Променливотоков серво мотор: конструкция, работа, функция за прехвърляне и нейните приложения

А сервомотор действа като въртящ се задвижващ механизъм, който се използва главно за промяна на електрическия вход в механично ускорение. Този двигател работи на базата на сервомеханизъм, където обратната връзка за позицията се използва за контролиране на скоростта и крайното местоположение на двигателя. Серво моторите се въртят и получават определен ъгъл въз основа на приложената входна мощност. Серво моторите са малки по размер, но са много енергийно ефективни. Тези двигатели се класифицират в два типа като сервомотор с променлив ток и сервомотор с постоянен ток, но основната разлика между тези два двигателя е източникът на използвана мощност. Изпълнението на a DC серво мотор главно зависи само от напрежението, докато променливотоковият серво мотор зависи както от напрежението, така и от честотата. Тази статия разглежда един от видовете серво мотори - an AC серво мотор – работа с приложения.

Какво е AC серво мотор?

Тип сервомотор, който генерира механична мощност чрез използване на променливотоков електрически вход в прецизна форма на ъглова скорост, се нарича AC серво мотор. Изходната мощност, получена от този сервомотор, варира главно от вата до няколко 100 вата. Работната честота на променливотоковия серво мотор варира от 50 до 400 Hz. Диаграмата на AC серво мотора е показана по-долу.

Основните характеристики на променливотоковите серво мотори включват главно; това са устройства с по-малко тегло, осигуряващи стабилност и надеждност по време на работа, не се генерира шум по време на работа, осигуряват линейни характеристики на въртящия момент и скоростта и намалени разходи за поддръжка, когато не са налични контактни пръстени и четки.

Моля, вижте тази връзка, за да научите повече за Типове AC серво мотори

Конструкция на AC серво мотор

Като цяло AC серво моторът е двуфазен индукционен двигател. Този двигател е конструиран с помощта на статор и a ротор като нормален асинхронен двигател. Обикновено статорът на този серво мотор има ламинирана структура. Този статор включва две намотки, които са разположени на 90 градуса една от друга в пространството. Поради тази фазова промяна се генерира въртящо се магнитно поле.

Първата намотка е известна като основна намотка или известна още като фиксирана фаза или референтна намотка. Тук основната намотка се активира от източника на захранване с постоянно напрежение, докато другата намотка като контролната намотка или контролната фаза се активира от променливото управляващо напрежение. Това управляващо напрежение просто се доставя от серво усилвател.

Като цяло роторът се предлага в два вида тип кафезна клетка и тип чаша за плъзгане. Роторът, използван в този двигател, е нормален ротор от клетка тип, включващ алуминиеви пръти, фиксирани в слотове и свързани накъсо през крайни пръстени. Въздушната междина се поддържа минимална за максимално свързване на потока. Другият тип ротор, като драг чаша, се използва главно там, където инерцията на въртящата се система е ниска. Така че това помага за намаляване на консумацията на енергия.

Принцип на работа на AC сервомотора

Принципът на работа на променливотоковия серво мотор е; първо, постоянно променливотоково напрежение се подава в главната намотка на стартера на сервомотора и друг извод на статора е свързан просто към управляващия трансформатор в цялата управляваща намотка. Поради приложеното референтно напрежение, валът на синхронния генератор ще се върти с определена скорост и ще получи определено ъглово положение.

В допълнение, валът на управляващия трансформатор има специфична ъглова позиция, която се сравнява с ъгловата точка на вала на синхроногенератора. Така че сравнението на двете ъглови позиции ще осигури сигнал за грешка. По-специално, нивата на напрежение за еквивалентните позиции на вала се оценяват, което произвежда сигнал за грешка. Така че този сигнал за грешка комуникира с настоящото ниво на напрежение в управляващия трансформатор. След това този сигнал се подава към серво усилвателя, така че да генерира неравномерно управляващо напрежение.

Чрез това приложено напрежение роторът отново постига определена скорост, започва да се върти и поддържа, докато стойността на сигнала за грешка достигне нула, така че да се постигне предпочитаната позиция на двигателя в AC сервомоторите.

Трансферна функция на AC серво мотор

Трансферната функция на променливотоковия серво мотор може да се дефинира като съотношението на L.T (трансформация на Лаплас) на изходната променлива към L.T (трансформация на Лаплас) на входната променлива. Така че математическият модел е този, който изразява диференциалното уравнение, което казва o/p към i/p на системата.

Ако T.F. (трансферна функция) на всяка система е известна, тогава изходният отговор може да бъде изчислен за различни типове входове, за да се разпознае природата на системата. По същия начин, ако трансферната функция (T.F) не е известна, тогава тя може да бъде намерена експериментално чрез просто прилагане на известни входове към устройството и изучаване на изхода на системата.

AC серво моторът е двуфазен индукционен двигател, което означава, че има две намотки като управляваща намотка (основна намотка на възбуждане) и референтна намотка (въодушевяваща намотка).

Така че трябва да открием трансферната функция на променливотоковия серво мотор, т.е. θ(s)/ec(s). Тук „θ(s)/“ е изходът на системата, докато ex(s) е входът на системата.

За да разберем трансферната функция на двигателя, трябва да разберем какъв е въртящият момент, развит от двигателя „Tm“ и въртящият момент, развит от товара „Tl“. Ако приравним условието за равновесие като

Tm = Tl, тогава можем да получим трансферната функция.

Нека Tm = въртящ момент, развит от двигателя.
Tl = въртящ момент, развит от товара или въртящ момент на товара.
„θ“ = ъглово изместване.
'ω' = d θ/dt = ъглова скорост.
„J“ = инерционен момент на товара.
„B“ е контролната точка на товара.

Тук двете константи, които трябва да се вземат предвид, са K1 и K2.

„K1“ е наклонът на напрежението на управляващата фаза спрямо характеристиките на въртящия момент.
„K2“ е наклонът на характеристиките на въртящия момент на скоростта.

Тук въртящият момент, развиван от двигателя, се обозначава просто с

Tm = K1ec- K2 dθ/dt —–(1)

Въртящият момент на натоварване (TL) може да бъде моделиран чрез разглеждане на уравнението за баланс на въртящия момент.

Приложен въртящ момент = противоположен въртящ момент, дължащ се на J,B

Tl = TJ + TB = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B —–(2)

Знаем, че условието за равновесие Tm = Tl.

K1ec- K2 dθ/dt = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B

Приложете уравнението за трансформация на Лаплас към горното уравнение

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)

Където Km = K1/ B + K2 = константа на усилването на двигателя.

Tm = J/ B + K2 = времеконстанта на двигателя.

Методи за контрол на скоростта на AC серво мотор

Като цяло, серво двигатели има три метода на управление като контрол на позицията, контрол на въртящия момент и контрол на скоростта.

Методът за контрол на позицията се използва за определяне на размера на скоростта на въртене във външни входни честотни сигнали. Ъгълът на въртене се определя от бр. на варива. Позицията и скоростта на серво мотора могат да бъдат директно зададени чрез комуникация. Тъй като позицията на метода може да има изключително строг контрол върху позицията и скоростта, тогава той обикновено се използва в рамките на приложението за позициониране.

При метода за управление на въртящия момент изходният въртящ момент на серво мотора се задава чрез аналогов вход на адреса. Той може да промени въртящия момент, като просто промени аналога в реално време. В допълнение, той може също да промени стойността на относителния адрес чрез комуникация.

В режим на управление на скоростта скоростта на двигателя може да се контролира чрез аналогов вход и импулс. Ако има изисквания за прецизност и няма загриженост за толкова голям въртящ момент, тогава скоростният режим е по-добър.

Характеристики на AC серво мотор

Характеристиките на скоростта на въртящия момент на променливотоков серво мотор са показани по-долу. В следните характеристики въртящият момент се променя със скоростта, но не линейно, защото зависи главно от съотношението на реактивното съпротивление (X) към съпротива (R). Ниската стойност на това съотношение предполага, че двигателят има високо съпротивление и ниско съпротивление, в такива случаи характеристиките на двигателя са по-линейни от високата стойност на съотношението за реактивно съпротивление (X) към съпротивление (R).

Предимства

Предимствата на AC серво моторите включват следното.

• Характеристиките за контрол на скоростта на този двигател са добри.
• Те генерират по-малко количество топлина.
• Те предлагат висока ефективност, повече въртящ момент на тегло, надеждност и намален радиочестотен шум.
• Те се нуждаят от по-малко поддръжка.
• Те имат по-дълъг живот при липса на комутатор.
• Тези двигатели са в състояние да се справят с по-високи токови удари в индустриални машини.
• При високи скорости те предлагат по-постоянен въртящ момент.
• Те са много надеждни.
• Те осигуряват висока скорост на работа.
• Те са много подходящи за приложения с нестабилно натоварване.

Недостатъците на AC серво моторите включват следното.

• Управлението на AC серво мотора е по-трудно.
• Тези двигатели могат да бъдат счупени от постоянно претоварване.
• Скоростните кутии често са необходими за предаване на мощност при високи скорости.

Приложения

Приложенията на AC серво мотори включват следното.

• Серво моторите с променлив ток са приложими, когато регулирането на позицията е значително и обикновено се среща в полупроводникови устройства, роботи, самолети и машинни инструменти.
• Тези двигатели се използват в инструменти, които работят на сервомеханизъм като в компютри и устройства за контрол на позицията.
• AC серво моторът се използва в машинни инструменти, роботизирани машини и системи за проследяване.
• Тези серво мотори се използват в различни индустрии поради тяхната ефективност и гъвкавост.
• AC серво моторът се използва в най-често срещаните машини и уреди като бойлери, фурни, помпи, превозни средства с висока проходимост, оборудване в градините и др.
• Много от уредите и инструментите, които се използват всеки ден в къщата, се задвижват от AC серво мотори.

По този начин, това е преглед на ак серво мотори - работещи с приложения. Тези двигатели се използват в много приложения като инструменти, които работят със сервомеханизъм, а също и машинни инструменти, системи за проследяване и роботика. Ето един въпрос към вас, какво е асинхронен двигател?