [/p][p=30, 2, left] 3. Brak zjawiska samoobrotu: Jeżeli pracujący serwomotor straci napięcie sterujące, silnik natychmiast się zatrzyma.

Co to jest „mikrosilnik z precyzyjną skrzynią biegów”?

„Mikrosilnik z precyzyjną przekładnią” może szybko i poprawnie wykonać często zmieniające się instrukcje w systemie i napędzać serwomechanizm, aby wykonał pracę oczekiwaną przez instrukcję, a większość z nich może spełnić następujące wymagania:

1. Może uruchamiać, zatrzymywać, hamować, cofać i często pracować z małą prędkością, ma wysoką wytrzymałość mechaniczną, wysoki poziom odporności na ciepło i wysoki poziom izolacji.

2. Dobra zdolność szybkiej reakcji, duży moment obrotowy, mały moment bezwładności i mała stała czasowa.

3. Ze sterownikiem i kontrolerem (takim jak serwomotor, silnik krokowy) wydajność sterowania jest dobra.

4. Wysoka niezawodność i wysoka precyzja.

Kategoria, struktura i działanie „mikrosilnika z precyzyjną skrzynią biegów”

Silnik serwo prądu przemiennego

(1) Dwufazowy serwosilnik klatkowy na prąd przemienny (smukły wirnik klatkowy, w przybliżeniu liniowa charakterystyka mechaniczna, mała objętość i prąd wzbudzenia, serwo o małej mocy, praca przy niskich prędkościach nie jest wystarczająco płynna)

(2) Dwufazowy serwomotor prądu przemiennego z niemagnetycznym wirnikiem miskowym (wirnik bezrdzeniowy, prawie liniowa charakterystyka mechaniczna, duża objętość i prąd wzbudzenia, serwo o małej mocy, płynna praca przy niskiej prędkości)

(3) Dwufazowy serwosilnik prądu przemiennego z ferromagnetycznym wirnikiem miskowym (wirnik kubkowy wykonany z materiału ferromagnetycznego, prawie liniowa charakterystyka mechaniczna, duży moment bezwładności wirnika, mały efekt zazębiania, stabilna praca)

(4) Synchroniczny serwomotor prądu przemiennego z magnesami trwałymi (współosiowo zintegrowana jednostka składająca się z silnika synchronicznego z magnesami trwałymi, obrotomierza i elementu wykrywającego położenie, stojan jest trójfazowy lub dwufazowy, a wirnik z materiału magnetycznego musi być wyposażony w napęd; zakres prędkości jest szeroki, a właściwości mechaniczne obejmują obszar stałego momentu obrotowego i obszar stałej mocy, który można blokować w sposób ciągły, z dobrą szybkością reakcji, dużą mocą wyjściową i małymi wahaniami momentu obrotowego napęd prostokątny i napęd sinusoidalny, dobra wydajność sterowania i produkty chemiczne do integracji elektromechanicznej)

(5) Asynchroniczny trójfazowy silnik serwo prądu przemiennego (wirnik jest podobny do silnika asynchronicznego klatkowego i musi być wyposażony w sterownik. Przyjmuje sterowanie wektorowe i rozszerza zakres regulacji prędkości stałej mocy. Stosowany jest głównie w systemy regulacji prędkości obrotowej wrzeciona obrabiarki)

Serwosilnik prądu stałego

(1) Serwomotor prądu stałego z uzwojeniem drukowanym (wirnik tarczowy i stojan tarczy są połączone osiowo cylindryczną stalą magnetyczną, moment bezwładności wirnika jest mały, nie ma efektu zazębienia, nie ma efektu nasycenia, a wyjściowy moment obrotowy jest duży)

(2) Serwomotor prądu stałego z uzwojeniem drutowym (wirnik i stojan są połączone osiowo cylindryczną stalą magnetyczną, moment bezwładności wirnika jest mały, wydajność sterowania jest lepsza niż w przypadku innych serwomotorów prądu stałego, wydajność jest wysoka, a wyjściowy moment obrotowy jest duży)

(3) Silnik prądu stałego z magnesem trwałym z twornikiem kubkowym (wirnik bezrdzeniowy, mały moment bezwładności wirnika, odpowiedni do układu serwo ruchu przyrostowego)

(4) Bezszczotkowy serwomotor prądu stałego (stojan jest uzwojeniem wielofazowym, wirnik jest magnesem trwałym, z czujnikiem położenia wirnika, brak zakłóceń iskrowych, długa żywotność, niski poziom hałasu)

silnik momentowy

(1) Silnik momentowy prądu stałego (płaska konstrukcja, liczba biegunów, liczba żłobków, liczba elementów komutacyjnych, liczba przewodów szeregowych; duży wyjściowy moment obrotowy, praca ciągła przy niskich prędkościach lub z zatrzymaniem, dobre właściwości mechaniczne i regulacyjne, mała elektromechaniczna stała czasowa )

(2) Bezszczotkowy silnik momentowy prądu stałego (podobna konstrukcja do bezszczotkowego serwosilnika prądu stałego, ale płaski, z wieloma biegunami, szczelinami i przewodami szeregowymi; duży wyjściowy moment obrotowy, dobre właściwości mechaniczne i regulacyjne, długa żywotność, brak iskier, niski poziom hałasu)

(3) Silnik momentowy prądu przemiennego typu klatkowego (wirnik klatkowy, płaska konstrukcja, duża liczba biegunów i szczelin, duży moment rozruchowy, mała elektromechaniczna stała czasowa, długoterminowa praca z zablokowanym wirnikiem i miękkie właściwości mechaniczne)

(4) Silnik momentu obrotowego prądu przemiennego z pełnym wirnikiem (solidny wirnik wykonany z materiału ferromagnetycznego, płaska konstrukcja, duża liczba biegunów i szczelin, długoterminowo zablokowany wirnik, płynna praca, miękkie właściwości mechaniczne)

silnik krokowy

(1) Reaktywny silnik krokowy (stojan i wirnik są wykonane z blachy ze stali krzemowej, na rdzeniu wirnika nie ma uzwojenia, a na stojanie znajduje się uzwojenie sterujące; kąt kroku jest mały, częstotliwość rozruchu i pracy jest wysoka , dokładność kąta kroku jest niska i nie ma momentu samoblokującego)

(2) Silnik krokowy z magnesami trwałymi (wirnik z magnesami trwałymi, promieniowa polaryzacja magnesowania; duży kąt kroku, niska częstotliwość rozruchu i pracy, moment trzymania i mniejsze zużycie energii niż typ bierny, ale wymagane są impulsy dodatnie i ujemne)

(3) Hybrydowy silnik krokowy (wirnik z magnesami trwałymi, polaryzacja magnesowania osiowego, wysoka dokładność kąta kroku, moment trzymania, mały prąd wejściowy, zarówno z magnesem biernym, jak i trwałym)