Что такое серводвигатель постоянного тока?

Что такое серводвигатель постоянного тока?

Серводвигатель постоянного тока — это серводвигатель, работающий на постоянном токе.

Серводвигатели постоянного тока используются в точном оборудовании и т. д. Поскольку серводвигатели постоянного тока управляются путем определения скорости и положения двигателя, они обычно интегрируются с двигателем и датчиком, который определяет скорость и положение, например, энкодером или резольвером. Двигатель управляется датчиком, который определяет скорость и положение двигателя.

Чтобы вращать двигатель постоянного тока, ток, подаваемый на двигатель, должен передаваться на вращающийся вал с помощью компонента, называемого щеткой, который изнашивается из-за износа щетки, что требует периодического обслуживания.

Применение серводвигателей постоянного тока

Рисунок 1. Использование серводвигателей постоянного тока

Серводвигатели постоянного тока широко используются в промышленных роботах, которым требуется точное управление. По сравнению с двигателями общего назначения, серводвигатели постоянного тока быстрее реагируют на сигналы от контроллеров промышленных роботов для вывода скорости вращения и крутящего момента, а также функционируют как приводы для точного перемещения рук робота и других деталей.

Серводвигатели постоянного тока также используются для привода угла поворота рулевого колеса радиоуправляемых транспортных средств, привода осей XYZ станков, позиционирующего привода прецизионного оборудования и т. д. Важно правильно выбрать серводвигатель постоянного тока в соответствии с уровнем выходной мощности и крутящего момента, точностью и скоростью отклика, требуемыми используемым оборудованием.

Принцип работы серводвигателя постоянного тока

Рисунок 2. Принцип работы серводвигателей постоянного тока

Серводвигатель постоянного тока состоит из «двигателя», «энкодера» и «контроллера». Он состоит из постоянного магнита, железного сердечника (ротора), разделенного на две или более частей, катушек, намотанных вокруг каждого железного сердечника, электродов и щеток, которые пропускают ток через катушки.

Принцип работы серводвигателя постоянного тока объясняется отдельно для двигателя и других функций.

1. Двигатель

Двигатель вращается силой Лоренца, которая генерируется из двух источников: тока, текущего в катушке, и магнитного поля постоянного магнита, которое заставляет вращаться железный сердечник. При подаче тока на катушки, постоянный ток извне передается через щетки на железный сердечник, а затем на катушки. Поскольку ток передается непосредственно на катушку, силу Лоренца можно быстро контролировать, а скорость отклика высокая.

2. Другие функции

Серводвигатели постоянного тока используют командные сигналы, передаваемые от внешнего контроллера, для вращения двигателя для достижения заданного целевого значения. Энкодер, подключенный к двигателю, отправляет информацию о скорости и положении на контроллер, который выполняет управление с обратной связью на основе информации о положении и скорости от энкодера в ответ на команды, отправленные с контроллера, так что скорость вращения двигателя и положение вращения приближаются к целевым значениям.

Управление серводвигателем постоянного тока

Рисунок 3. Управление серводвигателями постоянного тока

Серводвигатели постоянного тока можно управлять следующими тремя способами

1. Управление положением

Серводвигатели постоянного тока оснащены энкодером, датчиком, который определяет угол поворота и положение и возвращает обнаруженную скорость вращения и положение контроллеру. Если обнаружено отклонение положения от командного положения, выдается команда коррекции положения путем применения коэффициента усиления к величине отклонения, чтобы обеспечить высокоточное управление, которое перемещает двигатель в желаемое положение, а затем останавливает двигатель.

2. Управление скоростью

Самый простой способ управления скоростью двигателя постоянного тока — это изменение напряжения, подаваемого на двигатель. В случае серводвигателя постоянного тока для управления скоростью двигателя используется переменный резистор.

Для серводвигателей постоянного тока вместо переменного резистора напряжение, подаваемое на двигатель, контролируется через H-мост, состоящий из силовых полупроводников, таких как IGBT и FET, которые встроены в сервоусилитель.

С другой стороны, управление скоростью двигателей переменного тока требует изменения не только напряжения, подаваемого на двигатель, но и частоты привода, тогда как двигатели постоянного тока широко используются в небольших двигателях для управления скоростью, поскольку они изменяют только напряжение.

3. Управление крутящим моментом

Управление крутящим моментом серводвигателя постоянного тока основано на пропорциональном соотношении между током и крутящим моментом. Таким образом, ток контролируется для поддержания крутящего момента на постоянном значении путем обнаружения тока по значению напряжения датчика тока или резистора шунта тока и обратной связи по токовой команде.

Другая информация о серводвигателе постоянного тока

Типы серводвигателей

Серводвигатели сконструированы так, чтобы быть более долговечными, чем обычные двигатели, для многократной работы даже в суровых условиях, и их можно в целом разделить на два типа: серводвигатели постоянного тока и серводвигатели переменного тока.

1. Серводвигатель постоянного тока
Серводвигатель постоянного тока — это серводвигатель, приводимый в действие источником питания постоянного тока. Серводвигатель постоянного тока используется в самых разных приложениях, поскольку его легче контролировать вращением, и он более эффективен, чем серводвигатель переменного тока, а его простая механическая конструкция делает его недорогим. Однако недостатком серводвигателей постоянного тока является то, что у них есть механические изнашиваемые детали, называемые «щетками», которые требуют периодической замены и обслуживания.

2. Серводвигатель переменного тока
Серводвигатели переменного тока — это серводвигатели, приводимые в действие источником питания переменного тока. По сравнению с двигателями постоянного тока, серводвигатели переменного тока сложнее в управлении, но они используются в оборудовании практически во всех промышленных областях из-за своей высокой практичности, такой как прогресс в технологии управления и тенденция к созданию более компактных и легких роботов.

Существует два типа двигателей переменного тока: синхронные (СМ) двигатели, которые используют постоянные магниты, и асинхронные (ИМ) двигатели, которые не используют постоянные магниты, но в настоящее время в основном используются синхронные двигатели.