Detaillierte Analyse des Gleichstrom-Servomotors

Es gibt zwei Arten von häufig verwendeten Servomotoren: diejenigen, die mit Wechselstrom betrieben werden, werden als AC-Servomotoren bezeichnet, und diejenigen, die mit Gleichstrom betrieben werden, werden als DC-Servomotoren bezeichnet. Dieser Artikel enthält nur eine detaillierte Analyse von DC-Servomotoren.

Die Funktion eines Servomotors besteht darin, das Eingangsspannungssignal in eine Winkelverschiebung oder Winkelgeschwindigkeit umzuwandeln, die an der Welle ausgegeben wird. Mit anderen Worten bezieht sich ein Servomotor auf einen Steuermotor, dessen Geschwindigkeit und Richtung sich mit der Größe und Richtung des Eingangsspannungssignals ändern. Servomotoren können eine bestimmte Last tragen und als Aktuatoren in automatischen Steuerungssystemen dienen, daher werden sie auch als Executive-Motoren bezeichnet.

 

Die Leistungsanforderungen an Servomotoren in automatischen Steuerungssystemen lassen sich wie folgt zusammenfassen.

 

(1) Kein Selbstrotationsphänomen. Bevor das Steuersignal eintrifft, bleibt der Rotor des Servomotors stationär; Nach Eintreffen des Steuersignals dreht sich der Rotor schnell; Wenn das Steuersignal verschwindet, sollte der Rotor des Servomotors sofort aufhören zu rotieren. Das Phänomen, dass sich der Motor weiter dreht, wenn das Steuersignal Null ist, wird als „Selbstrotation“ bezeichnet. Die Beseitigung der Selbstrotation ist eine notwendige Voraussetzung für den normalen Betrieb des Selbstkontrollsystems.

(2) Niedrige Leerlauf-Startspannung. Bei entlastetem Motor wird die kleine Steuerspannung vom stationären Zustand bis zum Dauerbetrieb des Rotors, unabhängig von seiner Position, als Startspannung bezeichnet. Je kleiner die Startspannung ist, desto höher ist die Empfindlichkeit des Motors.

(3) Die Linearität der mechanischen und regulatorischen Eigenschaften ist gut und die Geschwindigkeit kann über einen weiten Bereich reibungslos und stabil reguliert werden.

(4) Schnell und reaktionsschnell. Die elektromechanische Zeitkonstante ist klein, daher benötigen Servomotoren ein kleines Trägheitsmoment.

 

1. Klassifizierung und Struktur von Gleichstrom-Servomotoren

 

Der DC-Servomotor ist ein spezieller DC-Motor in automatischen Steuerungssystemen. Sein Aufbau unterscheidet sich nicht grundlegend von allgemeinen Gleichstrommotoren und besteht ebenfalls aus zwei Teilen: Stator und Rotor.

 

Die Aufgabe des Stators besteht darin, ein konstantes Magnetfeld aufzubauen, und die Statorpole sind mit Erregerwicklungen ausgestattet. In DC-Servosystemen werden üblicherweise elektromagnetische und Permanentmagnet-DC-Servomotoren verwendet. Derzeit ist die elektromagnetische Erregungsmethode eine separate Erregungsmethode, und der Anker und die Erregerwicklung werden von zwei unabhängigen Stromquellen gespeist.

 

Der Hohlbecheranker-Permanentmagnet-Gleichstromservomotor besteht aus einem Außenstator und einem Innenstator, und der Hohlbecheranker dreht sich im Luftspalt zwischen dem Innen- und dem Außenstator. Der äußere Stator besteht aus weichmagnetischem Material wie der Eisenkern, der mit einer konzentrierten Wicklung ausgestattet ist (zwei halbkreisförmige Magnetpole bestehen aus Magneten oder sind auf einem runden magnetischen Stahl magnetisiert, um Nord- und Südpole zu erzeugen). Der Innenstator besteht aus zylindrischem weichmagnetischem Material, das als Teil des Magnetkreises dient und den magnetischen Widerstand verringern kann. Ein Anker ist ein hohler, becherförmiger Zylinder aus nichtmagnetischen Materialien (z. B. Kunststoff), der direkt auf der Motorwelle montiert ist. Eine Wicklung, die durch die Anordnung hohler Näpfe entlang der Umfangsachse und deren Aushärtung mit Epoxidharz entsteht. Die Stromversorgung erfolgt über Bürsten und Umleiter auf die Ankerwicklung. Die Ankerkernlänge und der Durchmesser eines typischen Gleichstrom-Servomotors sind größer als die eines normalen Gleichstrommotors, mit dem Ziel, das Schwungraddrehmoment zu reduzieren und die Reaktionsgeschwindigkeit zu verbessern.

 

In den letzten Jahren sind mit der Entwicklung der Technologie neue Arten von Gleichstrom-Servomotoren entstanden, beispielsweise bürstenlose Gleichstrom-Servomotoren.

 

2. Funktionsprinzip des Gleichstrom-Servomotors

 

Auch das Funktionsprinzip von Gleichstrom-Servomotoren ist das gleiche wie das von gewöhnlichen kleinen Gleichstrommotoren. Wenn bei einem separat erregten Gleichstrom-Servomotor ein Erregerstrom an die Erregerwicklung angelegt wird, um ein konstantes Magnetfeld aufzubauen, wird ein elektromagnetisches Drehmoment erzeugt, wenn die Ankerwicklung durch den Strom fließt, wodurch sich der Rotor dreht. Wenn eine der Erreger- oder Ankerwicklungen Strom verliert, hört der Motor sofort auf zu rotieren. Durch Ändern der Größe und Richtung des Erregerstroms können Geschwindigkeit und Richtung des Motors geändert werden, um den Steueranforderungen des Servomotors gerecht zu werden. Wenn das Lastdrehmoment konstant ist, wird die Konstanthaltung der Ankerstromversorgungsspannung und die Steuerung der Motordrehzahl durch Änderung des Erregerstroms als Magnetfeldsteuerung bezeichnet. Das Konstanthalten des Erregerstroms und die Steuerung der Motorgeschwindigkeit durch Änderung der Versorgungsspannung wird als Ankersteuerung bezeichnet. Aufgrund der idealen Eigenschaften und Genauigkeit letzterer verwenden Gleichstrom-Servomotoren im Allgemeinen eine Ankersteuerung, die die Ankerspannung als Steuersignalspannung verwendet, während die Magnetfeldsteuerung nur für Motoren mit geringer Leistung verwendet wird.

 

Das grundlegende Funktionsprinzip eines Gleichstrom-Servomotors ist das gleiche wie das eines allgemeinen Gleichstrommotors. Wenn die Erregerwicklung an eine konstante Spannung angeschlossen ist, empfängt die Ankerwicklung, die das Steuersignal empfängt, das Steuerspannungssignal. Wenn der Strom durch die Ankerwicklung fließt, interagiert der von ihr erzeugte Magnetfluss mit dem von der Erregerwicklung erzeugten Magnetfluss, um ein elektromagnetisches Drehmoment zu erzeugen, wodurch der Anker rotiert. Durch Ändern der Größe des Steuerspannungssignals kann die Drehzahl des Motors geändert werden, um das Ziel der Drehzahlregelung zu erreichen.

 

Beim Einsatz von Servo-DC-Servomotoren sind folgende Vorsichtsmaßnahmen zu beachten:

 

① Bei Verwendung eines elektromagnetischen ankergesteuerten Gleichstrom-Servomotors sollte zuerst die Erregerleistung angeschlossen und dann die Ankerspannung angelegt werden. Während des Betriebs ist es ratsam, einen Stromausfall der Erregerwicklung so weit wie möglich zu vermeiden, um einen übermäßigen Ankerstrom und eine Überdrehzahl des Motors zu verhindern.

② Bei der Auswahl verschiedener Formen von Ankersteuerstromversorgungen ist es wichtig, bei deren Kapazität einen angemessenen Spielraum zu lassen.