Серводвигатели: принцип работы

Сервопривод – это механизм со специальным датчиком для отслеживания заданных параметров, блоком управления и двигателем. Этот механизм предназначен для установки в различное станочное оборудование, а также применения в процессах автоматизации производства. Сервоприводы также активно используются в системах отопления, кондиционирования. В целом они востребованы везде, где нужно задавать движение, а также обеспечивать регулировку ускорения или замедления.

Что такое сервопривод, для чего и где используется?

Сервопривод – это механизм, который подлежит размещению под требуемым углом для фиксации в нужном положении. Он представляет собой силовой агрегат, который управляется посредством отрицательной обратной связи. За счет этого обеспечивается чуткий контроль заданных параметров движения. Сервоприводы также в обязательном порядке оснащаются датчиками и блоком контроля для автоматической поддержки требуемых условий.

Учитывая то, что сервопривод отвечает за главные функции механизма, в случае его выхода из строя, необходим оперативный ремонт серводвигателей. Поэтому его эксплуатацию важно доверять исключительно опытным мастерам. Обслуживание сервоприводов предусматривает замену энкодеров и резольверов, изношенных подшипников и т.д. Однако перед тем, как выполнить ремонт сервомоторов, важно также позаботиться о профессиональной диагностике. При этом стоит исключить попытки самостоятельного определения для последующего устранения проблемы. Они могут привести только к повторной поломке и полному выходу из строя сервомотора.

Если посмотреть на сферы применения, то чаще всего сервоприводы используются в робототехнике и в процессе создания манипуляторов. Они также необходимы для работы систем «теплого пола». Применение сервомоторов обеспечивает возможность автоматической регулировки температуры путем ее понижения или повышения.

Серводвигатели также нашли свое применение в автомобилестроении. Они интегрируются с замками. К тому же их используются для переключения скоростей в автоматической КПП и переключения режимов климата.

Без сервоприводов нельзя обойтись и в грузовом оборудовании. Эти механизмы предназначены для подбора подходящего режима работы. Они необходимы для того, чтобы захватить, поднять, транспортировать, опустить или отпустить предмет любого размера и веса.

Следует заметить, что сервоприводы могут использоваться и во многих других отраслях. Они будут востребованы везде, где нужен точный контроль движения вала.

Принцип действия и конструкция устройства

Работа сервомоторов основывается на командах управления, которые содержатся в специальной программе. Например, в станках ЧПУ управление осуществляется при помощи стойки числового программного управления. При получении команды создается определенное напряжение, передающееся для питания привода. В результате этого действия в сервомоторе начинает вращаться ходовой винт, с которым связан датчик и исполнительный орган станочного оборудования.

Программное обеспечение предусматривает, что определенное количество сигналов с датчика соответствует конкретному расстоянию, которое прошел исполняющий механизм. Следовательно, при получении требуемого количества импульсов выдается нулевое значение выходного напряжения. После этого происходит остановка серводвигателя.

Конструкция сервомотора предусматривает наличие:

• ротора;
• статора;
• комплектующих для коммутации;
• энкодера;
• узла управления и контроля;
• системы включения и выключения;
• корпуса.

Главной конструктивной особенностью сервомоторов считается возможность управления этими силовыми агрегатами посредством изменения скорости вращения ротора, момента и положения. Еще одна особенность заключается в наличии обратной связи.

Для включения и выключения такого мотора используются резисторы, потенциометры и микропроцессоры. Основу работы серводвигателей составляет принцип сравнения заданного значения и показателей датчиков.

Основные характеристики:

При выборе сервомоторов стоит обратить внимание на такие характеристики как:

• Усиление на валу. От этого показателя зависит крутящий момент. Поэтому он является определяющей характеристикой. В паспорте сервомотора часто указывается сразу несколько показателей для разных значений напряжения.
• Скорость поворота. Данный параметр также влияет на работу сервопривода. Скорость поворота указывается в параметре времени.
• Тип устройства. Существует 2 варианта – цифровой и аналоговый. Для управления первым вариантом используются кодовые команды, последовательная передача которых выполняется через интерфейс. Для управления аналоговыми устройствами подаются частоты с определенным параметрами.
• Питание. Чаще всего данный показатель находится в пределах с 4,8 до 7,2 В.
• Угол поворота. Данный параметр может быть равен 180 или 360 градусам.

Как осуществляется управление серводвигателем, Сервомоторы работают по следующему алгоритму:

• Получение входящих управляющих импульсов со значением угла поворота или скорости и направления вращения.
• Сравнение полученного значения с показателями на датчике.
• Действие электропривода, соответствующее полученной команде. Это может быть поворот, замедление, ускорение и т.д.

Чтобы задать сервомотору требуемое действие, нужно послать управляющий сигнал. Определение положения, которое должен занять сервопривод, зависит от длины импульсов. Полученный импульс сравнивается с значениями заложенных команд. Например, если длина двух импульсов разная, то происходит включение электромотора. Если же длины импульсов одинаковые, то происходит его остановка.

Где и для чего применяется?

Чаще всего сервомоторы используются в точных приборах, программируемых станках, робототехнике и т.д. Данные механизмы нашли свою популярность в авиамоделировании.

Сегодня происходит развитие и изменение сервоприводов. В сервомоторах, которые сегодня выпускаются на рынке увеличилось количество обмоток. Также произошло увеличение скорости разгона и вращения. Теперь обмотки размещаются даже снаружи магнита. За счет этого решения повышается КПД устройств.

Современные технологии также позволили отказаться от коллектора и использовать постоянные магниты ротора. Сегодня самыми востребованными на рынке можно назвать серводвигатели, функционирующие от программируемого контроллера. Применение таких устройств позволяет создать высокоточные приборы и современную технику.

Такой фактор как высокая точность, поспособствовал развитию и востребованности сервомоторов. К тому же современные цифровые разработки используют компьютер как для настройки, так и управления этими устройствами. За счет этого обеспечивается упрощение работы.

Остается добавить, что серводвигатели необходимы для перемещения выходного вала в требуемое положение и его автоматического удержания. К тому же с их помощью задаются движения механизма, которые координируются вращениями вала.