Le mot servo vient du mot grec pour esclave. « Servomoteur » peut être compris comme un moteur qui obéit absolument à la commande du signal de commande : avant que le signal de commande ne soit envoyé, le rotor est à l'arrêt ; Lorsque le signal de commande est envoyé, le rotor tourne immédiatement ; Lorsque le signal de commande est perdu, le rotor peut s'arrêter immédiatement.
Le servomoteur est un micromoteur utilisé comme actionneur dans un dispositif de commande automatique, dont la fonction est de convertir des signaux électriques en déplacement angulaire ou en vitesse angulaire de l'arbre en rotation. Le servomoteur, également connu sous le nom de moteur exécutif, est utilisé comme élément exécutif dans le système de contrôle automatique pour convertir le signal électrique reçu en sortie de déplacement angulaire ou de vitesse angulaire sur l'arbre du moteur.
Classement des servomoteurs
Le servomoteur est divisé en servo AC et servo DC en deux catégories.
La structure de base du servomoteur AC est similaire à celle du moteur à induction AC (moteur asynchrone). Deux enroulements d'excitation Wf et des enroulements de commande WcoWf avec un déphasage de 90 degrés sur le stator sont connectés à une tension alternative constante. Le but de contrôler le fonctionnement du moteur est atteint en utilisant le changement de tension alternative ou de phase appliqué à Wc. Le servomoteur à courant alternatif a les caractéristiques d'un fonctionnement stable, d'une bonne contrôlabilité, d'une réponse rapide, d'une sensibilité élevée et d'un indice de non-linéarité strict des caractéristiques mécaniques et des caractéristiques de réglage (moins de 10 % ~ 15 % et moins de 15 % ~ 25 %, respectivement).
Avantages et inconvénients du servomoteur à courant continu
Avantages: contrôle précis de la vitesse, les caractéristiques de vitesse de couple sont très difficiles, principe de contrôle simple, facile à utiliser, prix bon marché.
Inconvénients : inversion de brosse, limitation de vitesse, résistance supplémentaire, particules d'usure (ne convient pas à un environnement explosif sans poussière).
La structure de base du servomoteur à courant continu est similaire à celle du moteur à courant continu général. Vitesse du moteur n=E/K1j=(Ua-iara)/K1j, où E est la force contre-électromotrice de l'induit, K est constant, j est le flux magnétique par pôle, Ua et Ia sont la tension de l'induit et courant d'induit, Ra est la résistance d'induit, changer Ua ou changer φ, peut contrôler la vitesse du servomoteur à courant continu, mais utilise généralement la méthode de contrôle de la tension d'induit. Dans le servomoteur à courant continu à aimant permanent, l'enroulement de champ est remplacé par un aimant permanent et le flux magnétique φ est constant. Le servomoteur à courant continu a de bonnes caractéristiques de régulation linéaire et une réponse temporelle rapide.
Les avantages et les inconvénients du servomoteur AC
Avantages : bonnes caractéristiques de contrôle de la vitesse, un contrôle en douceur peut être obtenu dans toute la zone de vitesse, presque aucune oscillation, plus de 90 % de rendement élevé, moins de chaleur, contrôle de la vitesse élevée, contrôle de position de haute précision (en fonction de la précision de l'encodeur), fonctionnement nominal zone, peut atteindre un couple constant, une faible inertie, un faible bruit, aucune usure de la brosse, sans entretien (convient à un environnement sans poussière et explosif).
Inconvénients : Le contrôle est plus complexe, et les paramètres du driver doivent être ajustés sur site pour déterminer les paramètres PID, ce qui nécessite plus de câblage.
Les servomoteurs à courant continu sont divisés en moteurs sans balais et sans balais.
Le moteur à balais présente les avantages d'un faible coût, d'une structure simple, d'un grand couple de démarrage, d'une large plage de régulation de vitesse, d'un contrôle facile, d'un besoin d'entretien, mais d'un entretien pratique (balais de charbon), d'interférences électromagnétiques, d'exigences pour l'utilisation de l'environnement, généralement utilisé pour les occasions industrielles et civiles courantes sensibles aux coûts.
Moteur sans balais petit volume, poids léger, grande réponse de sortie, haute vitesse, petite inertie, rotation stable du couple lisse, contrôle complexe, intelligent, mode de commutation électronique flexible, commutation à onde carrée ou sinusoïdale, moteur sans entretien, haute efficacité et économie d'énergie, rayonnement électromagnétique, longue durée de vie à faible élévation de température, adapté à tous les types d'environnement.
Le servomoteur à courant alternatif est également un moteur sans balais, divisé en moteur synchrone et asynchrone, le moteur synchrone est généralement utilisé dans le contrôle de mouvement à l'heure actuelle, sa plage de puissance est large, la puissance peut être très grande, grande inertie, la vitesse la plus élevée est faible, la vitesse diminue uniformément avec l'augmentation de la puissance, adapté à une faible vitesse et à un fonctionnement en douceur
Le rotor à l'intérieur du servomoteur est un aimant permanent et le pilote contrôle l'électricité triphasée U/V/W pour former un champ électromagnétique. Le rotor tourne sous l'action de ce champ magnétique. En même temps, l'encodeur du moteur envoie des signaux de retour au pilote et compare la valeur de retour avec la valeur cible, afin d'ajuster l'angle de rotation du rotor.
Q
Quelle est la différence de performances entre le servomoteur AC et le servomoteur DC sans balais ?
A
Les performances du servomoteur AC sont meilleures, car le servo AC est un contrôle sinusoïdal, l'ondulation du couple est faible; Et le servo CC sans balais est un contrôle d'onde trapézoïdale. Mais la servocommande CC sans balais est plus simple et moins chère.
Le développement rapide de la technologie d'asservissement AC à aimants permanents fait que le système d'asservissement DC est confronté à la crise de l'élimination [/p][p= 30,2, left] Depuis les années 1980, avec le développement du circuit intégré, l'électronique de puissance Technologie et technologie d'entraînement à vitesse variable AC, la technologie d'entraînement servo AC à aimant permanent a fait un développement exceptionnel. De célèbres fabricants électriques ont introduit de nouveaux produits de série de servomoteurs et de servomoteurs à courant alternatif. Le système d'asservissement à courant alternatif est devenu la principale direction de développement du système d'asservissement contemporain à haute performance, ce qui oblige le système d'asservissement à courant continu à faire face à la crise d'être éliminé.
Comparé au servomoteur à courant continu, le servomoteur à aimant permanent à courant alternatif présente les avantages suivants :
(1)Pas de brosse et de collecteur, fonctionnement plus fiable, sans entretien.
(2) Le chauffage de l'enroulement du stator est considérablement réduit.
(3) L'inertie est faible et le système a une bonne réponse rapide.
(4) Les conditions de travail à grande vitesse et à couple élevé sont bonnes.
(5) Petit volume et poids léger sous la même puissance.
Principe du servomoteur
La structure du stator du servomoteur à courant alternatif est fondamentalement similaire à celle du moteur asynchrone à phase divisée à condensateur. Le stator est équipé de deux enroulements avec une différence de position de 90 degrés, l'un est l'enroulement d'excitation Rf, qui est toujours connecté à la tension alternative Uf ; L'autre est l'enroulement de commande L, relié à la tension de signal de commande Uc. Ainsi, le servomoteur AC est également appelé deux servomoteurs.
Le rotor du servomoteur à courant alternatif est généralement de type cage d'écureuil, mais pour que le servomoteur ait une large plage de vitesse, des caractéristiques mécaniques linéaires, aucun phénomène de "rotation" et des performances de réponse rapides, par rapport au moteur ordinaire, il devrait avoir grande résistance du rotor et petit moment d'inertie de ces deux caractéristiques. À l'heure actuelle, il existe deux types de structures de rotor largement utilisées : l'une est le rotor à cage d'écureuil avec une barre de guidage à haute résistivité en matériau conducteur à haute résistivité. Afin de réduire le moment d'inertie du rotor, le rotor est élancé ; L'autre est constitué d'un rotor à coupelle creuse en alliage d'aluminium, la paroi de la coupelle n'est que de 0.2-0.3mm, le rotor à coupelle creuse a un petit moment d'inertie, une réaction rapide et un fonctionnement fluide, il est donc largement utilisé.
Lorsque le servomoteur à courant alternatif n'a pas de tension de commande, le stator n'a qu'un champ magnétique pulsé généré par l'enroulement d'excitation et le rotor est immobile. Lorsqu'il y a une tension de commande, le stator génère un champ magnétique rotatif, le rotor dans le sens de la rotation du champ magnétique rotatif, en cas de charge constante, la vitesse du moteur avec la taille de la tension de commande change, lorsque la phase de la tension de commande est opposée, le servomoteur s'inversera.
Bien que le principe de fonctionnement du servomoteur à courant alternatif soit similaire à celui du moteur asynchrone monophasé à condensateur, la résistance du rotor du premier est beaucoup plus grande que celle du second. Par conséquent, par rapport au moteur asynchrone fonctionnant sur condensateur, le servomoteur présente deux caractéristiques importantes :
1. Grand couple de démarrage : parce que la résistance du rotor est grande, les caractéristiques de couple (caractéristiques mécaniques) sont plus proches de linéaires, et il a un grand couple de démarrage. Par conséquent, lorsque le stator a une tension de commande, le rotor tourne immédiatement, c'est-à-dire qu'il présente les caractéristiques d'un démarrage rapide et d'une sensibilité élevée.
2. Large plage de fonctionnement : bon fonctionnement, faible bruit. [/p][p=30, 2, gauche]3, pas de phénomène de rotation : le servomoteur en fonctionnement, tant que la tension de commande est perdue, le moteur s'arrêtera de tourner immédiatement.
Micro moteur spécial d'entraînement de précision
Le "micro moteur spécial d'entraînement de précision" peut exécuter rapidement et correctement des instructions changeant fréquemment dans le système, entraîner le servomécanisme pour terminer le travail attendu des instructions, dont la plupart peuvent répondre aux exigences suivantes :
1. Peut fréquemment démarrer, arrêter, freiner, marche arrière et à basse vitesse, et haute résistance mécanique, haute résistance à la chaleur, haute isolation.
2. Bonne capacité de réponse rapide, grand couple, petit moment d'inertie, petite constante de temps.
3. Avec entraînement et contrôleur (tels que servomoteur, moteur pas à pas), bonnes performances de contrôle.
4. Haute fiabilité et précision.
Les catégories de micromoteurs d'entraînement de précision ainsi que leur structure et leurs performances sont comparées comme suit :
Servomoteur à courant alternatif
(1) Servomoteur à courant alternatif biphasé de type cage (rotor à cage mince, caractéristiques mécaniques approximativement linéaires, petit volume et courant d'excitation, servo à faible puissance, fonctionnement à basse vitesse non fluide).
(2) Servomoteur AC biphasé à rotor à coupelle non magnétique (rotor à coupelle creuse, caractéristiques mécaniques approximativement linéaires, grand volume et courant d'excitation, servo à faible puissance, bon fonctionnement à basse vitesse).
(3) Servomoteur à courant alternatif biphasé à rotor à coupelle ferromagnétique (rotor à coupelle ferromagnétique avec des caractéristiques mécaniques approximativement linéaires, un grand moment d'inertie du rotor, un petit effet de rainure de dent et un fonctionnement stable).
(4) servomoteur AC à aimant permanent synchrone (composé d'un moteur synchrone à aimant permanent, d'une machine de mesure de vitesse et d'une unité coaxiale d'élément de détection de position, le stator est triphasé ou biphasé, rotor en matériau magnétique, doit être équipé d'un pilote ; large plage de vitesse, caractéristiques mécaniques par zone de couple constant et zone de puissance constante, branchement continu, performances correspondantes rapides bonnes, grande puissance de sortie, faible fluctuation de couple; Entraînement à onde carrée et entraînement à onde sinusoïdale bidirectionnelle, bonnes performances de contrôle, pour les produits d'intégration électromécanique).
(5) servomoteur triphasé asynchrone à courant alternatif (rotor et moteur asynchrone à cage similaires, doit être équipé d'un pilote, contrôle vectoriel, élargir la plage de contrôle de vitesse à puissance constante, principalement utilisé pour le système de contrôle de vitesse de broche de machine-outil).
Servomoteur à courant continu
(1) Servomoteur à courant continu à enroulement imprimé (rotor en forme de disque, stator en forme de disque en acier magnétique cylindrique à liaison axiale, petit moment d'inertie du rotor, pas d'effet de fente, pas d'effet de saturation, couple de sortie élevé).
(2) servomoteur à courant continu bobiné (le rotor et le stator en forme de disque sont liés axialement avec de l'acier magnétique cylindrique, le moment d'inertie du rotor est faible, les performances de contrôle sont meilleures que les autres servomoteurs à courant continu, rendement élevé, couple de sortie élevé).
(3) moteur à courant continu à aimant permanent à armature de type coupelle (rotor à coupelle creuse, petite inertie du rotor, adapté au système d'asservissement à mouvement incrémentiel).
(4) servomoteur CC sans balais (le stator est un enroulement polyphasé, le rotor est un aimant permanent, un capteur de position du rotor, aucune interférence d'étincelle, longue durée de vie, faible bruit).
Moteur couple
(1) Moteur couple à courant continu (structure plate, nombre de pôles, nombre d'encoches, nombre de plaques inverseuses, nombre de conducteurs en série ; gros couple de sortie, fonctionnement continu à basse vitesse ou rotation bloquée, bonnes caractéristiques mécaniques et réglementaires, faible temps électromécanique constant).
(2) moteur couple CC sans balais (similaire à la structure du servomoteur CC sans balais, mais plat, nombre de pôles et nombre de fentes de conducteurs en série; grand couple de sortie, bonnes caractéristiques mécaniques et de réglage, longue durée de vie, pas d'étincelle, faible bruit).
(3) Moteur couple AC de type cage (rotor de type cage, structure plate, plus de fentes polaires, couple de démarrage important, petite constante de temps électromécanique, peut fonctionner longtemps, caractéristiques mécaniques douces).
(4) Moteur couple à courant alternatif à rotor solide (rotor solide en matériau ferromagnétique, structure plate, le nombre de pôles et de fentes, peut être bloqué pendant une longue période, bon fonctionnement, caractéristiques mécaniques douces).
Moteur pas à pas
(1) Moteur pas à pas à réaction (le rotor du stator est en tôle d'acier au silicium, le noyau du rotor n'a pas d'enroulement, le stator a un enroulement de commande; petit angle de pas, fréquence de démarrage et de fonctionnement élevée, faible précision d'angle de pas, pas de couple autobloquant).
(2) moteur pas à pas à aimant permanent (rotor à aimant permanent, polarité d'aimantation radiale ; l'angle de pas est grand, la fréquence de démarrage et de fonctionnement est faible, le couple est maintenu, la consommation d'énergie est inférieure à la formule de réaction, mais le positif et le négatif un courant d'impulsion doit être fourni.
(3) moteur pas à pas hybride (rotor à aimant permanent, polarité d'aimantation axiale ; haute précision de l'angle de pas, maintien du couple, faible courant d'entrée, avantages à la fois du type de réaction et du type d'aimant permanent).
Moteur à réluctance commuté (le rotor fixe est constitué d'une tôle d'acier au silicium, d'un type de pôle convexe et d'un numéro de pôle proche de la structure du moteur pas à pas de réaction à distance de pas est similaire, avec capteur de position du rotor, la direction du couple est indépendante de la direction du courant, la plage de vitesse est petite, bruit fort, caractéristiques mécaniques par région de couple constant, région de puissance constante, région caractéristique série de trois pièces).
Moteur linéaire (structure simple, le rail de guidage peut être utilisé comme conducteur secondaire, adapté au mouvement linéaire alternatif ; performances d'asservissement à grande vitesse, facteur de puissance et efficacité élevés, les performances à vitesse constante sont excellentes).