Connaissances de base sur les servomoteurs

Connaissances de base sur les servomoteurs

Le mot « servo » vient du mot grec « esclave ». Le « servomoteur » peut être compris comme un moteur qui obéit absolument à la commande du signal de commande : avant l'envoi du signal de commande, le rotor s'arrête ; lorsque le signal de commande est envoyé, le rotor tourne immédiatement ; lorsque le signal de commande disparaît, le rotor peut s'arrêter immédiatement.

Le servomoteur est un micromoteur utilisé comme actionneur dans un dispositif de contrôle automatique. Sa fonction est de convertir un signal électrique en déplacement angulaire ou vitesse angulaire d'un arbre en rotation.

Les servomoteurs sont divisés en deux catégories : les servomoteurs AC et les servomoteurs DC.

La structure de base d'un servomoteur AC est similaire à celle d'un moteur à induction AC (moteur asynchrone). Il y a deux enroulements d'excitation Wf et des enroulements de commande WcoWf avec un déplacement d'espace de phase d'un angle électrique de 90° sur le stator, connectés à une tension alternative constante et utilisant la tension alternative ou le changement de phase appliqué à Wc pour atteindre l'objectif de contrôle du fonctionnement. du moteur. Le servomoteur AC présente les caractéristiques d'un fonctionnement stable, d'une bonne contrôlabilité, d'une réponse rapide, d'une sensibilité élevée et d'indicateurs de non-linéarité stricts des caractéristiques mécaniques et des caractéristiques de réglage (qui doivent être inférieurs à 10 % à 15 % et inférieurs à 15 % à 25 % respectivement).

La structure de base d'un servomoteur à courant continu est similaire à celle d'un 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 une constante, j est le flux magnétique par pôle, Ua, Ia sont la tension d'induit et le courant d'induit, Ra est La résistance d'induit, la modification de Ua ou la modification de φ peuvent contrôler la vitesse du servomoteur à courant continu, mais la méthode de contrôle de la tension d'induit est généralement utilisée. Dans le servomoteur CC à aimant permanent, l'enroulement d'excitation est remplacé par un aimant permanent et le flux magnétique φ est constant. . Le servomoteur CC présente de bonnes caractéristiques de régulation linéaire et une réponse rapide.

Avantages et inconvénients des servomoteurs à courant continu

Avantages : contrôle précis de la vitesse, caractéristiques de couple et de vitesse strictes, principe de contrôle simple, facile à utiliser et prix bon marché.

Inconvénients : commutation des balais, limitation de vitesse, résistance supplémentaire et particules d'usure (ne convient pas aux environnements sans poussière et explosifs)

Avantages et inconvénients du servomoteur AC

Avantages : bonnes caractéristiques de régulation de vitesse, régulation fluide sur toute la plage de vitesse, quasiment aucune oscillation, rendement élevé supérieur à 90 %, moins de génération de chaleur, régulation à grande vitesse, régulation de position de haute précision (en fonction de la précision du codeur), plage de fonctionnement nominale À l'intérieur, peut atteindre un couple constant, une faible inertie, un faible bruit, aucune usure des brosses, sans entretien (convient aux environnements explosifs sans poussière)

Inconvénients : Le contrôle est plus compliqué, les paramètres du variateur doivent être ajustés sur site pour déterminer les paramètres PID et davantage de connexions sont nécessaires.

Les servomoteurs à courant continu sont divisés en moteurs à balais et sans balais

Les moteurs à balais sont peu coûteux, de structure simple, de couple de démarrage élevé, de large plage de régulation de vitesse, faciles à contrôler, nécessitent un entretien, mais faciles à entretenir (remplacer le balai de charbon), génèrent des interférences électromagnétiques, ont des exigences pour l'environnement d'utilisation, et sont généralement utilisés pour des occasions industrielles et civiles courantes sensibles aux coûts.

Les moteurs sans balais sont de petite taille et légers, à rendement élevé et à réponse rapide, à vitesse élevée et à faible inertie, stables en couple et en rotation douce, complexes en contrôle, intelligents, flexibles en mode de commutation électronique, peuvent être commutés en onde carrée ou sinusoïdale, moteur sans entretien, rendement élevé et économie d'énergie, faible rayonnement électromagnétique, faible élévation de température et longue durée de vie, adapté à divers environnements.

Les servomoteurs AC sont également des moteurs sans balais, divisés en moteurs synchrones et asynchrones. Actuellement, les moteurs synchrones sont généralement utilisés dans le contrôle de mouvement. La plage de puissance est large, la puissance peut être grande, l'inertie est grande, la vitesse maximale est faible et la vitesse augmente avec l'augmentation de la puissance. Descente à vitesse uniforme, adaptée aux occasions de fonctionnement à faible vitesse et en douceur.

Le rotor à l'intérieur du servomoteur est un aimant permanent. Le conducteur contrôle l'électricité triphasée U/V/W pour former un champ électromagnétique. Le rotor tourne sous l'action de ce champ magnétique. Dans le même temps, l'encodeur fourni avec le moteur transmet le signal de retour au conducteur. Les valeurs sont comparées pour ajuster l'angle de rotation du rotor. La précision du servomoteur dépend de la précision du codeur (nombre de lignes).

Qu'est-ce qu'un servomoteur ? Combien y a-t-il de types ? Quelles sont les caractéristiques de travail ?

Réponse : Le servomoteur, également connu sous le nom de moteur exécutif, est utilisé comme actionneur dans le système de contrôle automatique pour convertir le signal électrique reçu en une sortie de déplacement angulaire ou de vitesse angulaire sur l'arbre du moteur.

Les servomoteurs sont divisés en deux catégories : les servomoteurs DC et AC. Leurs principales caractéristiques sont qu'il n'y a pas d'auto-rotation lorsque la tension du signal est nulle et que la vitesse diminue à une vitesse uniforme avec l'augmentation du couple.

Quelle est la différence de performances entre un servomoteur AC et un servomoteur DC sans balais ?

Réponse : Les performances du servomoteur AC sont meilleures, car le servo AC est contrôlé par une onde sinusoïdale et l'ondulation du couple est faible ; tandis que le servo DC sans balais est contrôlé par une onde trapézoïdale. Mais la servocommande DC sans balais est relativement simple et bon marché.

Le développement rapide de la technologie des servomoteurs AC à aimant permanent a amené le système servo DC à faire face à la crise de l'élimination. Avec le développement de la technologie, la technologie des servomoteurs CA à aimant permanent a atteint un développement exceptionnel et des fabricants électriques célèbres de divers pays ont continuellement lancé de nouvelles séries de servomoteurs CA et de servomoteurs. Le système d'asservissement AC est devenu la principale direction de développement du système d'asservissement haute performance contemporain, ce qui place le système d'asservissement DC face à la crise de l'élimination.

Par rapport aux servomoteurs CC, les servomoteurs CA à aimant permanent présentent les principaux avantages suivants :

⑴Sans brosse ni collecteur, le fonctionnement est plus fiable et sans entretien.

(2) L'échauffement des enroulements du stator est considérablement réduit.

⑶ L'inertie est faible et le système a une bonne réponse rapide.

⑷ Les conditions de travail à grande vitesse et à couple élevé sont bonnes.

⑸Petite taille et poids léger sous la même puissance.

Principe du servomoteur

La structure du stator du servomoteur AC est fondamentalement similaire à celle du moteur asynchrone monophasé à phase divisée et condensateur. Le stator est équipé de deux enroulements avec une différence mutuelle de 90°, 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, qui est connecté à la tension du signal de commande Uc. Ainsi, le servomoteur AC est également appelé deux servomoteurs.

Le rotor du servomoteur AC est généralement transformé en cage d'écureuil, mais afin de donner au servomoteur une large plage de vitesse, des caractéristiques mécaniques linéaires, aucun phénomène « d'autorotation » et des performances de réponse rapides, par rapport aux moteurs ordinaires, il doit avoir La résistance du rotor est grande et le moment d'inertie est faible. À l'heure actuelle, il existe deux types de structures de rotor largement utilisées : l'une est le rotor à cage d'écureuil avec des barres de guidage à haute résistivité constituées de matériaux conducteurs à haute résistivité. Afin de réduire le moment d'inertie du rotor, le rotor est rendu plus mince ; l'autre est un rotor en forme de coupelle creuse en alliage d'aluminium, la paroi de la coupelle n'est que de 0,2 à 0,3 mm, le moment d'inertie du rotor en forme de coupelle creuse est faible, la réponse est rapide et le fonctionnement est stable, il est donc largement utilisé.

Lorsque le servomoteur AC n'a pas de tension de commande, il n'y a que le champ magnétique pulsé généré par l'enroulement d'excitation dans le stator et le rotor est stationnaire. Lorsqu'il existe une tension de commande, un champ magnétique tournant est généré dans le stator et le rotor tourne dans le sens du champ magnétique tournant. Lorsque la charge est constante, la vitesse du moteur change avec l'amplitude de la tension de commande. Lorsque la phase de la tension de commande est opposée, le servomoteur sera inversé.

Bien que le principe de fonctionnement du servomoteur AC 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 à condensateur, le servomoteur présente trois caractéristiques principales :

1. Grand couple de démarrage : en raison de la grande résistance du rotor, la caractéristique de couple (caractéristique mécanique) est plus proche du linéaire et a un couple de démarrage plus important. Par conséquent, lorsque le stator a une tension de commande, le rotor tourne immédiatement, ce qui présente les caractéristiques d'un démarrage rapide et d'une sensibilité élevée.

2. Large plage de fonctionnement : fonctionnement stable et faible bruit. [/p][p=30, 2, left] 3. Pas de phénomène d'auto-rotation : Si le servomoteur en fonctionnement perd la tension de commande, le moteur s'arrêtera immédiatement de fonctionner.

Qu'est-ce qu'un « micromoteur à transmission de précision » ?

Le « micromoteur de transmission de précision » peut exécuter rapidement et correctement des instructions changeant fréquemment dans le système et entraîner le servomécanisme pour terminer le travail attendu par l'instruction, et la plupart d'entre eux peuvent répondre aux exigences suivantes :

1. Il peut démarrer, arrêter, freiner, faire marche arrière et fonctionner fréquemment à basse vitesse, et possède une résistance mécanique élevée, un niveau de résistance thermique élevé et un niveau d'isolation élevé.

2. Bonne capacité de réponse rapide, couple important, petit moment d'inertie et petite constante de temps.

3. Avec le pilote et le contrôleur (tels que le servomoteur, le moteur pas à pas), les performances de contrôle sont bonnes.

4. Haute fiabilité et haute précision.

La catégorie, la structure et les performances du « micromoteur à transmission de précision »

servomoteur à courant alternatif

(1) Servomoteur AC biphasé de type cage (rotor de type cage mince, caractéristiques mécaniques approximativement linéaires, faible volume et courant d'excitation, servo de faible puissance, fonctionnement à basse vitesse n'est pas assez fluide)

(2) servomoteur AC biphasé à rotor à coupelle non magnétique (rotor sans noyau, caractéristiques mécaniques presque linéaires, grand volume et courant d'excitation, servo de petite puissance, fonctionnement fluide à basse vitesse)

(3) Servomoteur AC biphasé avec rotor à coupelle ferromagnétique (rotor à coupelle en matériau ferromagnétique, caractéristiques mécaniques presque linéaires, grand moment d'inertie du rotor, petit effet d'engrenage, fonctionnement stable)

(4) Servomoteur AC synchrone à aimant permanent (une unité coaxiale intégrée composée d'un moteur synchrone à aimant permanent, d'un tachymètre et d'un élément de détection de position, le stator est triphasé ou biphasé et le rotor en matériau magnétique doit être équipé de un entraînement ; la plage de vitesse est large et les caractéristiques mécaniques sont composées d'une zone de couple constant et d'une zone de puissance constante, qui peuvent être verrouillées en continu, avec de bonnes performances de réponse rapide, une puissance de sortie élevée et une faible fluctuation de couple ; entraînement à onde carrée et sinusoïdale entraînement par ondes, bonnes performances de contrôle et produits chimiques d'intégration électromécanique)

(5) Servomoteur AC triphasé asynchrone (le rotor est similaire au moteur asynchrone de type cage et doit être équipé d'un pilote. Il adopte un contrôle vectoriel et élargit la plage de régulation de vitesse à puissance constante. Il est principalement utilisé dans systèmes de régulation de vitesse de broche de machine-outil)

Servomoteur à courant continu

(1) servomoteur CC à enroulement imprimé (le rotor à disque et le stator à disque sont liés axialement avec de l'acier magnétique cylindrique, le moment d'inertie du rotor est faible, il n'y a pas d'effet d'engrenage, pas d'effet de saturation et le couple de sortie est grand)

(2) servomoteur CC à disque enroulé (le rotor à disque et le stator sont liés axialement avec de l'acier magnétique cylindrique, le moment d'inertie du rotor est faible, les performances de contrôle sont meilleures que celles des autres servomoteurs CC, l'efficacité est élevée et le le couple de sortie est grand)

(3) Moteur à courant continu à aimant permanent à armature de type coupelle (rotor sans noyau, petit moment d'inertie du rotor, adapté au système d'asservissement à mouvement incrémentiel)

(4) servomoteur CC sans balais (le stator est à enroulement multiphasé, le rotor est à aimant permanent, avec 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'emplacements, nombre de pièces de commutation, nombre de conducteurs en série ; couple de sortie élevé, travail continu à basse vitesse ou au point mort, bonnes caractéristiques mécaniques et de réglage, faible constante de temps électromécanique )

(2) Moteur couple CC sans balais (structure similaire au servomoteur CC sans balais, mais plat, avec de nombreux pôles, fentes et conducteurs en série ; couple de sortie élevé, bonnes caractéristiques mécaniques et de réglage, longue durée de vie, pas d'étincelles, pas de bruit faible)

(3) Moteur couple AC de type cage (rotor de type cage, structure plate, grand nombre de pôles et d'encoches, couple de démarrage élevé, faible constante de temps électromécanique, fonctionnement à rotor bloqué à long terme et propriétés mécaniques douces)

(4) Moteur couple AC à rotor solide (rotor solide en matériau ferromagnétique, structure plate, grand nombre de pôles et de fentes, rotor verrouillé à long terme, fonctionnement fluide, propriétés mécaniques douces)

moteur pas à pas

(1) Moteur pas à pas réactif (le stator et le rotor sont constitués de tôles d'acier au silicium, il n'y a pas d'enroulement sur le noyau du rotor et il y a un enroulement de commande sur le stator ; l'angle de pas est petit, la fréquence de démarrage et de fonctionnement est élevée , la précision de l'angle de pas est faible et il n'y a pas de couple autobloquant)

(2) Moteur pas à pas à aimant permanent (rotor à aimant permanent, polarité de magnétisation radiale ; grand angle de pas, faible fréquence de démarrage et de fonctionnement, couple de maintien et consommation d'énergie inférieure à celle du type réactif, mais des impulsions positives et négatives sont requises en courant)

(3) Moteur pas à pas hybride (rotor à aimant permanent, polarité de magnétisation axiale ; précision élevée de l'angle de pas, couple de maintien, faible courant d'entrée, aimant réactif et permanent