Was ist ein Dc-Servomotor?
Dc-Servomotoren sind Servomotoren, die mit Gleichstrom arbeiten.
Dc-Servomotoren sind Motoren, die als Reaktion auf Steuersignale präzise Bewegungen ausführen und in Präzisionsgeräten usw. eingesetzt werden. Dc-Servomotoren erfassen und regeln die Geschwindigkeit und Position des Motors, daher werden üblicherweise Produkte verwendet, die den Motor mit einem Geschwindigkeits- und Positionssensor wie einem Encoder oder Resolver kombinieren. DC-Servomotoren werden zur Steuerung der Geschwindigkeit und Position des Motors verwendet.
Um einen Gleichstrommotor in Drehung zu versetzen, muss der dem Motor zugeführte Strom über ein Bauteil, die so genannte Bürste, an die sich drehende Welle weitergeleitet werden, was aufgrund der Abnutzung der Bürste zu Verschleißerscheinungen führt und eine regelmäßige Wartung erfordert.
Anwendungen von Dc-Servomotoren
Dc-Servomotoren werden häufig in Industrierobotern eingesetzt, die eine präzise Steuerung erfordern. Sie geben Geschwindigkeit und Drehmoment als Reaktion auf Signale von der Robotersteuerung eines Industrieroboters schneller ab als Allzweckmotoren und fungieren als Aktoren für die präzise Bewegung von Roboterarmen und dergleichen.
Dc-Servomotoren werden auch für den Lenkwinkelantrieb von funkgesteuerten Fahrzeugen, den Antrieb der XYZ-Achse von Werkzeugmaschinen, den Positionierantrieb von Präzisionsgeräten usw. verwendet. Es ist wichtig, einen Dc-Servomotor entsprechend der Leistungs- und Drehmomentkapazität, der Genauigkeit und der Reaktionsgeschwindigkeit auszuwählen, die für das zu verwendende Gerät erforderlich sind.
Funktionsweise der Dc-Servomotoren
Ein Dc-Servomotoren besteht aus einem „Motor“, einem „Geber“ und einem „Regler“ und setzt sich zusammen aus einem Permanentmagneten, einem in zwei oder mehr Teile geteilten Eisenkern (Rotor), um jeden Eisenkern gewickelten Spulen, Elektroden und Bürsten, die Strom durch die Spulen leiten.
Das Funktionsprinzip eines Dc-Servomotors wird für den Motor und die anderen Funktionen getrennt erläutert.
1. Motor
Der Motor wird durch die Lorentzkraft angetrieben, die von zwei Quellen erzeugt wird: dem Strom, der durch die Spule fließt, und dem Magnetfeld des Permanentmagneten, das den Eisenkern in Drehung versetzt. Wenn der Strom durch die Spulen fließt, wird der Gleichstrom von außen über Bürsten zum Eisenkern geleitet und auf die Spulen übertragen. Da der Strom direkt zu den Spulen geleitet wird, kann die Lorentzkraft schnell kontrolliert werden und die Reaktionsgeschwindigkeit ist hoch.
2. Andere Funktionen
Dc-Servomotoren drehen den Motor, um mit Hilfe eines von einer externen Steuerung übertragenen Befehlssignals einen vorgegebenen Zielwert zu erreichen. Der am Motor angebrachte Encoder sendet Geschwindigkeits- und Positionsinformationen an den Controller, der auf der Grundlage der Positions- und Geschwindigkeitsinformationen des Encoders als Reaktion auf die vom Controller gesendeten Befehle eine Rückkopplungsregelung durchführt, so dass sich die Drehgeschwindigkeit und die Drehposition des Motors den Zielwerten annähern.
Steuerung von Dc-Servomotoren
Dc-Servomotoren können auf die folgenden drei Arten gesteuert werden.
1. Lageregelung
Der Dc-Servomotor ist mit einem Encoder ausgestattet, einem Sensor, der den Drehwinkel und die Position erfasst und die Drehgeschwindigkeit und Position an den Regler zurückmeldet. Wird eine Positionsabweichung von der Sollposition festgestellt, wird ein Positionskorrekturbefehl ausgegeben, indem ein Verstärkungsfaktor auf den Abweichungsbetrag angewandt wird, was eine hochpräzise Steuerung ermöglicht, um den Motor in die gewünschte Position zu bewegen und den Motor anzuhalten.
2. Drehzahlregelung
Die einfachste Art, die Drehzahl eines Gleichstrommotors zu regeln, besteht darin, die an den Motor angelegte Spannung zu verändern. Die Drehzahl kann durch den Anschluss eines variablen Widerstands (Volumen) geregelt werden, um die an den Motor angelegte Spannung zu steuern.
Bei Dc-Servomotoren wird die an den Motor angelegte Spannung anstelle eines variablen Widerstands über eine H-Brücke gesteuert, die aus Leistungshalbleitern wie IGBTs und FETs besteht, die in den Servoverstärker integriert sind.
Andererseits muss bei der Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren nicht nur die an den Motor angelegte Spannung, sondern auch die Antriebsfrequenz geändert werden, während bei Gleichstrommotoren nur die Spannung geändert wird, so dass Gleichstrommotoren bei kleinen Motoren zur Drehzahlregelung weit verbreitet sind.
3. Drehmomentregelung
Die Drehmomentregelung von Gleichstrom-Servomotoren basiert auf dem proportionalen Verhältnis zwischen Strom und Drehmoment. Der Strom wird anhand des Spannungswerts des Stromsensors oder des Stromnebenschlusswiderstands ermittelt und der Strom wird so geregelt, dass das Drehmoment durch Rückführung eines Strombefehls auf einem konstanten Wert gehalten wird.
Weitere Informationen über DC-Servomotoren
Arten von Servomotoren
Servomotoren sind so konstruiert, dass sie langlebiger sind als gewöhnliche Motoren, um auch in rauen Umgebungen wiederholt zu arbeiten. Sie lassen sich grob in zwei Typen einteilen: Gleichstrom-Servomotoren und Wechselstrom-Servomotoren.
1. Gleichstrom-Servomotoren
Dc-Servomotoren sind Servomotoren, die von einer Gleichstromversorgung angetrieben werden. Dc-Servomotoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, da sie sich im Vergleich zu Wechselstrommotoren durch eine einfachere Steuerung der Drehbewegung, einen höheren Wirkungsgrad, einen einfacheren mechanischen Aufbau und geringere Kosten auszeichnen. Der Nachteil von Dc-Servomotoren ist jedoch, dass sie mechanische Verschleißteile, die so genannten “Bürsten”, haben, die regelmäßig ausgetauscht und gewartet werden müssen.
2. AC-Servomotoren
AC-Servomotoren sind Servomotoren, die von einer Wechselstromversorgung angetrieben werden und deren Steuerung komplexer ist als die von DC-Motoren. Sie werden jedoch aufgrund ihrer hohen Praxistauglichkeit, z. B. bei kleineren und leichteren Robotern, sowie aufgrund von Fortschritten in der Steuerungstechnik in den meisten Industriebereichen eingesetzt.
Es gibt zwei Arten von Wechselstrommotoren: Synchronmotoren (SM) mit Dauermagneten und Induktionsmotoren (IM) ohne Dauermagneten, wobei die Synchronmotoren derzeit am häufigsten verwendet werden.