Wir wissen, dass Servomotoren Drehzahl und Position präzise steuern und Spannungssignale in Drehmoment und Drehzahl umwandeln können, um das Steuerobjekt anzutreiben. Die Rotordrehzahl der Servomotorkomponenten wird durch das Eingangssignal geregelt und reagiert schnell. In automatischen Steuerungssystemen werden sie als Aktoren eingesetzt und zeichnen sich durch eine geringe elektromechanische Zeitkonstante, hohe Linearität und Anlaufspannung aus. Sie können das empfangene elektrische Signal steuern und in eine Winkelverschiebung oder Winkelgeschwindigkeit an der Motorwelle umwandeln. Ihr Hauptmerkmal ist, dass sie bei einer Signalspannung von null keine Rotation aufweisen und die Drehzahl mit zunehmendem Drehmoment gleichmäßig abnimmt. Servomotoren lassen sich in zwei Hauptkategorien unterteilen: Gleichstrom- (DC) und Wechselstrom-Servomotoren (AC). Worin besteht also der Unterschied zwischen DC- und AC-Servomotoren?
Unterschied der Grundstruktur
Der Aufbau eines Gleichstrom-Servomotors ähnelt dem eines Gleichstrom-Elektromotors. Die Motordrehzahl n = E/K₁j = (Uₐ – Iₐ Ra)/K₁j, wobei E die induzierte Gegenspannung des Ankers, K eine Konstante, j der magnetische Fluss pro Pol, Uₐ und Iₐ die Ankerspannung bzw. der Ankerstrom und Ra der Ankerwiderstand ist. Die Drehzahl des Gleichstrom-Servomotors lässt sich durch Ändern von Uₐ oder φ steuern, üblicherweise wird jedoch die Ankerspannung geregelt. Bei einem Permanentmagnet-Gleichstrom-Servomotor wird die Feldwicklung durch einen Permanentmagneten ersetzt, und der magnetische Fluss φ ist konstant.
Der Aufbau eines AC-Servomotors ähnelt dem eines AC-Asynchronmotors. Auf dem Stator befinden sich zwei Erregerwicklungen Wf und Steuerwicklungen WcoWf mit einer Phasenverschiebung von 90° (elektrischer Winkel). Diese sind an eine konstante Wechselspannung angeschlossen und nutzen die an Wc angelegte Wechselspannung bzw. Phasenänderung, um den Motorbetrieb zu steuern.
Unterschiede zwischen Vor- und Nachteilen
1. DC Servomotoren Gerät
Zu den Vorteilen von Gleichstrom-Servomotoren gehören: präzise Drehzahlregelung, hohe Drehmoment- und Drehzahlcharakteristik, einfaches Steuerungsprinzip, gute lineare Regelungseigenschaften, schnelle Reaktionszeit, einfache Handhabung und niedriger Preis.
Zu den Nachteilen von Gleichstrom-Servomotoren gehören: Bürstenkommutierung, Drehzahlbegrenzung, zusätzlicher Widerstand und Verschleißpartikel, die sie für staubfreie und explosionsgefährdete Bereiche ungeeignet machen.
2. Wechselstrom-Servomotorengerät
Zu den Vorteilen von AC-Servomotoren zählen: gute Drehzahlregelung, gleichmäßiger Lauf über den gesamten Drehzahlbereich, nahezu keine Schwingungen, ein hoher Wirkungsgrad von über 90 %, geringe Wärmeentwicklung, Hochgeschwindigkeitsregelung, hochpräzise Positionsregelung (abhängig von der Encodergenauigkeit), stabiler Betrieb, gute Regelbarkeit, schnelles Ansprechverhalten, hohe Empfindlichkeit sowie strenge Nichtlinearitätsindikatoren der mechanischen und Einstellcharakteristik. Im Nennbetriebsbereich bieten sie ein konstantes Drehmoment, geringe Trägheit, geringe Geräuschentwicklung, keinen Bürstenverschleiß und sind wartungsfrei. Daher eignen sie sich für staubfreie und explosionsgefährdete Bereiche.
Zu den Nachteilen von Wechselstrom-Servomotoren gehören: Die Steuerung ist komplexer, und die Treiberparameter müssen vor Ort angepasst werden, um die PID-Parameter zu bestimmen. Außerdem sind mehr Verbindungen erforderlich.
