Az egyenáramú szervomotor részletes elemzése

A leggyakrabban használt szervomotoroknak két típusa van, a váltakozó árammal működőket váltóáramú szervomotoroknak, az egyenáramról működőket pedig egyenáramú szervomotoroknak nevezzük. Ez a cikk csak az egyenáramú szervomotorok részletes elemzését tartalmazza.

A szervomotor feladata, hogy a bemeneti feszültségjelet szögeltolódássá vagy szögsebesség-kimenetté alakítsa a tengelyen. Más szavakkal, a szervomotor olyan vezérlőmotorra utal, amelynek sebessége és iránya a bemeneti feszültségjel méretével és irányával változik. A szervomotorok bizonyos mértékű terhelést hordozhatnak, és működtetőként szolgálhatnak az automatikus vezérlőrendszerekben, ezért végrehajtó motoroknak is nevezik őket.

 

Az automatikus vezérlőrendszerekben található szervomotorok teljesítménykövetelményei a következőkben foglalhatók össze.

 

(1) Nincs önforgási jelenség. A vezérlőjel megérkezése előtt a szervomotor forgórésze álló helyzetben marad; A vezérlőjel megérkezése után a rotor gyorsan forog; Amikor a vezérlőjel eltűnik, a szervomotor forgórészének azonnal le kell állítania a forgást. Azt a jelenséget, hogy a motor tovább forog, amikor a vezérlőjel nulla, "önforgásnak" nevezzük, és az önforgás megszüntetése az önszabályozó rendszer normál működésének szükséges feltétele.

(2) Alacsony üresjárati indítófeszültség. A motor tehermentesítésekor a forgórész álló állapotából a forgórész folyamatos működéséhez vezető kis vezérlőfeszültséget, annak helyzetétől függetlenül, indítófeszültségnek nevezzük. Minél kisebb az indítófeszültség, annál nagyobb a motor érzékenysége.

(3) A mechanikai és szabályozási jellemzők linearitása jó, és simán és stabilan szabályozhatja a sebességet széles tartományban.

(4) Gyors és érzékeny. Az elektromechanikus időállandó kicsi, ezért a szervomotorok kis tehetetlenségi nyomatékot igényelnek.

 

1. Az egyenáramú szervomotorok osztályozása és felépítése

 

Az egyenáramú szervomotor egy speciális célú egyenáramú motor az automatikus vezérlőrendszerekben. Felépítése alapvetően nem különbözik az általános egyenáramú motorokétól, ráadásul két részből áll: állórészből és forgórészből.

 

Az állórész feladata állandó mágneses tér létrehozása, az állórész pólusai pedig gerjesztő tekercsekkel vannak ellátva. Az egyenáramú szervorendszerekben általában elektromágneses és állandó mágneses egyenáramú szervomotorokat használnak. Jelenleg az elektromágneses gerjesztési módszer külön gerjesztési módszer, és az armatúrát és a gerjesztő tekercset két független áramforrás táplálja.

 

Az üreges csésze armatúra állandó mágneses egyenáramú szervomotor egy külső állórészből és egy belső állórészből áll, az üreges csésze armatúra pedig a belső és a külső állórész közötti légrésben forog. A külső állórész vasmagként lágy mágneses anyagból készül, amely koncentrált tekercseléssel van felszerelve (két félkör alakú mágneses pólust mágnesből készítenek, vagy körkörös mágneses acélra mágneseznek N és S pólusok létrehozására). A belső állórész hengeres lágy mágneses anyagból készül, amely a mágneses áramkör részeként szolgál, és csökkentheti a mágneses ellenállást. Az armatúra egy üreges csésze alakú, nem mágneses anyagokból (például műanyagból) készült henger, amelyet közvetlenül a motor tengelyére szerelnek fel. Egy tekercs, amelyet úgy alakítanak ki, hogy üreges csészéket helyeznek el a kerületi tengely mentén, és epoxigyantával keményítik. A tápellátást az armatúra tekercsére kefék és terelők biztosítják. Egy tipikus egyenáramú szervomotor armatúra maghossza és átmérője nagyobb, mint a hagyományos egyenáramú motoroké, azzal a céllal, hogy csökkentsék a lendkerék nyomatékát és javítsák a reakciósebességet.

 

Az elmúlt években a technológia fejlődésével az egyenáramú szervomotorok új fajtái jelentek meg, mint például a kefe nélküli egyenáramú szervomotorok.

 

2. Az egyenáramú szervomotor működési elve

 

Az egyenáramú szervomotorok működési elve is megegyezik a hagyományos kis egyenáramú motorokéval. Külön gerjesztésű egyenáramú szervomotor esetén, ha a gerjesztőtekercsre gerjesztőáramot vezetnek állandó mágneses tér létrehozása érdekében, akkor elektromágneses nyomaték keletkezik, amikor az armatúra tekercs áthalad az áramon, ami a forgórész forgását okozza. Ha a gerjesztő tekercs vagy az armatúra tekercs egyike elveszti teljesítményét, a motor azonnal leáll. A gerjesztőáram nagyságának és irányának változtatásával a motor fordulatszáma és iránya módosítható, hogy megfeleljen a szervomotor szabályozási követelményeinek. Ha a terhelési nyomaték állandó, az armatúra tápfeszültségének állandó tartását és a motor fordulatszámának a gerjesztőáram változtatásával történő szabályozását mágneses mező szabályozásnak nevezzük; A gerjesztőáram állandóan tartását és a motor fordulatszámának szabályozását a tápfeszültség változtatásával armatúravezérlésnek nevezzük. Ez utóbbi ideális jellemzői és pontossága miatt az egyenáramú szervomotorok általában armatúra vezérlést alkalmaznak, amely az armatúra feszültségét használja vezérlőjel feszültségként, míg a mágneses mező vezérlését csak kis teljesítményű motoroknál alkalmazzák.

 

Az egyenáramú szervomotor működési elve megegyezik az általános egyenáramú motoréval. Ha a gerjesztő tekercs állandó feszültségre van kötve, akkor a vezérlőjelet fogadó armatúra tekercs kapja a vezérlőfeszültség jelét. Amikor az áram átfolyik az armatúra tekercsen, az általa generált mágneses fluxus kölcsönhatásba lép a gerjesztő tekercs által generált mágneses fluxussal, elektromágneses nyomatékot generálva, ami az armatúra forgását okozza. A vezérlőfeszültség jel méretének változtatásával a motor fordulatszáma megváltoztatható a fordulatszám szabályozási cél elérése érdekében.

 

Egyenáramú szervomotorok használatakor a következő óvintézkedéseket kell betartani:

 

① Elektromágneses armatúrával vezérelt DC szervomotor használatakor először a gerjesztő teljesítményt kell csatlakoztatni, majd az armatúra feszültségét kell alkalmazni. Működés közben ajánlatos a lehető legnagyobb mértékben elkerülni a gerjesztő tekercs áramkimaradását, hogy elkerüljük a túlzott armatúraáramot és a motor túlfordulását.

② Az armatúravezérlő tápegységek különböző formáinak kiválasztásakor fontos, hogy megfelelő tartalékot hagyjunk a kapacitásukban.