Wir wissen, dass die Aufgabe des Servomotors darin besteht, das Steuerobjekt anzutreiben. Drehmoment und Drehzahl des Steuerobjekts werden durch die Signalspannung gesteuert. Ändern sich Amplitude und Polarität der Signalspannung, ändern sich auch Drehzahl und Drehrichtung des Elektromotors. Servomotoren lassen sich üblicherweise in Wechselstrom- (AC) und Gleichstrom-Servomotoren (DC) unterteilen. Dieser Artikel erläutert Ihnen die Funktionsweise von Wechselstrom-Servomotoren.
Der Aufbau eines Wechselstrom-Servomotors
Das Funktionsprinzip eines AC-Servomotors entspricht dem eines zweiphasigen AC-Asynchronmotors. Der Stator besitzt zwei Wicklungen: eine Erregerwicklung und eine Steuerwicklung. Der AC-Servomotor lässt sich in Stator und Rotor unterteilen. Der Stator ist im Wesentlichen dem eines kondensatorgelagerten, einphasigen Asynchronmotors ähnlich. Er verfügt über zwei um 90° phasenverschobene Wicklungen: die Feldwicklung Rf, die stets mit der Wechselspannung Uf verbunden ist, und die Steuerwicklung L, die mit der Steuerspannung Uc verbunden ist. Daher werden AC-Servomotoren auch als Zweikomponenten-Servomotoren bezeichnet.
Der Rotor eines AC-Servomotors besteht üblicherweise aus einem Kurzschlussläufer. Um jedoch einen größeren Drehzahlbereich, lineare mechanische Eigenschaften, das Fehlen eines „Rotations“-Phänomens und ein schnelles Ansprechverhalten zu erreichen, sollte der Servomotor zwei Eigenschaften aufweisen: einen hohen Rotorwiderstand und ein geringes Trägheitsmoment.
Bei Verwendung eines AC-Servomotors wird an beide Enden der Erregerwicklung eine konstante Erregerspannung Uf und an beide Enden der Steuerwicklung eine Steuerspannung Uk angelegt. Sobald die Spannung an die Statorwicklung angelegt wird, dreht sich der Servomotor schnell. Der in die Erreger- und Steuerwicklung fließende Strom erzeugt im Motor ein Drehfeld. Die Drehrichtung des Magnetfelds bestimmt die Drehrichtung des Motors. Wird die Spannung an einer der Wicklungen umgekehrt, ändert sich die Richtung des Drehfelds und damit auch die Drehrichtung des Motors. Um ein kreisförmiges Drehfeld im Motor zu erzeugen, ist eine Phasenverschiebung von 90° zwischen der Erregerspannung Uf und der Steuerspannung UK erforderlich. Gängige Methoden zur Erzeugung eines solchen Drehfelds sind im Folgenden beschrieben.
1. Verwenden Sie die Phasenspannung und die Leiterspannung des Dreiphasen-Stromversorgungssystems, um eine Phasenverschiebung von 90 Grad zu erzeugen.
2. Verwenden Sie eine beliebige Netzspannung des Drehstromnetzes.
3. Verwenden Sie ein Phasenverschiebungsnetzwerk.
4. Schließen Sie die Kondensatoren in der Erregerphase in Reihe an.
Vorteil des AC-Servomotors
1. Da keine Bürsten und Kommutatoren vorhanden sind, arbeitet es zuverlässig und hat einen geringen Wartungsaufwand.
2. Es ist bequemer, die Wärme von der Statorwicklung abzuleiten.
3. Die Trägheit ist gering und die Geschwindigkeit des Systems lässt sich leicht erhöhen.
4. Es ist für hohe Drehzahlen und hohe Drehmomente geeignet.
