Análise detalhada do servo motor DC

Existem dois tipos de servo motores comumente usados: aqueles que operam com energia CA são chamados de servo motores CA, e aqueles que operam com energia CC são chamados de servo motores CC. Este artigo fornece apenas uma análise detalhada de servomotores DC.

A função de um servo motor é converter o sinal de tensão de entrada em deslocamento angular ou saída de velocidade angular no eixo. Em outras palavras, um servo motor refere-se a um motor de controle cuja velocidade e direção mudam com o tamanho e a direção do sinal de tensão de entrada. Os servo motores podem transportar uma certa quantidade de carga e servir como atuadores em sistemas de controle automático, por isso também são chamados de motores executivos.

 

Os requisitos de desempenho para servomotores em sistemas de controle automático podem ser resumidos da seguinte forma.

 

(1) Nenhum fenômeno de auto-rotação. Antes da chegada do sinal de controle, o rotor do servo motor permanece estacionário; Após a chegada do sinal de controle, o rotor gira rapidamente; Quando o sinal de controle desaparecer, o rotor do servo motor deverá parar imediatamente de girar. O fenômeno do motor continuar girando quando o sinal de controle é zero é denominado "autorotação", e a eliminação da autorotação é uma condição necessária para o funcionamento normal do sistema de autocontrole.

(2) Baixa tensão de partida sem carga. Quando o motor está sem carga, a pequena tensão de controle do estado estacionário até a operação contínua do rotor, independente de sua posição, é chamada de tensão de partida. Quanto menor for a tensão de partida, maior será a sensibilidade do motor.

(3) A linearidade das características mecânicas e regulatórias é boa e pode regular a velocidade de maneira suave e estável em uma ampla faixa.

(4) Rápido e responsivo. A constante de tempo eletromecânica é pequena, portanto os servomotores requerem um pequeno momento de inércia.

 

1. Classificação e estrutura de servomotores CC

 

O servo motor DC é um motor DC para fins especiais em sistemas de controle automático. Sua estrutura não difere fundamentalmente dos motores CC gerais e também é composta por duas partes: estator e rotor.

 

A função do estator é estabelecer um campo magnético constante, e os pólos do estator são equipados com enrolamentos de excitação. Em servossistemas CC, servomotores CC eletromagnéticos e de ímã permanente são comumente usados. Atualmente, o método de excitação eletromagnética é um método de excitação separado, e a armadura e o enrolamento de excitação são alimentados por duas fontes de energia independentes.

 

O servo motor DC de ímã permanente com armadura de copo oco consiste em um estator externo e um estator interno, e a armadura de copo oco gira no entreferro entre os estatores interno e externo. O estator externo é feito de material magnético macio como o núcleo de ferro, que é equipado com um enrolamento concentrado (dois pólos magnéticos semicirculares são feitos de ímãs ou magnetizados em um aço magnético circular para gerar pólos N e S). O estator interno é feito de material magnético cilíndrico macio, que serve como parte do circuito magnético e pode reduzir a resistência magnética. Uma armadura é um cilindro oco em forma de copo feito de materiais não magnéticos (como plástico), instalado diretamente no eixo do motor. Um enrolamento formado pela disposição de copos ocos ao longo do eixo circunferencial e curando-os com resina epóxi. A alimentação é aplicada ao enrolamento da armadura através de escovas e desviadores. O comprimento e o diâmetro do núcleo da armadura de um servo motor CC típico são maiores do que os de um motor CC normal, com o objetivo de reduzir o torque do volante e melhorar a velocidade de resposta.

 

Nos últimos anos, com o desenvolvimento da tecnologia, surgiram novas variedades de servo motores DC, como servo motores DC sem escovas.

 

2. Princípio de funcionamento do servo motor CC

 

O princípio de funcionamento dos servomotores CC também é o mesmo dos pequenos motores CC comuns. Para um servo motor CC excitado separadamente, se uma corrente de excitação for aplicada ao enrolamento de excitação para estabelecer um campo magnético constante, um torque eletromagnético será gerado quando o enrolamento da armadura passar pela corrente, fazendo com que o rotor gire. Quando um dos enrolamentos de excitação ou de armadura perde potência, o motor para de girar imediatamente. Ao alterar a magnitude e a direção da corrente de excitação, a velocidade e a direção do motor podem ser alteradas para atender aos requisitos de controle do servo motor. Quando o torque da carga é constante, manter constante a tensão da fonte de alimentação da armadura e controlar a velocidade do motor alterando a corrente de excitação é chamado de controle do campo magnético; Manter a corrente de excitação constante e controlar a velocidade do motor alterando a tensão da fonte de alimentação é chamado de controle de armadura. Devido às características ideais e à precisão deste último, os servomotores CC geralmente adotam o controle de armadura, que utiliza a tensão de armadura como tensão do sinal de controle, enquanto o controle de campo magnético é usado apenas para motores de baixa potência.

 

O princípio básico de funcionamento de um servo motor DC é o mesmo de um motor DC geral. Quando o enrolamento de excitação está conectado a uma tensão constante, o enrolamento da armadura que recebe o sinal de controle recebe o sinal de tensão de controle. Quando a corrente flui através do enrolamento da armadura, o fluxo magnético gerado por ela interage com o fluxo magnético gerado pelo enrolamento de excitação para gerar torque eletromagnético, fazendo com que a armadura gire. Ao alterar o tamanho do sinal de tensão de controle, a velocidade do motor pode ser alterada para atingir o objetivo de regulação da velocidade.

 

Ao usar servomotores servo CC, as seguintes precauções devem ser tomadas:

 

① Ao usar um servo motor CC controlado por armadura eletromagnética, a energia de excitação deve ser conectada primeiro e, em seguida, a tensão da armadura deve ser aplicada. Durante a operação, é aconselhável evitar ao máximo a queda de energia do enrolamento de excitação para evitar corrente excessiva de armadura e velocidade excessiva do motor.

② Ao selecionar diferentes formas de fontes de alimentação para controle de armadura, é importante deixar margem apropriada em sua capacidade.