А серводвигатель действует как поворотный привод, который в основном используется для преобразования электрического входа в механическое ускорение. Этот двигатель работает на основе сервомеханизма везде, где используется обратная связь по положению для управления скоростью и конечным положением двигателя. Серводвигатели поворачиваются и получают определенный угол в зависимости от поданного сигнала. Серводвигатели имеют небольшие размеры, но очень энергоэффективны. Эти двигатели подразделяются на два типа, такие как серводвигатель переменного тока и серводвигатель постоянного тока, но основное различие между этими двумя двигателями заключается в используемом источнике энергии. Производительность Серводвигатель постоянного тока в основном зависит только от напряжения, тогда как серводвигатель переменного тока зависит как от напряжения, так и от частоты. В данной статье рассматривается один из типов серводвигателей – Серводвигатель переменного тока – работа с приложениями.
Что такое серводвигатель переменного тока?
Тип серводвигателя, который генерирует механическую выходную мощность, используя электрический вход переменного тока в точной форме угловой скорости, называется серводвигателем переменного тока. Выходная мощность, полученная от этого серводвигателя, в основном колеблется от ватт до нескольких 100 ватт. Рабочая частота серводвигателя переменного тока находится в диапазоне от 50 до 400 Гц. Схема серводвигателя переменного тока показана ниже.
Основные характеристики серводвигателей переменного тока в основном включают в себя; это устройства с меньшим весом, обеспечивающие стабильность и надежность в работе, отсутствие шума во время работы, обеспечивающие линейные характеристики крутящего момента и скорости, а также снижение затрат на техническое обслуживание при отсутствии токосъемных колец и щеток.
Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о Типы серводвигателей переменного тока
Конструкция серводвигателя переменного тока
Как правило, серводвигатель переменного тока представляет собой двухфазный асинхронный двигатель. Этот двигатель построен с использованием статора и ротор как обычный асинхронный двигатель. Как правило, статор этого серводвигателя имеет ламинированную структуру. Этот статор включает в себя две обмотки, разнесенные в пространстве на 90 градусов друг от друга. Из-за этого изменения фазы создается вращающееся магнитное поле.
Первая обмотка известна как основная обмотка или также известна как фиксированная фаза или эталонная обмотка. Здесь основная обмотка активируется от источника питания постоянного напряжения, тогда как другая обмотка, такая как обмотка управления или фаза управления, активируется переменным управляющим напряжением. Это управляющее напряжение просто подается от сервоусилителя.
Как правило, ротор доступен в двух типах: с короткозамкнутым ротором и с вращающейся чашкой. Ротор, используемый в этом двигателе, представляет собой обычный ротор клеточного типа, включающий алюминиевые стержни, закрепленные в пазах и закороченные через торцевые кольца. Воздушный зазор поддерживается минимальным для максимального связывания потока. Другой тип ротора, такой как тормозная чашка, в основном используется там, где инерция вращающейся системы становится низкой. Таким образом, это помогает снизить энергопотребление.
Принцип работы серводвигателя переменного тока
Принцип работы серводвигателя переменного тока; во-первых, на основную обмотку пускателя серводвигателя подается постоянное переменное напряжение, а другой вывод статора подключается просто к управляющему трансформатору по всей обмотке управления. Из-за приложенного опорного напряжения вал синхронного генератора будет вращаться с определенной скоростью и займет определенное угловое положение.
Кроме того, вал управляющего трансформатора имеет определенное угловое положение по сравнению с угловой точкой вала синхрогенератора. Таким образом, сравнение двух угловых положений даст сигнал ошибки. В частности, оцениваются уровни напряжения для эквивалентных положений вала, что создает сигнал ошибки. Таким образом, этот сигнал ошибки связан с текущим уровнем напряжения на управляющем трансформаторе. После этого этот сигнал подается на сервоусилитель, так что он формирует неравномерное управляющее напряжение.
С помощью этого приложенного напряжения ротор снова достигает определенной скорости, начинает вращаться и поддерживает ее до тех пор, пока значение сигнала ошибки не достигнет нуля, таким образом достигая предпочтительного положения двигателя в серводвигателях переменного тока.
Передаточная функция серводвигателя переменного тока
Передаточная функция серводвигателя переменного тока может быть определена как отношение L.T (преобразование Лапласа) выходной переменной к L.T (преобразование Лапласа) входной переменной. Таким образом, это математическая модель, которая выражает дифференциальное уравнение, которое сообщает o/p к i/p системы.
Если Т.Ф. (передаточная функция) любой системы известна, то выходной отклик можно рассчитать для различных типов входных данных, чтобы распознать природу системы. Точно так же, если передаточная функция (TF) неизвестна, то ее можно найти экспериментально, просто подав известные входные данные на устройство и изучив выходные данные системы.
Серводвигатель переменного тока представляет собой двухфазный асинхронный двигатель, что означает, что он имеет две обмотки, такие как обмотка управления (основная обмотка возбуждения) и эталонная обмотка (обмотка возбуждения).
Итак, нам нужно выяснить передаточную функцию серводвигателя переменного тока, т. Е. θ (s) / ec (s). Здесь «θ (s) /» — это выход системы, тогда как ex (s) — это вход системы.
Чтобы выяснить передаточную функцию двигателя, нам нужно выяснить, что такое крутящий момент, развиваемый двигателем «Tm», и крутящий момент, развиваемый нагрузкой «Tl». Если мы приравняем условие равновесия вида
Tm = Tl, то можно получить передаточную функцию.
Пусть Tm = крутящий момент, развиваемый двигателем.
Tl = крутящий момент, развиваемый нагрузкой или крутящим моментом нагрузки.
‘θ’ = угловое смещение.
'ω' = d θ/dt = угловая скорость.
‘J’ = момент инерции нагрузки.
«В» — индикатор нагрузки.
Здесь следует учитывать две константы: K1 и K2.
«K1» представляет собой наклон зависимости напряжения фазы управления от характеристики крутящего момента.
«K2» — наклон характеристики скорости крутящего момента.
Здесь момент, развиваемый двигателем, обозначается просто
Tm = K1ec- K2 dθ/dt —–(1)
Момент нагрузки (TL) можно смоделировать, рассмотрев уравнение баланса крутящего момента.
Приложенный крутящий момент = противодействующий крутящий момент из-за J, B
Tl = TJ + TB = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B —–(2)
Мы знаем, что условие равновесия Tm = Tl.
K1ec- K2 dθ/dt = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B
Примените уравнение преобразования Лапласа к приведенному выше уравнению.
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)
Где Km = K1/ B + K2 = коэффициент усиления двигателя.
Tm = J/ B + K2 = постоянная времени двигателя.
Методы управления скоростью серводвигателя переменного тока
Как правило, сервопривод моторы имеют три метода управления, такие как управление положением, управление крутящим моментом и управление скоростью.
Метод управления положением используется для определения величины скорости вращения по внешним входным частотным сигналам. Угол поворота определяется №. импульсов. Положение и скорость серводвигателя могут быть заданы непосредственно через связь. Поскольку положение метода может иметь чрезвычайно строгий контроль над положением и скоростью, он обычно используется в приложении для позиционирования.
В методе управления крутящим моментом выходной крутящий момент серводвигателя задается аналоговым входом по адресу. Он может изменить крутящий момент, просто изменив аналог в режиме реального времени. Кроме того, он также может изменить значение относительного адреса посредством связи.
В режиме управления скоростью скорость двигателя можно контролировать с помощью аналогового входа и импульса. Если есть требования к точности и нет беспокойства по поводу большого крутящего момента, тогда лучше использовать скоростной режим.
Характеристики серводвигателя переменного тока
Характеристики крутящего момента серводвигателя переменного тока показаны ниже. В следующих характеристиках крутящий момент изменяется со скоростью, но не линейно, потому что он в основном зависит от отношения реактивного сопротивления (X) к сопротивление (Р). Низкое значение этого отношения означает, что двигатель имеет высокое сопротивление и низкое реактивное сопротивление, в таких случаях характеристики двигателя более линейны, чем высокое значение отношения реактивного сопротивления (X) к сопротивлению (R).
Преимущества
К преимуществам серводвигателей переменного тока относятся следующие.
- Скоростные характеристики этого мотора хорошие.
- Они выделяют меньше тепла.
- Они обладают высокой эффективностью, большим крутящим моментом на единицу веса, надежностью и сниженным радиочастотным шумом.
- Им требуется меньше обслуживания.
- У них более длительный срок службы при отсутствии коммутатора.
- Эти двигатели способны выдерживать более высокие скачки тока в промышленном оборудовании.
- На высоких скоростях они обеспечивают более постоянный крутящий момент.
- Они очень надежны.
- Они обеспечивают высокую скорость работы.
- Они хорошо подходят для приложений с нестабильной нагрузкой.
К недостаткам серводвигателей переменного тока можно отнести следующее.
- Управление серводвигателем переменного тока сложнее.
- Эти двигатели могут выйти из строя при постоянной перегрузке.
- Коробки передач часто необходимы для передачи мощности на высоких скоростях.
Приложения
Применение серводвигателей переменного тока включает следующее.
- Серводвигатели переменного тока применяются там, где важно регулирование положения и обычно используются в полупроводниковых устройствах, роботах, самолетах и станках.
- Эти двигатели используются в инструментах, которые работают на сервомеханизме, например, в компьютерах и устройствах управления положением.
- Серводвигатель переменного тока используется в станках, робототехнике и системах слежения.
- Эти серводвигатели используются в различных отраслях промышленности из-за их эффективности и универсальности.
- Серводвигатель переменного тока используется в большинстве распространенных машин и приборов, таких как водонагреватели, печи, насосы, внедорожники, садовое оборудование и т. д.
- Многие приборы и инструменты, которые используются каждый день в доме, приводятся в действие серводвигателями переменного тока.
Таким образом, это обзор ac серводвигатели - рабочие с приложениями. Эти двигатели используются во многих приложениях, таких как инструменты, работающие на сервомеханизмах, а также станки, системы слежения и робототехника. Вот вопрос к вам, что такое асинхронный двигатель?
