Podrobná analýza DC servomotora

Existujú dva typy bežne používaných servomotorov, tie, ktoré pracujú na striedavý prúd, sa nazývajú striedavé servomotory, a tie, ktoré fungujú na jednosmerný prúd, sa nazývajú jednosmerné servomotory. Tento článok poskytuje iba podrobnú analýzu jednosmerných servomotorov.

Funkciou servomotora je previesť signál vstupného napätia na výstup uhlového posunu alebo uhlovej rýchlosti na hriadeli. Inými slovami, servomotor označuje riadiaci motor, ktorého rýchlosť a smer sa menia s veľkosťou a smerom signálu vstupného napätia. Servomotory môžu niesť určité množstvo zaťaženia a slúžia ako pohony v automatických riadiacich systémoch, preto sa nazývajú aj výkonné motory.

 

Požiadavky na výkon servomotorov v automatických riadiacich systémoch možno zhrnúť nasledovne.

 

(1) Žiadny samorotačný jav. Pred príchodom riadiaceho signálu zostáva rotor servomotora v pokoji; Po príchode riadiaceho signálu sa rotor rýchlo otáča; Keď riadiaci signál zmizne, rotor servomotora by sa mal okamžite zastaviť. Fenomén pokračujúceho otáčania motora, keď je riadiaci signál nulový, sa nazýva "samorotácia" a eliminácia samorotácie je nevyhnutnou podmienkou pre normálnu činnosť samoriadiaceho systému.

(2) Nízke štartovacie napätie naprázdno. Keď je motor nezaťažený, malé riadiace napätie zo stacionárneho stavu do nepretržitej prevádzky rotora, bez ohľadu na jeho polohu, sa nazýva štartovacie napätie. Čím menšie je štartovacie napätie, tým vyššia je citlivosť motora.

(3) Linearita mechanických a regulačných charakteristík je dobrá a môže plynulo a stabilne regulovať rýchlosť v širokom rozsahu.

(4) Rýchly a pohotový. Elektromechanická časová konštanta je malá, takže servomotory vyžadujú malý moment zotrvačnosti.

 

1. Klasifikácia a štruktúra jednosmerných servomotorov

 

Jednosmerný servomotor je jednosmerný motor na špeciálne účely v automatických riadiacich systémoch. Jeho štruktúra sa zásadne nelíši od všeobecných jednosmerných motorov a tiež sa skladá z dvoch častí: statora a rotora.

 

Úlohou statora je vytvoriť konštantné magnetické pole a póly statora sú vybavené budiacimi vinutiami. V DC servosystémoch sa bežne používajú elektromagnetické a jednosmerné servomotory s permanentným magnetom. V súčasnosti je metóda elektromagnetického budenia samostatným spôsobom budenia a kotva a budiace vinutie sú napájané z dvoch nezávislých zdrojov energie.

 

Jednosmerný servomotor s permanentným magnetom s dutou miskou kotvy pozostáva z vonkajšieho statora a vnútorného statora a kotva s dutou miskou sa otáča vo vzduchovej medzere medzi vnútorným a vonkajším statorom. Vonkajší stator je vyrobený z mäkkého magnetického materiálu ako železné jadro, ktoré je vybavené koncentrovaným vinutím (dva polkruhové magnetické póly sú vyrobené z magnetov alebo zmagnetizované na kruhovej magnetickej oceli na generovanie pólov N a S). Vnútorný stator je vyrobený z valcového mäkkého magnetického materiálu, ktorý slúži ako súčasť magnetického obvodu a dokáže znížiť magnetický odpor. Kotva je dutý valec v tvare pohára vyrobený z nemagnetických materiálov (ako je plast), priamo inštalovaný na hriadeli motora. Vinutie vytvorené usporiadaním dutých pohárikov pozdĺž obvodovej osi a ich vytvrdením epoxidovou živicou. Napájanie sa aplikuje na vinutie kotvy cez kefy a prepínače. Dĺžka a priemer jadra kotvy typického servomotora na jednosmerný prúd sú väčšie ako u bežného motora na jednosmerný prúd s cieľom znížiť krútiaci moment zotrvačníka a zlepšiť rýchlosť odozvy.

 

V posledných rokoch sa s rozvojom technológie objavili nové druhy jednosmerných servomotorov, ako sú bezkomutátorové jednosmerné servomotory.

 

2. Princíp činnosti jednosmerného servomotora

 

Princíp činnosti jednosmerných servomotorov je tiež rovnaký ako pri bežných malých jednosmerných motoroch. V prípade oddelene budeného jednosmerného servomotora, ak sa na budiace vinutie aplikuje budiaci prúd, aby sa vytvorilo konštantné magnetické pole, pri prechode vinutia kotvy cez prúd sa vytvorí elektromagnetický krútiaci moment, ktorý spôsobí otáčanie rotora. Keď jedno z budiacich vinutí alebo vinutia kotvy stratí výkon, motor sa okamžite prestane otáčať. Zmenou veľkosti a smeru budiaceho prúdu možno zmeniť rýchlosť a smer motora tak, aby vyhovovali požiadavkám na ovládanie servomotora. Keď je záťažový moment konštantný, udržiavanie konštantného napájacieho napätia kotvy a riadenie otáčok motora zmenou budiaceho prúdu sa nazýva riadenie magnetického poľa; Udržiavanie konštantného budiaceho prúdu a riadenie otáčok motora zmenou napájacieho napätia sa nazýva regulácia kotvy. Vďaka ideálnym charakteristikám a presnosti servomotorov jednosmerného prúdu vo všeobecnosti využívajú riadenie kotvy, ktoré používa napätie kotvy ako napätie riadiaceho signálu, zatiaľ čo riadenie magnetického poľa sa používa iba pre motory s nízkym výkonom.

 

Základný pracovný princíp jednosmerného servomotora je rovnaký ako pri všeobecnom jednosmernom motore. Keď je budiace vinutie pripojené na konštantné napätie, vinutie kotvy, ktoré prijíma riadiaci signál, prijíma signál riadiaceho napätia. Keď prúd preteká vinutím kotvy, ním generovaný magnetický tok interaguje s magnetickým tokom generovaným budiacim vinutím a vytvára elektromagnetický krútiaci moment, ktorý spôsobuje otáčanie kotvy. Zmenou veľkosti signálu riadiaceho napätia možno meniť otáčky motora, aby sa dosiahol cieľ regulácie rýchlosti.

 

Pri používaní servo jednosmerných servomotorov je potrebné dodržiavať nasledujúce opatrenia:

 

① Pri použití jednosmerného servomotora riadeného elektromagnetickou kotvou by sa malo najskôr pripojiť napájanie budenia a potom by sa malo použiť napätie kotvy. Počas prevádzky je vhodné sa čo najviac vyhnúť výpadkom prúdu budiaceho vinutia, aby sa predišlo nadmernému prúdu kotvy a pretáčaniu motora.

② Pri výbere rôznych foriem napájacích zdrojov ovládania armatúry je dôležité ponechať primeranú rezervu v ich kapacite.