Analiza detaliată a servomotorului DC

Există două tipuri de servomotoare utilizate în mod obișnuit, cele care funcționează pe curent alternativ se numesc servomotoare cu curent alternativ, iar cele care funcționează pe curent continuu sunt numite servomotoare cu curent continuu. Acest articol oferă doar o analiză detaliată a servomotoarelor DC.

Funcția unui servomotor este de a converti semnalul de tensiune de intrare în deplasare unghiulară sau viteza unghiulară de ieșire pe arbore. Cu alte cuvinte, un servomotor se referă la un motor de control a cărui viteză și direcție se schimbă cu dimensiunea și direcția semnalului de tensiune de intrare. Servomotoarele pot suporta o anumită sarcină și servesc ca dispozitive de acționare în sistemele de control automat, așa că sunt numite și motoare executive.

 

Cerințele de performanță pentru servomotoarele din sistemele de control automat pot fi rezumate după cum urmează.

 

(1) Fără fenomen de auto-rotație. Înainte de sosirea semnalului de control, rotorul servomotorului rămâne staționar; După sosirea semnalului de control, rotorul se rotește rapid; Când semnalul de control dispare, rotorul servomotorului ar trebui să se oprească imediat din rotație. Fenomenul motorului care continuă să se rotească atunci când semnalul de control este zero se numește „auto-rotație”, iar eliminarea auto-rotației este o condiție necesară pentru funcționarea normală a sistemului de autocontrol.

(2) Tensiune scăzută de pornire fără sarcină. Când motorul este descărcat, tensiunea mică de control de la starea staționară la funcționarea continuă a rotorului, indiferent de poziția acestuia, se numește tensiune de pornire. Cu cât tensiunea de pornire este mai mică, cu atât sensibilitatea motorului este mai mare.

(3) Liniaritatea caracteristicilor mecanice și de reglementare este bună și poate regla fără probleme și stabil viteza pe o gamă largă.

(4) Rapid și receptiv. Constanta de timp electromecanica este mica, astfel incat servomotoarele necesita un mic moment de inertie.

 

1. Clasificarea și structura servomotoarelor de curent continuu

 

Servomotor DC este un motor DC cu scop special în sistemele de control automat. Structura sa nu este fundamental diferită de motoarele de curent continuu generale și este, de asemenea, compusă din două părți: stator și rotor.

 

Funcția statorului este de a stabili un câmp magnetic constant, iar polii statorului sunt echipați cu înfășurări de excitație. În servosistemele de curent continuu, servomotoarele electromagnetice și cu magnet permanent sunt utilizate în mod obișnuit. În prezent, metoda de excitație electromagnetică este o metodă de excitare separată, iar armătura și înfășurarea de excitare sunt alimentate de două surse de energie independente.

 

Servomotorul DC cu magnet permanent al armăturii cupa goală este alcătuit dintr-un stator exterior și un stator interior, iar armătura cupa goală se rotește în spațiul de aer dintre statoarele interior și exterior. Statorul exterior este realizat din material magnetic moale ca miezul de fier, care este echipat cu o înfășurare concentrată (doi poli magnetici semicirculari sunt realizați din magneți sau magnetizați pe un oțel magnetic circular pentru a genera poli N și S). Statorul interior este realizat din material magnetic moale cilindric, care servește ca parte a circuitului magnetic și poate reduce rezistența magnetică. O armătură este un cilindru gol în formă de cupă realizat din materiale nemagnetice (cum ar fi plasticul), instalat direct pe arborele motorului. O înfășurare formată prin aranjarea cupelor goale de-a lungul axei circumferențiale și întărirea lor cu rășină epoxidică. Sursa de alimentare este aplicată înfășurării armăturii prin perii și deviatoare. Lungimea miezului armăturii și diametrul unui servomotor obișnuit cu curent continuu sunt mai mari decât cele ale unui motor curent continuu obișnuit, cu scopul de a reduce cuplul său la volant și de a îmbunătăți viteza de răspuns.

 

În ultimii ani, odată cu dezvoltarea tehnologiei, au apărut noi varietăți de servomotoare de curent continuu, cum ar fi servomotoare de curent continuu fără perii.

 

2. Principiul de funcționare al servomotorului DC

 

Principiul de funcționare al servomotoarelor de curent continuu este, de asemenea, același cu cel al motoarelor de curent continuu mici obișnuite. Pentru un servomotor DC excitat separat, dacă înfășurării de excitație este aplicat un curent de excitație pentru a stabili un câmp magnetic constant, un cuplu electromagnetic va fi generat atunci când înfășurarea armăturii trece prin curent, determinând rotorul să se rotească. Când una dintre înfășurarea de excitație sau înfășurarea armăturii își pierde puterea, motorul se oprește imediat să se rotească. Prin modificarea mărimii și direcției curentului de excitație, viteza și direcția motorului pot fi modificate pentru a îndeplini cerințele de control ale servomotorului. Când cuplul de sarcină este constant, menținerea constantă a tensiunii de alimentare a armăturii și controlul vitezei motorului prin modificarea curentului de excitație se numește control al câmpului magnetic; Menținerea constantă a curentului de excitație și controlul vitezei motorului prin schimbarea tensiunii de alimentare se numește control al armăturii. Datorită caracteristicilor ideale și preciziei acestora din urmă, servomotoarele cu curent continuu adoptă în general controlul armăturii, care utilizează tensiunea armăturii ca tensiune a semnalului de control, în timp ce controlul câmpului magnetic este utilizat doar pentru motoarele de putere redusă.

 

Principiul de bază al unui servomotor DC este același cu cel al unui motor DC general. Când înfășurarea de excitație este conectată la o tensiune constantă, înfășurarea armăturii care primește semnalul de comandă primește semnalul de tensiune de comandă. Când curentul trece prin înfășurarea armăturii, fluxul magnetic generat de acesta interacționează cu fluxul magnetic generat de înfășurarea de excitație pentru a genera cuplu electromagnetic, determinând rotirea armăturii. Prin modificarea mărimii semnalului de tensiune de control, viteza motorului poate fi modificată pentru a atinge obiectivul de reglare a vitezei.

 

Când utilizați servomotoare servo DC, trebuie luate următoarele măsuri de precauție:

 

① Când utilizați un servomotor DC controlat cu armătură electromagnetică, puterea de excitație trebuie conectată mai întâi și apoi trebuie aplicată tensiunea armăturii. În timpul funcționării, este recomandabil să se evite pe cât posibil întreruperea curentului de alimentare a înfășurării de excitație pentru a preveni curentul excesiv de armătură și supraturația motorului.

② Când selectați diferite forme de surse de alimentare pentru controlul armăturii, este important să lăsați o marjă adecvată în capacitatea acestora.