Podrobna analiza enosmernega servo motorja

Obstajata dve vrsti pogosto uporabljenih servo motorjev, tisti, ki delujejo na izmenični tok, se imenujejo izmenični servo motorji, tisti, ki delujejo na enosmerni tok, pa se imenujejo enosmerni servo motorji. Ta članek ponuja samo podrobno analizo enosmernih servo motorjev.

Funkcija servo motorja je pretvorba vhodnega napetostnega signala v kotni premik ali izhodno kotno hitrost na gredi. Z drugimi besedami, servo motor se nanaša na krmilni motor, katerega hitrost in smer se spreminjata z velikostjo in smerjo vhodnega napetostnega signala. Servo motorji lahko prenesejo določeno obremenitev in služijo kot aktuatorji v sistemih avtomatskega krmiljenja, zato jih imenujemo tudi izvršni motorji.

 

Zahteve glede zmogljivosti servo motorjev v avtomatskih krmilnih sistemih je mogoče povzeti na naslednji način.

 

(1) Brez pojava samorotacije. Preden prispe krmilni signal, rotor servo motorja miruje; Po prihodu krmilnega signala se rotor hitro vrti; Ko krmilni signal izgine, se mora rotor servo motorja takoj prenehati vrteti. Pojav, da se motor še naprej vrti, ko je krmilni signal enak nič, se imenuje "samorotacija", odprava samorotacije pa je nujen pogoj za normalno delovanje samokontrolnega sistema.

(2) Nizka zagonska napetost brez obremenitve. Ko je motor neobremenjen, se majhna krmilna napetost iz stacionarnega stanja v neprekinjeno delovanje rotorja, ne glede na njegov položaj, imenuje zagonska napetost. Manjša kot je zagonska napetost, večja je občutljivost motorja.

(3) Linearnost mehanskih in regulativnih značilnosti je dobra in lahko gladko in stabilno uravnava hitrost v širokem razponu.

(4) Hitro in odzivno. Elektromehanska časovna konstanta je majhna, zato servo motorji zahtevajo majhen vztrajnostni moment.

 

1. Razvrstitev in zgradba enosmernih servo motorjev

 

DC servo motor je enosmerni motor za posebne namene v avtomatskih krmilnih sistemih. Njegova zgradba se bistveno ne razlikuje od običajnih enosmernih motorjev, sestavljen pa je tudi iz dveh delov: statorja in rotorja.

 

Funkcija statorja je vzpostavitev stalnega magnetnega polja, poli statorja pa so opremljeni z vzbujalnimi navitji. V enosmernih servo sistemih se običajno uporabljajo elektromagnetni in enosmerni servo motorji s trajnimi magneti. Trenutno je metoda elektromagnetnega vzbujanja ločena metoda vzbujanja, armaturo in vzbujevalno navitje pa napajata dva neodvisna vira energije.

 

Servo motor z enosmernim magnetom s trajnim magnetom iz votle skodelice je sestavljen iz zunanjega statorja in notranjega statorja, armatura z votlo skodelico pa se vrti v zračni reži med notranjim in zunanjim statorjem. Zunanji stator je izdelan iz mehkega magnetnega materiala kot železno jedro, ki je opremljeno s koncentriranim navitjem (dva polkrožna magnetna pola sta izdelana iz magnetov ali magnetizirana na krožnem magnetnem jeklu za ustvarjanje N in S polov). Notranji stator je izdelan iz cilindričnega mehkega magnetnega materiala, ki služi kot del magnetnega vezja in lahko zmanjša magnetni upor. Armatura je votli valj v obliki skodelice iz nemagnetnih materialov (kot je plastika), nameščen neposredno na gred motorja. Navitje, oblikovano z razporeditvijo votlih skodelic vzdolž obodne osi in njihovim strjevanjem z epoksi smolo. Napajanje se napaja z navitjem armature skozi ščetke in preusmerjevalnike. Dolžina in premer jedra armature tipičnega servo motorja na enosmerni tok sta večja kot pri navadnem motorju na enosmerni tok, s ciljem zmanjšanja navora vztrajnika in izboljšanja odzivne hitrosti.

 

V zadnjih letih so se z razvojem tehnologije pojavile nove različice enosmernih servo motorjev, kot so brezkrtačni enosmerni servo motorji.

 

2. Načelo delovanja enosmernega servo motorja

 

Načelo delovanja enosmernih servo motorjev je prav tako enako kot pri navadnih majhnih enosmernih motorjih. Pri ločeno vzbujenem enosmernem servo motorju, če se vzbujevalni tok uporabi za vzbujalno navitje, da se vzpostavi konstantno magnetno polje, se bo ustvaril elektromagnetni navor, ko bo navitje armature prešlo skozi tok, kar bo povzročilo vrtenje rotorja. Ko eno od navitij vzbujanja ali navitja armature izgubi moč, se motor takoj preneha vrteti. S spreminjanjem velikosti in smeri vzbujalnega toka je mogoče spremeniti hitrost in smer motorja, da ustreza zahtevam krmiljenja servo motorja. Ko je navor obremenitve konstanten, se ohranjanje napajalne napetosti armature konstantno in krmiljenje hitrosti motorja s spreminjanjem vzbujalnega toka imenuje krmiljenje magnetnega polja; Ohranjanje konstantnega vzbujalnega toka in krmiljenje hitrosti motorja s spreminjanjem napajalne napetosti se imenuje krmiljenje armature. Zaradi idealnih lastnosti in natančnosti slednjega servo motorji na enosmerni tok običajno uporabljajo armaturno krmiljenje, ki kot napetost krmilnega signala uporablja napetost armature, medtem ko se krmiljenje magnetnega polja uporablja le pri motorjih z nizko močjo.

 

Osnovno načelo delovanja enosmernega servo motorja je enako kot pri splošnem enosmernem motorju. Ko je vzbujevalno navitje priključeno na konstantno napetost, navitje armature, ki sprejema krmilni signal, sprejme signal krmilne napetosti. Ko tok teče skozi navitje armature, magnetni tok, ki ga ustvari, sodeluje z magnetnim tokom, ki ga ustvari vzbujevalno navitje, da ustvari elektromagnetni navor, zaradi česar se armatura vrti. S spreminjanjem velikosti krmilnega napetostnega signala se lahko spremeni hitrost motorja, da se doseže cilj regulacije hitrosti.

 

Pri uporabi servo enosmernih servo motorjev je treba upoštevati naslednje previdnostne ukrepe:

 

① Pri uporabi enosmernega servo motorja, ki ga krmili elektromagnetna armatura, je treba najprej priključiti vzbujalno moč, nato pa napetost armature. Med delovanjem je priporočljivo, da se čim bolj izogibate izpadu električne energije v vzbujalnem navitju, da preprečite čezmerni tok armature in prekoračitev hitrosti motorja.

② Ko izbirate različne oblike napajalnikov za krmiljenje armature, je pomembno, da pustite ustrezno rezervo v njihovi zmogljivosti.