Vad är en servomotor? En detaljerad förklaring av dess arbetsprincip och tillämpningar

Vad är en servomotor?

A servomotor består typiskt av ett komplett servosystem som inkluderar motorn, en högprecisionsekodare (eller annan återkopplingssensor), en servodrift och en huvudkontrollerare. Till skillnad från konventionella motorer förlitar sig detta system på en sluten återkopplingsreglermekanism, vilket möjliggör högprecisionsstyrning av position, hastighet och vridmoment i realtid enligt kommandon, samt snabb respons.

Hur fungerar en servomotor?

Precisionen hos en servomotor beror på dess reglersystem i form av en sluten krets. Detta system uppnår högpresterande reglering genom en kontinuerlig cykel av kommando, återkoppling och korrigerande justering: den överordnade styrenheten skickar först ett kommandosignal som anger målpositionen; servoförstärkaren förstärker sedan denna signal till en högeffektström som driver motorn. Samtidigt övervakar motorns inbyggda kodare eller sensor den faktiska positionen och hastigheten i realtid och skickar återkoppling till förstärkaren. Förstärkaren jämför kontinuerligt mål- och faktiskposition med hjälp av reglerstrategier såsom PID-algoritmer. När en avvikelse upptäcks (till exempel på grund av lastförändringar) justeras omedelbart utströmmen av ström för dynamisk korrigerande justering. Hela processen slutförs inom millisekunder, vilket gör att motorn snabbt når och exakt behåller målpositionen och förblir stabil även vid yttre störningar. Detta presterar betydligt bättre än öppna system såsom stegmotorer vad gäller moment, hastighet och positionsreglering.

Typ av servomotor
Servomotorer kan delas upp i DC-servomotorer och AC-servomotorer beroende på typ av strömförsörjning.

• Motorer med en effekt av högst 50 W
  
  Under AC-strömförsörjning delas motorer huvudsakligen upp i permanentmagnet synkrona servomotorer (PMSM) och asynkrona servomotorer (ASM), beroende på deras arbetsprincip och konstruktion. PMSM erbjuder fördelar såsom hög precision och snabb respons, och används omfattande inom högprecisionstyrda tillämpningar såsom industriroboter, CNC-maskiner, halvledarutrustning och automatiserade produktionslinjer. Asynkrona servomotorer är å andra sidan mer lämpliga för utrustning med hög effekt, hög hastighet och relativt låga krav på precision, såsom centrifuger, kompressorer med mera.
• DC servo motorer
  
  När de drivs med likström klassificeras servomotorer huvudsakligen som borstade likströms-servomotorer och borstlösa likströms-servomotorer (BLDC), beroende på deras struktur och driftsätt. Den centrala skillnaden mellan de två ligger i deras kommuteringsmetod: borstade servomotorer använder mekanisk kommutering och är beroende av fysisk kontakt mellan borstar och en kommutator; medan BLDC-servomotorer använder elektronisk kommutering och utnyttjar positionsensorer och aktuatorer för exakt kontroll. För närvarande har BLDC-servomotorer, med sina betydande fördelar vad gäller prestanda, tillförlitlighet och livslängd, gradvis ersatt borstade motorer och blivit det dominerande valet för servoapplikationer som kräver hög precision och tillförlitlighet.

Servomotorers användningsområden

Servomotorernas unika egenskaper gör dem oumbärliga inom ett brett fält av användningsområden:

• Industriell automation: Robotik, CNC-maskiner, förpackningsutrustning, m.m.
• Robotik: Kontroll av leder i robotarmar och ben med exakt rörelse.
• Konsumentelektronik: Driva linsen i kameran för att uppnå autofocus och styra rörelsen av print-huvudet i högkvalitativa 3D-skrivare.
• Medicinsk utrustning: Driva exakta verktyg i kirurgiska robotar och styra vätskepumpar i diagnostiska maskiner.

Utmärkta servomotorer

• NEMA 23 integrerad likströms-servomotor : en borstlös likströmsmotor i storlek 57 mm integrerad med en 16-bitars kodare och en servodrift.
  
• EtherCAT AC-servomotor : Servomotor som täcker den vanligaste effektomfattningen från 0,05 kW till 7,5 kW med en 17-bitars flervarvsmagnetisk absolutkodare. Servodriften stöder både enfas och trefas elsystem med EtherCAT-kommunikation.
  
• Puls AC-servomotor : Servomotor som täcker den vanligaste effektomfattningen från 0,05 kW till 7,5 kW med en 17-bitars flervarvsmagnetisk absolutkodare. Servodriften stöder både enfas och trefas elsystem med pulskommunikation.