A servo motor funguje ako rotačný pohon, ktorý sa používa hlavne na zmenu elektrického vstupu na mechanické zrýchlenie. Tento motor funguje na základe servomechanizmu všade tam, kde sa spätná väzba polohy využíva na riadenie rýchlosti a konečného umiestnenia motora. Servomotory sa otáčajú a získavajú určitý uhol na základe použitého vstupu. Servomotory majú malú veľkosť, ale sú veľmi energeticky účinné. Tieto motory sú rozdelené do dvoch typov, ako sú striedavý servomotor a jednosmerný servomotor, ale hlavným rozdielom medzi týmito dvoma motormi je použitý zdroj energie. Výkon a Jednosmerný servomotor hlavne závisí iba od napätia, zatiaľ čo striedavý servomotor závisí od napätia aj frekvencie. Tento článok pojednáva o jednom z typov servomotorov – an AC servomotor - práca s aplikáciami.
Čo je AC servomotor?
Typ servomotora, ktorý generuje mechanický výstup pomocou striedavého elektrického vstupu v presnej forme uhlovej rýchlosti, sa nazýva striedavý servomotor. Výstupný výkon získaný z tohto servomotora sa pohybuje hlavne od wattov do niekoľkých 100 wattov. Pracovná frekvencia striedavého servomotora sa pohybuje od 50 do 400 Hz. Schéma striedavého servomotora je uvedená nižšie.
Medzi hlavné vlastnosti striedavých servomotorov patria hlavne; Ide o zariadenia s menšou hmotnosťou, ktoré poskytujú stabilitu a spoľahlivosť počas prevádzky, počas prevádzky nevzniká hluk, poskytujú lineárne charakteristiky krútiaceho momentu a rýchlosti a znižujú náklady na údržbu, keď nie sú k dispozícii zberné krúžky a kefy.
Viac informácií nájdete na tomto odkaze Typy AC servomotorov
Konštrukcia AC servomotora
Vo všeobecnosti je striedavý servomotor dvojfázový indukčný motor. Tento motor je skonštruovaný pomocou statora a a rotor ako normálny indukčný motor. Vo všeobecnosti má stator tohto servomotora laminovanú štruktúru. Tento stator obsahuje dve vinutia, ktoré sú umiestnené v priestore o 90 stupňov. V dôsledku tejto zmeny fázy sa generuje rotačné magnetické pole.
Prvé vinutie je známe ako hlavné vinutie alebo tiež známe ako pevné fázové alebo referenčné vinutie. Tu je hlavné vinutie aktivované zo zdroja konštantného napätia, zatiaľ čo druhé vinutie, ako je riadiace vinutie alebo riadiaca fáza, je aktivované premenlivým riadiacim napätím. Toto riadiace napätie je jednoducho napájané zo servozosilňovača.
Vo všeobecnosti je rotor dostupný v dvoch typoch typu s veveričkovou klietkou a typu vlečnej misky. Rotor použitý v tomto motore je normálny rotor klietkového typu vrátane hliníkových tyčí upevnených v drážkach a skratovaných cez koncové krúžky. Vzduchová medzera je udržiavaná na minime pre maximálne prepojenie toku. Iný typ rotora, ako je ťažná miska, sa používa hlavne tam, kde sa zotrvačnosť rotujúceho systému znižuje. Takže to pomáha pri znižovaní spotreby energie.
Princíp činnosti AC servomotora
Princíp činnosti striedavého servomotora je; po prvé, na hlavnom vinutí štartéra servomotora je privedené konštantné striedavé napätie a ďalšia svorka statora je jednoducho pripojená k riadiacemu transformátoru cez riadiace vinutie. V dôsledku použitého referenčného napätia sa hriadeľ synchrónneho generátora bude otáčať špecifickou rýchlosťou a získa určitú uhlovú polohu.
Okrem toho má hriadeľ riadiaceho transformátora špecifickú uhlovú polohu, ktorá sa porovnáva s uhlovým bodom hriadeľa synchro generátora. Takže porovnanie dvoch uhlových polôh poskytne chybový signál. Konkrétnejšie sa vyhodnocujú úrovne napätia pre ekvivalentné polohy hriadeľa, čo vytvára chybový signál. Takže tento chybový signál komunikuje s aktuálnou úrovňou napätia na riadiacom transformátore. Potom je tento signál odovzdaný servozosilňovaču, takže generuje nerovnomerné riadiace napätie.
Týmto aplikovaným napätím rotor opäť dosiahne špecifickú rýchlosť, začne otáčať a udržiava sa, kým hodnota chybového signálu nedosiahne nulu, čím sa dosiahne preferovaná poloha motora v rámci AC servomotorov.
Prenosová funkcia AC servomotora
Prenosovú funkciu striedavého servomotora možno definovať ako pomer L.T (Laplaceova transformácia) výstupnej premennej k L.T (Laplaceovej transformácii) vstupnej premennej. Takže je to matematický model, ktorý vyjadruje diferenciálnu rovnicu, ktorá hovorí o/p až i/p systému.
Ak sa T.F. (prenosová funkcia) akéhokoľvek systému je známa, potom je možné vypočítať výstupnú odozvu pre rôzne typy vstupov, aby sa rozpoznal charakter systému. Podobne, ak prenosová funkcia (T.F) nie je známa, možno ju experimentálne nájsť jednoduchým použitím známych vstupov na zariadenie a štúdiom výstupu systému.
AC servomotor je dvojfázový indukčný motor, čo znamená, že má dve vinutia ako riadiace vinutie (hlavné poľné vinutie) a referenčné vinutie (vzrušujúce vinutie).
Potrebujeme teda zistiť prenosovú funkciu striedavého servomotora, tj θ(s)/ec(s). Tu je „θ(s)/“ výstupom systému, zatiaľ čo ex(s) je vstupom systému.
Aby sme zistili prenosovú funkciu motora, musíme zistiť, čo je krútiaci moment vyvíjaný motorom „Tm“ a krútiaci moment vyvíjaný záťažou „Tl“. Ak prirovnáme stav rovnováhy ako
Tm = Tl, potom môžeme získať prenosovú funkciu.
Nech, Tm = krútiaci moment vyvinutý motorom.
Tl = krútiaci moment vyvinutý záťažou alebo záťažový krútiaci moment.
„θ“ = uhlové posunutie.
'ω' = d θ/dt = uhlová rýchlosť.
„J“ = moment zotrvačnosti záťaže.
„B“ je hlavný bod nákladu.
Tu sú dve konštanty, ktoré treba zvážiť, K1 a K2.
„K1“ je strmosť medzi napätím riadiacej fázy a charakteristikou krútiaceho momentu.
„K2“ je sklon charakteristík rýchlostného momentu.
Tu je krútiaci moment vyvinutý motorom jednoducho označený
Tm = K1ec- K2 dθ/dt —–(1)
Záťažový moment (TL) možno modelovať zvážením rovnice vyrovnania krútiaceho momentu.
Aplikovaný krútiaci moment = opačný krútiaci moment v dôsledku J,B
Tl = TJ + TB = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B —–(2)
Vieme, že podmienka rovnováhy Tm = Tl.
K1ec- K2 dθ/dt = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B
Použite rovnicu Laplaceovej transformácie na vyššie uvedenú rovnicu
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/JS^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 = konštanta zosilnenia motora.
Tm = J/ B + K2 = časová konštanta motora.
Metódy riadenia rýchlosti striedavého servomotora
Vo všeobecnosti servo motory majú tri spôsoby ovládania, ako je riadenie polohy, riadenie krútiaceho momentu a riadenie rýchlosti.
Metóda riadenia polohy sa používa na určenie veľkosti rýchlosti otáčania cez externé vstupné frekvenčné signály. Uhol otočenia je určený č. zo strukovín. Polohu a rýchlosť servomotora je možné priamo priradiť prostredníctvom komunikácie. Keďže poloha metódy môže mať extrémne prísnu kontrolu nad polohou a rýchlosťou, bežne sa používa v rámci polohovacej aplikácie.
Pri metóde riadenia krútiaceho momentu sa výstupný krútiaci moment servomotora nastavuje analógovým vstupom na adrese. Môže zmeniť krútiaci moment jednoduchou zmenou analógu v reálnom čase. Okrem toho môže prostredníctvom komunikácie zmeniť aj hodnotu na relatívnej adrese.
V režime riadenia otáčok možno rýchlosť motora ovládať analógovým vstupom a impulzom. Ak existujú požiadavky na presnosť a žiadne obavy z toľkého krútiaceho momentu, potom je lepší režim rýchlosti.
Charakteristika AC servomotora
Charakteristiky krútiaceho momentu striedavého servomotora sú uvedené nižšie. V nasledujúcich charakteristikách sa krútiaci moment mení s rýchlosťou, ale nie lineárne, pretože závisí hlavne od pomeru reaktancie (X) k odpor (R). Nízka hodnota tohto pomeru znamená, že motor má vysoký odpor a nízku reaktanciu, v takýchto prípadoch sú charakteristiky motora lineárnejšie ako vysoká hodnota pomeru reaktancie (X) k odporu (R).
Výhody
Medzi výhody striedavých servomotorov patria nasledujúce.
- Vlastnosti regulácie otáčok tohto motora sú dobré.
- Vytvárajú menšie množstvo tepla.
- Ponúkajú vysokú účinnosť, väčší krútiaci moment na hmotnosť, spoľahlivosť a znížený RF šum.
- Vyžadujú menšiu údržbu.
- Majú dlhšiu životnosť pri neexistencii komutátora.
- Tieto motory sú schopné zvládnuť väčšie prúdové rázy v priemyselných strojoch.
- Pri vysokých rýchlostiach ponúkajú konštantnejší krútiaci moment.
- Tieto sú vysoko spoľahlivé.
- Poskytujú vysokorýchlostný výkon.
- Sú vhodné pre aplikácie s nestabilným zaťažením.
Nevýhody striedavých servomotorov zahŕňajú nasledujúce.
- Ovládanie AC servomotora je zložitejšie.
- Tieto motory sa môžu pri neustálom preťažení zlomiť.
- Prevodovky sú často potrebné na prenos výkonu pri vysokých rýchlostiach.
Aplikácie
Aplikácie AC servomotorov zahŕňajú nasledujúce.
- Striedavé servomotory sú použiteľné tam, kde je významná regulácia polohy a zvyčajne sa vyskytuje v polovodičových zariadeniach, robotoch, lietadlách a obrábacích strojoch.
- Tieto motory sa používajú v prístrojoch, ktoré pracujú na servomechanizme ako v počítačoch a zariadeniach na kontrolu polohy.
- AC servomotor sa používa v obrábacích strojoch, robotických strojoch a sledovacích systémoch.
- Tieto servomotory sa používajú v rôznych priemyselných odvetviach kvôli ich účinnosti a všestrannosti.
- AC servomotor sa používa vo väčšine bežných strojov a zariadení, ako sú ohrievače vody, pece, čerpadlá, terénne vozidlá, zariadenia v záhradách atď.
- Mnohé zo zariadení a nástrojov, ktoré sa používajú každý deň v dome, sú poháňané striedavými servomotormi.
Toto je teda prehľad ak servomotory – funkčné s aplikáciami. Tieto motory sa používajú v mnohých aplikáciách, ako sú nástroje, ktoré pracujú na servomechanizme a tiež obrábacie stroje, sledovacie systémy a robotika. Tu je otázka pre vás, čo je indukčný motor?
