A servomotor funguje jako rotační pohon, který se používá hlavně ke změně elektrického vstupu na mechanické zrychlení. Tento motor funguje na základě servomechanismu všude tam, kde se zpětná vazba polohy využívá pro řízení rychlosti a konečného umístění motoru. Servomotory se otáčí a získávají určitý úhel na základě použitého vstupu. Servomotory mají malou velikost, ale jsou velmi energeticky účinné. Tyto motory jsou rozděleny do dvou typů, jako je střídavý servomotor a stejnosměrný servomotor, ale hlavním rozdílem mezi těmito dvěma motory je použitý zdroj energie. Výkon a Stejnosměrný servomotor hlavně závisí pouze na napětí, zatímco střídavý servomotor závisí jak na napětí, tak na frekvenci. Tento článek pojednává o jednom z typů servomotorů – an AC servomotor – práce s aplikacemi.
Co je AC servomotor?
Typ servomotoru, který generuje mechanický výstup pomocí střídavého elektrického vstupu ve formě přesné úhlové rychlosti, se nazývá střídavý servomotor. Výstupní výkon získaný z tohoto servomotoru se převážně pohybuje od wattů do několika 100 wattů. Pracovní frekvence střídavého servomotoru se pohybuje od 50 do 400 Hz. Schéma AC servomotoru je uvedeno níže.
Mezi hlavní vlastnosti střídavých servomotorů patří především; Jedná se o zařízení s nižší hmotností, která poskytuje stabilitu a spolehlivost v rámci provozu, během provozu nevzniká hluk, poskytují lineární charakteristiky točivého momentu a rychlosti a snižují náklady na údržbu, když nejsou k dispozici sběrací kroužky a kartáče.
Chcete-li se dozvědět více, přejděte na tento odkaz Typy AC servomotorů
Konstrukce AC servomotoru
Obecně je střídavý servomotor dvoufázový indukční motor. Tento motor je konstruován pomocí statoru a a rotor jako normální indukční motor. Obecně má stator tohoto servomotoru laminovanou strukturu. Tento stator obsahuje dvě vinutí, která jsou umístěna v prostoru o 90 stupňů. V důsledku této změny fáze se generuje rotační magnetické pole.
První vinutí je známé jako hlavní vinutí nebo také jako pevné fáze nebo referenční vinutí. Zde je hlavní vinutí aktivováno ze zdroje konstantního napětí, zatímco druhé vinutí, jako je řídicí vinutí nebo řídicí fáze, je aktivováno proměnným řídicím napětím. Toto řídicí napětí je jednoduše napájeno ze servozesilovače.
Obecně je rotor k dispozici ve dvou typech typu s veverkovou klecí a typu vlečné misky. Rotor použitý v tomto motoru je normální rotor klecového typu včetně hliníkových tyčí upevněných v drážkách a zkratovaných přes koncové kroužky. Vzduchová mezera je udržována minimální pro maximální propojení toku. Jiný typ rotoru, jako je vlečný pohár, se používá hlavně tam, kde se setrvačnost rotačního systému snižuje. Takže to pomáhá snižovat spotřebu energie.
Princip činnosti AC servomotoru
Princip činnosti střídavého servomotoru je; za prvé, na hlavním vinutí startéru servomotoru je přivedeno konstantní střídavé napětí a další svorka statoru je jednoduše připojena k řídicímu transformátoru skrz řídicí vinutí. Díky použitému referenčnímu napětí se hřídel synchronního generátoru bude otáčet specifickou rychlostí a získá určitou úhlovou polohu.
Kromě toho má hřídel řídicího transformátoru specifickou úhlovou polohu, která je ve srovnání s úhlovým bodem hřídele synchro generátoru. Takže porovnání dvou úhlových poloh poskytne chybový signál. Konkrétněji jsou vyhodnocovány úrovně napětí pro ekvivalentní polohy hřídele, což vytváří chybový signál. Tento chybový signál tedy komunikuje s aktuální úrovní napětí na řídicím transformátoru. Poté je tento signál předán servozesilovači, takže generuje nerovnoměrné řídicí napětí.
Tímto přivedeným napětím opět rotor dosáhne specifické rychlosti, spustí otáčky a udržuje je, dokud hodnota chybového signálu nedosáhne nuly, čímž se dosáhne preferované polohy motoru v rámci střídavých servomotorů.
Přenosová funkce AC servomotoru
Přenosová funkce střídavého servomotoru může být definována jako poměr L.T (Laplaceova transformace) výstupní proměnné k L.T (Laplaceova transformace) vstupní proměnné. Je to tedy matematický model, který vyjadřuje diferenciální rovnici, která říká o/p až i/p systému.
Pokud by T.F. (přenosová funkce) jakéhokoli systému je známá, pak lze výstupní odezvu vypočítat pro různé typy vstupů, aby se rozpoznala povaha systému. Podobně, pokud přenosová funkce (T.F) není známá, pak ji lze experimentálně zjistit jednoduchým aplikováním známých vstupů na zařízení a studiem výstupu systému.
Střídavý servomotor je dvoufázový indukční motor, což znamená, že má dvě vinutí jako řídicí vinutí (hlavní budicí vinutí) a referenční vinutí (vzrušující vinutí).
Potřebujeme tedy zjistit přenosovou funkci střídavého servomotoru, tj. θ(s)/ec(s). Zde je „θ(s)/“ výstupem systému, zatímco ex(s) je vstupem systému.
Abychom zjistili přenosovou funkci motoru, musíme zjistit, co je točivý moment vyvíjený motorem „Tm“ a točivý moment vyvíjený zátěží „Tl“. Přirovnáme-li podmínku rovnováhy jako
Tm = Tl, pak můžeme získat přenosovou funkci.
Nechť, Tm = moment vyvinutý motorem.
Tl = kroutící moment vyvíjený zátěží nebo zátěžový moment.
‚θ‘ = úhlové posunutí.
'ω' = d θ/dt = úhlová rychlost.
„J“ = moment setrvačnosti zátěže.
„B“ je hlavní bod nákladu.
Zde jsou dvě konstanty, které je třeba vzít v úvahu, K1 a K2.
„K1“ je strmost napětí řídicí fáze vs charakteristik točivého momentu.
„K2“ je strmost charakteristiky rychlosti točivého momentu.
Zde je točivý moment vyvinutý motorem jednoduše označen
Tm = K1ec- K2 dθ/dt —–(1)
Zatěžovací moment (TL) lze modelovat s ohledem na rovnici vyrovnání momentu.
Aplikovaný kroutící moment = opačný krouticí moment v důsledku J,B
Tl = TJ + TB = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B —–(2)
Víme, že podmínka rovnováhy Tm = Tl.
K1ec- K2 dθ/dt = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B
Použijte rovnici Laplaceovy transformace na výše uvedenou rovnici
K1Ec(s) – K2 S θ(S) = J S^2θ (S) + B S θ(S)
K1Ec(s) = JS^2θ (S) + BSθ(S)+ K2S θ(S)
K1Ec(s) = θ (S)[J S^2 + BS + K2S]
T.F = θ (S)Ec(s) = K1/ J S^2 + BS + K2S
= K1/S [B + JS + K2]
= K1/S [B + K2 + JS]
= K1/ S (B + K2) [1 + (J/ B + K2) *S]
T.F = θ (S)Ec(s) = K1/(B + K2) / S[1 + (J/ B + K2) *S]
T.F = Km / S[1 + (J/ B + K2) *S] => Km / S(1 + STm)] = θ (S)Ec(s)
T.F = Km / S(1 + STm)] = θ (S)Ec(s)
Kde, Km = K1/ B + K2 = konstanta zesílení motoru.
Tm = J/ B + K2 = časová konstanta motoru.
Metody řízení rychlosti AC servomotoru
Obecně platí, že servo motory mají tři způsoby ovládání, jako je řízení polohy, řízení točivého momentu a řízení rychlosti.
Metoda řízení polohy se používá k určení velikosti rychlosti otáčení v rámci externích vstupních frekvenčních signálů. Úhel otočení je určen číslem. z luštěnin. Polohu a rychlost servomotoru lze přímo přiřadit prostřednictvím komunikace. Vzhledem k tomu, že poloha metody může mít extrémně přísnou kontrolu nad polohou a rychlostí, obvykle se používá v polohovací aplikaci.
Při metodě řízení momentu je výstupní moment servomotoru nastaven analogovým vstupem na adrese. Může změnit točivý moment jednoduchou změnou analogu v reálném čase. Kromě toho může také změnit hodnotu na relativní adrese prostřednictvím komunikace.
V režimu řízení rychlosti lze otáčky motoru řídit analogovým vstupem a impulsem. Pokud existují požadavky na přesnost a žádné obavy z tak velkého točivého momentu, pak je lepší režim rychlosti.
Charakteristika AC servomotoru
Charakteristiky točivého momentu střídavého servomotoru jsou uvedeny níže. V následujících charakteristikách se točivý moment mění s rychlostí, ale ne lineárně, protože závisí hlavně na poměru reaktance (X) k odpor (R). Nízká hodnota tohoto poměru znamená, že motor má vysoký odpor a nízkou reaktanci, v takových případech jsou charakteristiky motoru lineárnější než vysoká hodnota poměru reaktance (X) k odporu (R).
Výhody
Mezi výhody střídavých servomotorů patří následující.
- Vlastnosti regulace otáček tohoto motoru jsou dobré.
- Produkují menší množství tepla.
- Nabízejí vysokou účinnost, větší točivý moment na hmotnost, spolehlivost a snížený RF šum.
- Vyžadují méně údržby.
- Mají delší životnost při neexistenci komutátoru.
- Tyto motory jsou schopny zvládnout vyšší proudové rázy v průmyslových strojích.
- Ve vysokých otáčkách nabízejí stálejší točivý moment.
- Tyto jsou vysoce spolehlivé.
- Poskytují vysokorychlostní výkon.
- Jsou vhodné pro aplikace s nestabilním zatížením.
Nevýhody AC servomotorů zahrnují následující.
- Ovládání AC servomotoru je obtížnější.
- Tyto motory mohou být přerušeny neustálým přetížením.
- Převodovky jsou často nezbytné pro přenos výkonu při vysokých rychlostech.
Aplikace
Aplikace střídavých servomotorů zahrnují následující.
- Střídavé servomotory jsou použitelné tam, kde je významná regulace polohy a obvykle se vyskytuje v polovodičových zařízeních, robotech, letadlech a obráběcích strojích.
- Tyto motory se používají v přístrojích, které pracují na servomechanismu jako v počítačích a zařízeních pro kontrolu polohy.
- Střídavý servomotor se používá v obráběcích strojích, robotických strojích a sledovacích systémech.
- Tyto servomotory se používají v různých průmyslových odvětvích kvůli jejich účinnosti a všestrannosti.
- Střídavý servomotor se používá ve většině běžných strojů a zařízení, jako jsou ohřívače vody, trouby, čerpadla, terénní vozidla, zařízení na zahradách atd.
- Mnoho spotřebičů a nástrojů, které se používají každý den v domě, je poháněno střídavými servomotory.
Toto je tedy přehled ak servomotory – funkční s aplikacemi. Tyto motory se používají v mnoha aplikacích, jako jsou nástroje, které pracují na servomechanismu a také obráběcí stroje, sledovací systémy a robotika. Zde je pro vás otázka, co je indukční motor?
