Vad är servomotor? - Definition, funktion och typer

Vad är en servomotor?

En servomotor (eller servomotor) är ett roterande ställdon eller linjärt ställdon som möjliggör exakt kontroll av vinkel- eller linjärposition, hastighet och acceleration . Den består av en lämplig motor kopplad till en sensor för positionsåterkoppling. Servomotorer används i applikationer som robotik, CNC-maskiner eller automatiserad tillverkning.

Det kräver också en relativt sofistikerad styrenhet, ofta en dedikerad modul designad speciellt för användning med servomotorer. Servomotorer är inte en specifik klass av motorer, även om termen servomotor ofta används för att hänvisa till en motor som lämpar sig för användning i ett slutet styrsystem.

Servomotorer är en del av ett styrsystem med sluten slinga och består av flera delar nämligen en styrkrets, en servomotor, en axel, en potentiometer, en drivväxel, en förstärkare och antingen en kodare eller en resolver. En servomotor är en fristående elektrisk anordning som roterar delar av en maskin med hög effektivitet och stor precision.

Den utgående axeln på denna motor kan flyttas till en specifik vinkel, position och hastighet som en normal motor inte har. Servomotorn använder en vanlig motor och kopplar den till en sensor för positionsåterkoppling.

Regulatorn är den viktigaste delen av servomotorn speciellt designad och använd för detta ändamål. Servomotorn är en mekanism med sluten slinga som innehåller positionsåterkoppling för att styra rotationshastighet eller linjär hastighet och position.

Motorn styrs med en elektrisk signal, antingen analog eller digital, som bestämmer mängden rörelse som representerar det slutliga beordrade läget för axeln. En typ av kodare fungerar som en sensor som ger hastighets- och positionsåterkoppling. Denna krets är inbyggd direkt i motorhuset, som vanligtvis är försett med ett växelsystem.

Mekanism för servomotor

En servomotor är en servomekanism med sluten slinga som använder positionsåterkoppling för att kontrollera dess rörelse och slutliga position. Ingången till dess kontroll är en signal (antingen analog eller digital) som representerar den position som beordras för den utgående axeln.

Motorn är ihopkopplad med någon typ av positionsgivare för att ge positions- och hastighetsåterkoppling. I det enklaste fallet mäts endast positionen. Utgångens uppmätta position jämförs med kommandopositionen, den externa ingången till styrenheten.

Om utgångsläget skiljer sig från det som krävs genereras en felsignal som sedan får motorn att rotera i endera riktningen, allt efter behov för att föra den utgående axeln till lämpligt läge. När positionerna närmar sig minskar felsignalen till noll och motorn stannar.

De allra enklaste servomotorerna använder endast positionsavkänning via en potentiometer och bang-bang-kontroll av sin motor; motorn roterar alltid med full hastighet (eller stoppas). Denna typ av servomotorer används inte i stor utsträckning inom industriell rörelsekontroll, men den utgör grunden för de enkla och billiga servon som används för radiostyrda modeller.

Mer sofistikerade servomotorer använder optiska rotationsgivare för att mäta hastigheten på den utgående axeln och en drivning med variabel hastighet för att styra motorhastigheten. Båda dessa förbättringar, vanligtvis i kombination med en PID-kontrollalgoritm, gör att servomotorn kan föras till sin beordrade position snabbare och mer exakt, med mindre överskridande.

Hur fungerar en servomotor?

En servomotor är en elektromekanisk anordning som genererar vridmoment och hastighet baserat på den tillförda strömmen och spänningen. En servomotor fungerar som en del av kontroll med sluten slinga, och tillhandahåller vridmoment och hastighet som beordras av en servokontroller som använder en återkopplingsenhet för att stänga slingan.

Återkopplingsenheten tillhandahåller information som ström, hastighet eller position till servostyrenheten, som justerar motorns verkan beroende på de beordrade parametrarna.

Servon styrs genom att skicka en elektrisk puls med variabel bredd eller pulsbreddsmodulering (PWM) över styrkabeln. Det finns en lägsta puls, en maxpuls och en repetitionsfrekvens. En servomotor kan normalt endast rotera 90° i varje riktning. Vilket ger totalt 180° rörelse.

Motorns neutralläge definieras som det läge där servo har samma potentialrotation i både medurs och moturs riktning. PWM som skickas till motorn bestämmer axelns position och baseras på varaktigheten av pulsen som skickas över styrkabeln; rotorn svänger till önskat läge.

Servomotorn förväntar sig en puls var 20:e millisekund och längden på pulsen avgör hur långt motorn svänger. En puls på 1,5 ms, till exempel, får motorn att vrida sig till 90°-läget.

Under mindre än 1,5 ms rör sig den moturs mot 0°-läget, och längre än 1,5 ms roterar servon medurs mot 180°-läget.

När ett rörelsekommando ges till dessa servon kommer de att flytta till position och hålla den positionen. Om en extern kraft trycker mot servo medan servon håller en position, kommer servo att motstå att flytta från den positionen.

Den maximala kraft som servo kan utöva kallas servons vridmoment. Servos kommer dock inte att hålla sin position för alltid; Positionspulsen måste upprepas för att tala om för servo att stanna i position.

Typer av servomotorer

Servomotorer finns i många storlekar och i tre grundtyper. De tre typerna inkluderar positionell rotation, kontinuerlig rotation och linjär.

  • Positionell rotation Servon roterar 180 grader. De har även stopp i växellådan för att skydda den utgående axeln från att överrotera.
  • En kontinuerlig rotation servomotor är en servo vars rörelseomfång inte är begränsat. Istället för att låta ingångssignalen avgöra vilket läge servo ska vrida. Den kontinuerliga rotationen av servo relaterar ingången till utgångens hastighet och riktningen. Den obegränsade rörelsen hos dessa motorer gör att de kan röra sig i både medurs och moturs.
  • Linjära servon använd en kuggstångsmekanism för att ändra deras prestanda. Kuggstången omvandlar roterande rörelse till linjär rörelse.

Servomotorreparation :Steg-för-steg-process

Servomotorreparation hävdas av många men behärskas av få! Det finns många steg involverade i att reparera servomotorer; det svåraste steget är att reparera och ändra återkopplingen. Detta lilla steg är nyckeln till att korrekt reparera servomotorn, utan en perfekt inriktning är resten av servomotorreparationen irrelevant.

För att utföra den perfekta uppriktningen måste ett reparationsföretag använda ett mycket dyrt uppriktningssystem. Det är på grund av denna kostnad och bristen på förmåga att reparera elektroniken i återkopplingsenheten som många reparationsföretag inte reparerar servomotorer.

Vi skulle vilja bjuda in dig att titta på vår servomotorreparationsprocess i videon nedan. Så här kan vi noggrant reparera, justera om och fullt lasttesta dina servomotorer för en perfekt reparation varje gång!

Steg-1 Initial utvärdering

Under en utvärdering utförs en visuell inspektion för att kontrollera delar som axel, kilspår, ändklockor, klämmor och kopplingar. Efter inspektionen utförs ett överspänningsjämförelsetest eller ett kort test för att kontrollera om statorn behöver lindas tillbaka.

Därefter utförs ett isolationsresistanstest, ofta kallat Megger-testet, vid varje fas för att säkerställa att isoleringen inte bryts.

Nästa test i utvärderingen är fasbalanstestet, som använder en RMS-mätare för att säkerställa att lindningarna är balanserade mellan faserna; Bromsen kontrolleras även här om servomotorn har en sådan.

Steg-2 Demontering

Först tas bakplattan bort, följt av kodaren och kodarhuset, medan kablarna försiktigt tas bort. Sedan tas ändklockorna bort och rotorn dras från statorn; här inspekteras rotorn och axeln visuellt.

Därefter tas lagren och lagerhuset, samt bromsen bort.

Steg-3 Rengöring

En alkalisk tvättmaskin används då det är bättre för din motor än handrengöring eller högtryckstvätt. Alla våra motordelar tvättas på detta sätt.

Steg-4 Bäringsbyte

Det är viktigt att byta alla lager varje gång eftersom de ofta är orsaken till fel i en motor. Vi använder endast högkvalitativa lager som uppfyller eller överträffar alla tillverkarens specifikationer. När lagren har bytts sätts motorn ihop igen.

Steg-5 Slutlig testning

För att säkerställa att motorn är helt reparerad, utförs sedan ett minnestest för att säkerställa ominställningen av återkopplingsenheten. Efter att reparationen är fullständigt testad och verifierad är motorn målad och redo att skickas tillbaka till dig, redo att användas!

Fördelar med servomotor

Servomotorfördelarna är:

  • Hög uteffekt i förhållande till motorstorlek och vikt.
  • Kodaren bestämmer noggrannhet och upplösning.
  • Hög effektivitet. Den kan närma sig 90 % vid lätt belastning.
  • Högt vridmoment/tröghetsförhållande. Servomotorer kan snabbt accelerera belastningar.
  • Har 2-3 gånger mer kontinuerlig kraft under korta perioder.
  • Har 5-10 gånger högre nominellt vridmoment under korta perioder.
  • Servomotorer uppnår hög hastighet vid höga vridmoment.
  • Tyst i höga hastigheter.
  • Kodaranvändning ger högre noggrannhet och upplösning med sluten slingakontroll.

Nackdelar med servomotor

De främsta nackdelarna med servomotorn är:

  • Servomotorer kräver inställning för att stabilisera återkopplingsslingan.
  • Servomotorn blir oförutsägbar när något går sönder. Så säkerhetskretsar krävs.
  • Komplex styrenhet kräver kodare och elektronisk support.
  • Högsta vridmoment är begränsat till 1 % arbetscykel. Servomotorer kan skadas av ihållande överbelastning.
  • Växellådor krävs ofta för att leverera kraft vid högre hastigheter.
  • Högre totala systemkostnad och installationskostnaden för ett servomotorsystem kan vara högre än för en stegmotor på grund av kravet på återkopplingskomponenter.

Vanliga industriella tillämpningar för servomotorer

Servomotorer är små och effektiva men kritiska för användning i applikationer som kräver exakt positionskontroll. Servomotorn styrs av en signal (data) mer känd som en pulsbreddsmodulator (PWM). Här är flera av de vanligaste servomotorapplikationerna som används idag.

  • Robotik: En servomotor vid varje "led" i en robot används för att aktivera rörelser, vilket ger robotarmen dess exakta vinkel.
  • Transportband: Servomotorer flyttar, stoppar och startar transportband som transporterar produkten till olika stadier, till exempel i produktförpackning/tappning och märkning.
  • Kamerans autofokus: En mycket exakt servomotor inbyggd i kameran korrigerar en kamerans lins för att skärpa ofokuserade bilder.
  • Robotfordon: Vanligtvis används i militära tillämpningar och bombdetonationer, servomotorer styr hjulen på robotfordonet. Och genererar tillräckligt med vridmoment för att flytta, stoppa och starta fordonet smidigt samt kontrollera dess hastighet.
  • Solspårningssystem: Servomotorer justerar vinkeln på solpaneler under dagen så att varje panel fortsätter att vara vänd mot solen och utnyttjar maximal energi från soluppgång till solnedgång.
  • Skär- och metallformningsmaskiner: Servomotorer ger exakt rörelsekontroll för fräsmaskiner, svarvar, slipning, centrering, stansning, pressning och bockning i metalltillverkning för sådana föremål som burklock till bilhjul.
  • Antennplacering: Servomotorer används på både azimut- och elevationsdrivaxeln för antenner och teleskop, som de som används av National Radio Astronomy Observatory (NRAO).
  • Träbearbetning/CNC: Servomotorer styr träsvarvningsmekanismer (svarvar) som formar bordsben och trappspindlar. Till exempel, samt borra och borra de hål som krävs för att montera dessa produkter senare i processen.
  • Textiler: Servomotorer styr industriella spinn- och vävmaskiner, vävstolar och stickmaskiner som producerar textilier som mattor och tyger samt bärbara föremål som strumpor, kepsar, handskar och vantar.
  • Tryckpressar/skrivare: Servo motors stop and start the print heads precisely on the page as well as move paper along to print multiple rows of text or graphics in exact lines, whether it’s a newspaper, a magazine, or an annual report.
  • Automatic Door Openers: Supermarkets and hospital entrances are prime examples of automated door openers controlled by servo motors. Whether the signal to open is via push plate beside the door for handicapped access or by radio transmitter positioned overhead.

The world would be a much different place without servo motors. Whether they’re used in industrial manufacturing or in commercial applications, they make our lives better, and easier.

FAQs.

What is Servomotor?

A servomotor (or servo motor) is a rotary actuator or linear actuator that allows for precise control of angular or linear position, velocity, and acceleration. It consists of a suitable motor coupled to a sensor for position feedback.

How does a servo motor work?

A servo motor is an electromechanical device that produces torque and velocity based on the supplied current and voltage. A servo motor works as part of a closed-loop system providing torque and velocity as commanded from a servo controller utilizing a feedback device to close the loop.

What type of motor is a servo motor?

A servo motor is a rotary actuator that is designed for precise precision control. It consists of an electric motor, a feedback device, and a controller. They are able to accommodate complex motion patterns and profiles better than any other type of motor.

What are the types of Servo Motor?

Servo motors come in many sizes and in three basic types. The three types include positional rotation, continuous rotation, and linear. Positional Rotation servos rotate 180 degrees. They also have stops in the gear mechanism to protect the output shaft from over-rotating.

Are servo motors AC or DC?

Servo motors come in two basic types:AC and DC. Each type is designed for a different range of applications, but both can be found in various industrial and domestic machines and devices.

What does a servo motor do?

Servo motors or “servos”, as they are known, are electronic devices and rotary or linear actuators that rotate and push parts of a machine with precision. Servos are mainly used on angular or linear position and for specific velocity, and acceleration.

What is servo motor simple definition?

A servo motor is an electromechanical device that produces torque and velocity based on the supplied current and voltage. A servo motor works as part of a closed loop system providing torque and velocity as commanded from a servo controller utilizing a feedback device to close the loop.

What is the difference between motor and servo motor?

DC motors are fast and continuous rotation motors mainly used for anything that needs to rotate at a high rotation per minute (RPM). For instance; car wheels, fans etc. Servo motors are high torque, fast, accurate rotation in a limited angle.

What are the 3 types of servos?

Servo motors come in many sizes and in three basic types. The three types include positional rotation, continuous rotation, and linear. Positional Rotation servos rotate 180 degrees. They also have stops in the gear mechanism to protect the output shaft from over-rotating.

Why is it called a servo motor?

In other words, servo motors get their name from the fact that they can be relied upon to operate “exactly as commanded”. Any electric motor capable of controlling parameters like position and speed is called a servo motor, regardless of how this control is achieved.

Where are servo motors used?

Servo motors are considered to be fundamental in the design and manufacturing of robots. These are systems that require a precise and controlled mechanical positioning. We can see them on fields such as industrial automation or the growing robotic surgery field.

Why are DC motors preferred as servo motor?

DC motors, while far less complex than servo motors are also easy to control; reverse the leads to change directions, and change the voltage to change the speed. These motors are both easily controllable, but their gap in complexity changes the resolution of control.

What’s the difference between a servo motor and a DC motor?

Servo motor does not rotate freely and continuously like DC motor. Its rotation is limited to 180⁰ whereas the DC motor rotates continuously. Servo motors are used in robotic arms, legs, or rudder control systems and toy cars. DC motors are used in fans, car wheels, etc.

Can servo motor rotate 360?

The end points of the servo can vary and many servos only turn through about 170 degrees. You can also buy ‘continuous’ servos that can rotate through the full 360 degrees.

What kind of motor is a servo?

Servo motors are generally an assembly of four things:a DC motor, a gearing set, a control circuit and a position-sensor (usually a potentiometer). The position of servo motors can be controlled more precisely than those of standard DC motors, and they usually have three wires (power, ground &control).

What are the parts of a servo motor?

The servo motor is composed of three elements:the motor, the encoder and the driver. The driver has the role of comparing the position command and the encoder position/speed information and controlling the drive current.

What is difference between induction and servo motor?

Induction motor will work on synchronous speed. 2) Servo motor is closed loop system where as induction motor is an open loop system. 3) An induction motor has high inertia and servo motor has a very low inertia. Hence servo motors are used in applications where instant and accurate positioning of load is required.