Как работают сервомоторы

Принцип работы сервомотора относительно прост, но его эффективность достаточно высока. Сервосхема встроена непосредственно в корпус мотора и использует гибкий вал, обычно оснащённый зубчатыми передачами. Электрические сигналы управляют двигателем и одновременно определяют величину перемещения вала. Внутренняя конструкция сервомотора проста: небольшой двигатель постоянного тока, управляющая схема и потенциометр. Двигатель постоянного тока соединён с регулирующим колесом через зубчатую передачу; по мере вращения двигателя меняется сопротивление потенциометра, а управляющая схема способна точно регулировать как величину, так и направление движения.

Когда вал занимает правильное (заданное) положение, двигатель прекращает подачу энергии. Если вал не останавливается в заданной точке, двигатель продолжает работать, пока не повернётся в нужном направлении. Положение заданной точки передаётся по сигнальному проводу с помощью электрических импульсов. Таким образом, скорость вращения двигателя пропорциональна разности между фактическим и заданным положением. По мере приближения к заданному положению двигатель начинает вращаться медленно, а чем дальше он отклоняется от цели, тем быстрее вращается. Иными словами, сервомоторы должны выполнять задачу как можно быстрее, что делает их высокоэффективными устройствами.

Когда на АС‑сервомотор отсутствует управляющее напряжение, в воздушном зазоре создаётся лишь пульсирующее магнитное поле, обусловленное токами возбуждения обмоток, и ротор остаётся неподвижным, не имея пускового момента. При наличии управляющего напряжения, если токи управляющей и возбуждающей обмоток смещены по фазе, в воздушном зазоре формируется вращающееся магнитное поле, создаётся электромагнитный момент, который заставляет ротор вращаться в направлении этого вращающегося поля. Однако для сервомотора важно, чтобы он не только мог запуститься под действием управляющего напряжения, но и немедленно останавливался при его исчезновении. Если же, как у обычного однофазного асинхронного двигателя, при пропадании управляющего напряжения сервомотор продолжает вращаться, возникает явление «разбега»; такое явление, связанное с потерей управления собственным вращением, называется «раскручиванием».

Основной принцип работы традиционного сервомотора постоянного тока полностью совпадает с принципом работы обычного двигателя постоянного тока: электромагнитный момент, приводящий сервомотор в движение, создаётся за счёт взаимодействия якорного тока и магнитного потока воздушного зазора. Как правило, применяется метод управления якорным током: при неизменном напряжении возбуждения скорость регулируется изменением напряжения на якоре. Чем меньше напряжение на якоре, тем ниже скорость; при нулевом напряжении на якоре двигатель останавливается. Поскольку при нулевом напряжении на якоре якорный ток также равен нулю, двигатель не развивает электромагнитного момента и не совершает «холостого хода».