A servomotor fungerar som ett roterande ställdon som huvudsakligen används för att ändra elektrisk ingång till mekanisk acceleration. Denna motor fungerar baserat på servomekanism varhelst positionsåterkopplingen används för att styra hastigheten och den slutliga placeringen av motorn. Servomotorer vrider och får en viss vinkel baserat på den applicerade ingången. Servomotorer är små i storlek men de är mycket energieffektiva. Dessa motorer är klassificerade i två typer som AC-servomotor och DC-servomotor, men den största skillnaden mellan dessa två motorer är strömkällan som används. Utförandet av en DC servomotor beror främst på spänningen medan en AC-servomotor beror på både spänning och frekvens. Den här artikeln diskuterar en av typerna av servomotorer - en AC servomotor – arbeta med applikationer.
Vad är AC-servomotor?
En typ av servomotor som genererar mekanisk uteffekt genom att använda AC elektrisk input i den exakta vinkelhastighetsformen kallas en AC servomotor. Uteffekten som erhålls från denna servomotor sträcker sig huvudsakligen från watt till några 100 watt. Driftsfrekvensen för växelströmsservomotorer sträcker sig från 50 till 400 Hz. AC-servomotordiagrammet visas nedan.
Huvuddragen hos växelströmsservomotorer inkluderar huvudsakligen; dessa är mindre viktenheter, ger stabilitet och tillförlitlighet inom driften, buller genereras inte under drift, ger linjära vridmoment-hastighetsegenskaper och minskade underhållskostnader när släpringar och borstar inte är närvarande.
Se den här länken för att veta mer om AC-servomotortyper
AC-servomotorkonstruktion
Generellt är en AC-servomotor en tvåfas induktionsmotor. Denna motor är konstruerad med hjälp av en stator och en rotor som en vanlig induktionsmotor. I allmänhet har denna servomotors stator en laminerad struktur. Denna stator innehåller två lindningar som är placerade 90 grader från varandra i rymden. På grund av denna fasvariation genereras ett roterande magnetfält.
Den första lindningen är känd som huvudlindningen eller även känd som fast fas eller referenslindning. Här aktiveras huvudlindningen från konstantspänningskällan medan den andra lindningen, såsom styrlindningen eller styrfasen, aktiveras av den variabla styrspänningen. Denna styrspänning tillförs helt enkelt från en servoförstärkare.
Generellt är rotorn tillgänglig i två typer ekorrbur typ och dragkopp typ. Rotorn som används i denna motor är en vanlig rotor av burtyp inklusive aluminiumstänger fixerade i slitsar och kortslutna genom ändringar. Luftspalten hålls minimal för maximal flödeskoppling. Den andra typen av rotor som en dragkopp används främst där trögheten i det roterande systemet blir låg. Så detta hjälper till att minska strömförbrukningen.
Arbetsprincip för AC Servomotor
Arbetsprincipen för växelströmsservomotorn är; För det första ges en konstant växelspänning vid startmotorns huvudlindning på servomotorn och en annan statorterminal ansluts helt enkelt till styrtransformatorn genom hela styrlindningen. På grund av den applicerade referensspänningen kommer synkrongeneratorns axel att rotera med en specifik hastighet och erhåller en viss vinkelposition.
Dessutom har styrtransformatorns axel ett specifikt vinkelläge som jämförs med vinkelpunkten på synkrogeneratorns axel. Så jämförelsen av två vinkellägen kommer att ge felsignalen. Närmare bestämt utvärderas spänningsnivåerna för de ekvivalenta axelpositionerna, vilket alstrar felsignalen. Så denna felsignal kommunicerar med den aktuella spänningsnivån på styrtransformatorn. Därefter ges denna signal till servoförstärkaren så att den genererar ojämn styrspänning.
Genom denna pålagda spänning uppnår rotorn återigen ett specifikt varvtal, startar varv och bibehåller tills felsignalvärdet når noll så att motorns föredragna position uppnås inom AC-servomotorerna.
Överföringsfunktion för AC-servomotor
AC-servomotorns överföringsfunktion kan definieras som förhållandet mellan L.T (Laplace Transform) för utgångsvariabeln och L.T (Laplace Transform) för ingångsvariabeln. Så det är den matematiska modellen som uttrycker differentialekvationen som säger o/p till i/p för systemet.
Om T.F. (överföringsfunktion) för vilket system som helst är känd, då kan utgångssvaret beräknas för olika typer av ingångar för att känna igen systemets natur. På liknande sätt, om överföringsfunktionen (TF) inte är känd, kan den hittas experimentellt genom att helt enkelt applicera kända ingångar på enheten och studera utdata från systemet.
AC-servomotor är en tvåfas induktionsmotor vilket innebär att den har två lindningar som kontrolllindning (huvudfältlindning) och referenslindning (expirerande lindning).
Så vi måste ta reda på överföringsfunktionen för växelströmsservomotorer, dvs θ(s)/ec(s). Här är 'θ(s)/' utdata från systemet medan ex(s) är ingången till systemet.
För att ta reda på motorns överföringsfunktion måste vi ta reda på vad som är vridmoment som utvecklas av motorn 'Tm' och vridmomentet som utvecklas av belastningen 'Tl'. Om vi likställer jämviktstillståndet som
Tm = Tl, då kan vi få överföringsfunktionen.
Låt, Tm = vridmoment utvecklat av motorn.
Tl = vridmoment utvecklat av belastningen eller belastningsmoment.
'θ' = vinkelförskjutning.
'ω' = d θ/dt = vinkelhastighet.
'J' = tröghetsmoment för lasten.
'B' är laddningsinstrumentet.
Här är de två konstanterna som ska beaktas K1 och K2.
'K1' är lutningen för styrfasspänningen kontra vridmomentegenskaperna.
'K2' är lutningen för hastighetsvridmomentets egenskaper.
Här betecknas vridmomentet som utvecklas av motorn helt enkelt med
Tm = K1ec- K2 dθ/dt —–(1)
Lastvridmomentet (TL) kan modelleras genom att beakta vridmomentbalansekvationen.
Applicerat vridmoment = motsatt vridmoment på grund av J,B
Tl = TJ + TB = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B —–(2)
Vi vet att jämviktstillståndet Tm = Tl.
K1ec- K2 dθ/dt = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B
Tillämpa Laplace-transformekvationen på ovanstående ekvation
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)
Där Km = K1/ B + K2 = motorförstärkningskonstant.
Tm = J/ B + K2 = motorns tidskonstant.
AC-servomotorns hastighetsregleringsmetoder
Generellt servo motorer har tre kontrollmetoder som positionskontroll, vridmomentkontroll och hastighetskontroll.
Positionsstyrningsmetoden används för att bestämma storleken på rotationshastigheten genom externa ingångsfrekvenssignaler. Rotationsvinkeln bestäms av nr. av pulser. Positionen och hastigheten för en servomotor kan tilldelas direkt genom kommunikation. Eftersom metodens position kan ha extremt strikt kontroll över position och hastighet används den normalt inom positioneringsapplikationen.
I vridmomentstyrningsmetoden ställs servomotorns utgående vridmoment in av analog ingång på adressen. Det kan ändra vridmomentet genom att helt enkelt ändra analogt i realtid. Dessutom kan den också ändra värdet på den relativa adressen genom kommunikation.
I hastighetskontrollläge kan motorhastigheten styras med analog ingång och puls. Om det finns precisionskrav och ingen oro för så mycket vridmoment är hastighetsläget bättre.
Egenskaper för AC-servomotor
Vridmomenthastighetsegenskaperna för en växelströmsservomotor visas nedan. I följande egenskaper ändras vridmomentet med hastigheten men inte linjärt eftersom det huvudsakligen beror på förhållandet mellan reaktans (X) och motstånd (R). Det låga värdet på detta förhållande innebär att motorn har hög resistans & låg reaktans, i sådana fall är motoregenskaperna mer linjära än det höga förhållandet för reaktans (X) till resistans (R).
Fördelar
Fördelarna med AC servomotorer inkluderar följande.
- Hastighetskontrollegenskaperna för denna motor är bra.
- De genererar mindre mängd värme.
- De erbjuder hög effektivitet, mer vridmoment per vikt, tillförlitlighet och minskat RF-brus.
- De behöver mindre underhåll.
- De har en längre förväntad livslängd i avsaknad av en kommutator.
- Dessa motorer kan hantera högre strömstötar i industrimaskiner.
- Vid höga varvtal erbjuder de ett mer konstant vridmoment.
- Dessa är mycket pålitliga.
- De ger höghastighetsprestanda.
- Dessa är väl lämpade för instabila lastapplikationer.
Nackdelarna med AC servomotorer inkluderar följande.
- AC servomotorstyrning är svårare.
- Dessa motorer kan brytas av konstant överbelastning.
- Växellådor är ofta nödvändiga för att överföra kraft vid höga hastigheter.
Ansökningar
Tillämpningarna av AC-servomotorer inkluderar följande.
- AC servomotorer är tillämpliga där positionsreglering är betydande och finns vanligtvis i halvledarenheter, robotar, flygplan och verktygsmaskiner.
- Dessa motorer används i instrument som arbetar på servomekanismer som i datorer och positionskontrollenheter.
- AC servomotor används i verktygsmaskiner, robotmaskiner och spårningssystem.
- Dessa servomotorer används i en mängd olika industrier på grund av deras effektivitet och mångsidighet.
- AC-servomotorn används i de flesta vanliga maskiner och apparater som varmvattenberedare, ugnar, pumpar, terrängfordon, utrustning i trädgårdar, etc.
- Många av de apparater och verktyg som används varje dag i huset drivs av AC-servomotorer.
Detta är alltså en översikt över ac servomotorer – fungerar med applikationer. Dessa motorer används i många applikationer som instrument som arbetar på servomekanismer och även verktygsmaskiner, spårningssystem och robotik. Här är en fråga till dig, vad är en induktionsmotor?
