Zusammenfassung zum Thema Servomotoren

Das Wort Servo stammt vom griechischen Wort für Sklave. Ein Servomotor ist ein Motor, der exakt auf das Steuersignal reagiert. Sobald das Steuersignal gesendet wird, setzt sich der Rotor in Bewegung. Sobald das Steuersignal ausbleibt, stoppt der Rotor sofort.

Ein Servomotor ist ein Mikromotor, der als Stellglied in automatischen Steuerungsgeräten eingesetzt wird. Seine Funktion besteht darin, elektrische Signale in eine Winkelverschiebung oder Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Welle umzuwandeln.

Servomotoren werden in zwei Kategorien unterteilt: Wechselstrom-Servomotoren und Gleichstrom-Servomotoren.

Der grundlegende Aufbau eines AC-Servomotors ähnelt dem eines AC-Induktionsmotors. Zwei Erregerwicklungen (Wf) und Steuerwicklungen (WcoWf) mit einer Phasenverschiebung von 90° sind am Stator angeordnet und an eine konstante Wechselspannung angeschlossen. Die Motorsteuerung erfolgt durch Änderung der Wechselspannung oder der Phase an Wc. AC-Servomotoren zeichnen sich durch ruhigen Lauf, gute Regelbarkeit, schnelles Ansprechverhalten, hohe Agilität und geringe Nichtlinearität der mechanischen und Stellkennlinien (weniger als 10 % bis 15 % bzw. weniger als 15 % bis 25 %) aus.

Der grundlegende Aufbau eines Gleichstrom-Servomotors ähnelt dem eines Gleichstrommotors. Die Motordrehzahl n = E/K1j = (Ua - IaRa)/K1j, wobei E die Gegen-EMK des Ankers, K eine Konstante, j der Polfluss, Ua und Ia die Ankerspannung bzw. der Ankerstrom und Ra der Ankerwiderstand sind. Durch Ändern von Ua oder phi lässt sich die Drehzahl des Gleichstrom-Servomotors elektrisch steuern. Üblicherweise wird jedoch die Ankerspannung gesteuert. Bei Permanentmagnet-Gleichstrom-Servomotoren wird die Erregerwicklung durch einen Permanentmagneten ersetzt, dessen magnetischer Fluss phi konstant ist. Gleichstrom-Servomotoren zeichnen sich durch eine gute lineare Regelung und ein schnelles Ansprechverhalten aus.

Vor- und Nachteile von Gleichstrom-Servomotoren

Vorteile: präzise Drehzahlregelung, sehr schwierige Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie, einfaches Steuerungsprinzip, einfache Bedienung, günstiger Preis.

Nachteile: Bürstenumkehr, Geschwindigkeitsbegrenzung, zusätzlicher Widerstand, abrasive Partikel (nicht geeignet für staubfreie und explosionsgefährdete Bereiche)

Vor- und Nachteile von Wechselstrom-Servomotoren

Stärken: Gute Drehzahlregelung, im gesamten Drehzahlbereich ist eine gleichmäßige Regelung möglich, nahezu keine Schwingungen, hoher Wirkungsgrad von über 90 %, geringe Wärmeentwicklung, hohe Drehzahlregelung, hohe Positionsgenauigkeit (abhängig vom Encoder), Nennbetriebsbereich, konstantes Drehmoment möglich, geringes Trägheitsmoment, geringe Geräuschentwicklung, kein Bürstenverschleiß, wartungsfrei (für staubfreie und explosionsgefährdete Bereiche).

Nachteile: Die Steuerung ist komplizierter, die Treiberparameter müssen vor Ort angepasst werden, um die PID-Parameter zu bestimmen, und es ist mehr Verkabelung erforderlich.

Gleichstrom-Servomotoren werden in Bürstenmotoren und bürstenlose Motoren unterteilt.

Bürstenmotoren zeichnen sich durch niedrige Kosten, einfache Struktur, hohes Anlaufdrehmoment, breiten Drehzahlbereich und einfache Steuerung aus. Sie sind wartungsintensiv, was sich jedoch positiv auf den Nutzen auswirkt (bei Kohlebürsten). Zudem erzeugen sie elektromagnetische Störungen und unterliegen gewissen Umweltauflagen. Sie werden üblicherweise in kostensensiblen Industrie- und zivilen Bereichen eingesetzt.

Bürstenloser Motor: geringes Gewicht, hohe Ausgangsleistung, schnelles Ansprechverhalten, hohe Drehzahl, geringe Trägheit, gleichmäßiger Drehmomentverlauf, komplexe Steuerung, intelligente, flexible elektronische Phasenumschaltung, Rechteck- oder Sinuswellen-Phasenumschaltung, wartungsfreier Motor, effiziente Energieeinsparung, geringe elektromagnetische Strahlung, geringe Temperaturerhöhung, lange Lebensdauer, geeignet für verschiedene Umgebungen.

Der AC-Servomotor ist ebenfalls ein bürstenloser Motor und wird in Synchron- und Asynchronmotoren unterteilt. In der aktuellen Bewegungssteuerung wird im Allgemeinen der Synchronmotor verwendet. Sein Leistungsbereich ist sehr groß, die Leistung kann sehr hoch sein, er hat ein großes Trägheitsmoment, die Höchstdrehzahl ist niedrig, die Drehzahl nimmt mit zunehmender Leistung gleichmäßig ab und eignet sich für Anwendungen mit niedriger Drehzahl und sanftem Lauf.

Im Inneren des Servomotorrotors befinden sich Permanentmagnete. Die Drehstrom-Antriebssteuerung U/V/W erzeugt ein elektromagnetisches Feld. Durch die Einwirkung des sich drehenden Rotors in diesem Feld erhält der Motor gleichzeitig ein Encoder-Rückmeldesignal an den Antrieb. Der Rückmeldewert wird mit dem Sollwert verglichen, um den Drehwinkel des Rotors anzupassen. Die Genauigkeit des Servomotors wird durch die Genauigkeit des Encoders (Zeilennummer) bestimmt.

Was ist ein Servomotor? Wie viele Typen gibt es? Welche Einsatzgebiete hat er?

Antwort: Die Servo-Elektro-Idee, auch bekannt als Stellglied-Elektro-Idee, wird in automatischen Steuerungssystemen als Stellglied eingesetzt. Sie wandelt das empfangene elektrische Signal in eine Winkelverschiebung oder Winkelgeschwindigkeit der elektrischen Idee um.