Detailní analýza DC servomotoru

Existují dva typy běžně používaných servomotorů, ty, které pracují na střídavý proud, se nazývají střídavé servomotory, a ty, které pracují na stejnosměrné napájení, se nazývají stejnosměrné servomotory. Tento článek poskytuje pouze podrobnou analýzu stejnosměrných servomotorů.

Funkcí servomotoru je převádět vstupní napěťový signál na výstup úhlového posunutí nebo úhlové rychlosti na hřídeli. Jinými slovy, servomotor odkazuje na řídicí motor, jehož rychlost a směr se mění s velikostí a směrem signálu vstupního napětí. Servomotory mohou přenášet určitou zátěž a slouží jako akční členy v automatických řídicích systémech, proto se jim také říká výkonné motory.

 

Požadavky na výkon servomotorů v systémech automatického řízení lze shrnout následovně.

 

(1) Žádný jev samorotace. Před příchodem řídicího signálu zůstává rotor servomotoru v klidu; Po příchodu řídicího signálu se rotor rychle otáčí; Když řídicí signál zmizí, rotor servomotoru by se měl okamžitě přestat otáčet. Jev, kdy se motor dále otáčí, když je řídicí signál nulový, se nazývá "samorotace" a eliminace samorotace je nezbytnou podmínkou pro normální provoz samočinného systému.

(2) Nízké startovací napětí naprázdno. Když je motor nezatížený, malé řídicí napětí ze stacionárního stavu do trvalého provozu rotoru, bez ohledu na jeho polohu, se nazývá startovací napětí. Čím menší je startovací napětí, tím vyšší je citlivost motoru.

(3) Linearita mechanických a regulačních charakteristik je dobrá a může plynule a stabilně regulovat rychlost v širokém rozsahu.

(4) Rychlé a citlivé. Elektromechanická časová konstanta je malá, takže servomotory vyžadují malý moment setrvačnosti.

 

1. Klasifikace a struktura DC servomotorů

 

Stejnosměrný servomotor je speciální stejnosměrný motor v automatických řídicích systémech. Svou konstrukcí se zásadně neliší od obecných stejnosměrných motorů a také se skládá ze dvou částí: statoru a rotoru.

 

Úkolem statoru je vytvořit konstantní magnetické pole a póly statoru jsou vybaveny budicími vinutími. V DC servosystémech se běžně používají elektromagnetické a stejnosměrné servomotory s permanentními magnety. V současnosti je metoda elektromagnetického buzení samostatným způsobem buzení a kotva a budicí vinutí jsou napájeny ze dvou nezávislých zdrojů energie.

 

Stejnosměrný servomotor s permanentním magnetem s dutou miskovou kotvou se skládá z vnějšího statoru a vnitřního statoru a dutá miskovitá kotva se otáčí ve vzduchové mezeře mezi vnitřním a vnějším statorem. Vnější stator je vyroben z měkkého magnetického materiálu jako železné jádro, které je vybaveno koncentrovaným vinutím (dva půlkruhové magnetické póly jsou vyrobeny z magnetů nebo magnetizovány na kruhové magnetické oceli pro generování pólů N a S). Vnitřní stator je vyroben z válcového měkkého magnetického materiálu, který slouží jako součást magnetického obvodu a dokáže snížit magnetický odpor. Kotva je dutý válec ve tvaru misky vyrobený z nemagnetických materiálů (jako je plast), přímo nainstalovaný na hřídeli motoru. Vinutí vytvořené uspořádáním dutých kalíšek podél obvodové osy a jejich vytvrzením epoxidovou pryskyřicí. Napájení je přivedeno na vinutí kotvy přes kartáče a převaděče. Délka a průměr jádra kotvy typického stejnosměrného servomotoru jsou větší než u běžného stejnosměrného motoru, s cílem snížit točivý moment jeho setrvačníku a zlepšit rychlost odezvy.

 

V posledních letech se s rozvojem technologie objevily nové druhy stejnosměrných servomotorů, jako jsou bezkomutátorové stejnosměrné servomotory.

 

2. Pracovní princip DC servomotoru

 

Princip činnosti stejnosměrných servomotorů je také stejný jako u běžných malých stejnosměrných motorů. U samostatně buzeného stejnosměrného servomotoru platí, že pokud je na budicí vinutí přiveden budicí proud, aby se vytvořilo konstantní magnetické pole, bude při průchodu vinutí kotvy proudem generován elektromagnetický moment, který způsobí rotaci rotoru. Když jedno z budicích vinutí nebo vinutí kotvy ztratí výkon, motor se okamžitě přestane otáčet. Změnou velikosti a směru budícího proudu lze změnit rychlost a směr motoru tak, aby byly splněny požadavky na ovládání servomotoru. Když je zatěžovací moment konstantní, udržování konstantního napájecího napětí kotvy a řízení otáček motoru změnou budícího proudu se nazývá řízení magnetického pole; Udržování konstantního budícího proudu a řízení otáček motoru změnou napájecího napětí se nazývá regulace kotvy. Vzhledem k ideálním charakteristikám a přesnosti stejnosměrného servomotoru obecně přijímají řízení kotvy, které využívá napětí kotvy jako napětí řídicího signálu, zatímco řízení magnetického pole se používá pouze u motorů s nízkým výkonem.

 

Základní pracovní princip stejnosměrného servomotoru je stejný jako u obecného stejnosměrného motoru. Když je budicí vinutí připojeno na konstantní napětí, vinutí kotvy, které přijímá řídicí signál, přijímá signál řídicího napětí. Když proud protéká vinutím kotvy, magnetický tok jím generovaný interaguje s magnetickým tokem generovaným budícím vinutím a vytváří elektromagnetický točivý moment, který způsobuje otáčení kotvy. Změnou velikosti signálu řídicího napětí lze měnit otáčky motoru pro dosažení cíle regulace otáček.

 

Při použití servo stejnosměrných servomotorů je třeba dodržovat následující opatření:

 

① Při použití stejnosměrného servomotoru řízeného elektromagnetickou kotvou by mělo být nejprve připojeno buzení a poté by mělo být připojeno napětí kotvy. Za provozu je vhodné se co nejvíce vyvarovat výpadku napájení budícího vinutí, aby nedocházelo k nadměrnému proudu kotvy a přetáčení motoru.

② Při výběru různých forem napájecích zdrojů pro ovládání kotvy je důležité ponechat v jejich kapacitě odpovídající rezervu.