Wat is een servomotor

Vorige | Volgende

Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Fred Eikelboom

Inhoud

1 De servomotor
- 1.1 Eigenschappen
2 De aansturing
3 Typen servomotoren
4 Voedingspanning
- 4.1 Reductor
5 Meer informatie
- 5.1 Encyclopedie:
- 5.2 Externe websites:

De servomotor

Een servomotor is een speciaal soort elektromotor. De rotor van een servomotor kan, net als bij een gewone elektromotor, meer dan 360° verdraaien. Dit is dus, in tegenstelling tot wat wel eens gedacht wordt, geen kenmerkende eigenschap. Vandaar dat het ook bijna nooit in de specificaties vermeldt staat.

'Het voorvoegsel servo komt van het Latijnse servus, dat slaaf of dienaar betekent: technisch gezien te vertalen naar het volgen of uitvoeren van een opdracht. Een servomotor volgt dus de (complexe) opdracht die hem gegeven wordt.'

De servomotor is speciaal ontwikkeld voor industriële toepassingen, zoals:

fabrikageprocessen;
robots in de automobielindustrie
aandrijving in de papierindustrie (o.a. bij snij- en inpakapparatuur)

Bij het modelspoor zal een servomotor niet (of heel sporadisch) toegepast worden, vanwege de afmetingen, de benodigde (omvangrijke) stuurapparatuur en niet te vergeten, het kostenplaatje.

Afbeelding: 01

Industriële servomotor.

Dit is de stuurmotor van een groot robotvoertuig.
Het grijze gedeelte is een brushed DC servomotor.
Het zwarte gedeelte bovenop de servomotor is de
optische 'rotary encoder' voor positieterugkoppeling.
Het zwarte gedeelte onderaan is een tandwielvertraging.

Bron: John Nagle, Menlo Park, CA, USA
en.wikipedia.org

Eigenschappen

Een servomotor heeft de volgende eigenschappen:

Een groot snelheidsbereik (instelbereik van het toerental van 1 tot maximaal). Het maximum toerental ligt meestal bij 5000 omw/min. Er bestaan ook typen met een maximaal toerental van 6000 omw/min.
Rechtsom- en linksomdraaiend en stilstand (stilstaan).
Een groot koppelbereik in beide draairichtingen.
Een nauwkeurig toerental en koppel.
Korte koppel-inregeltijd.
Hoog stilstandkoppel. Ook bij stilstaan zal een servomotor een koppel leveren, wat een groot verschil is ten opzichte van een gewone elektromotor.
Korte aanlooptijd (=klein massatraagheidmoment). Ofwel een hoog dynamisch versnellingsvermogen (hier gaat het specifiek om 'snel op gang kunnen komen').
Groot specifiek vermogen (kW/m3).

Servomotoren worden verder nog ingedeeld in AC of DC (wissel- of gelijkspanning) en binnen die groepen zijn ze dan weer onderverdeeld in brushed en brushless. Een brushed servomotor is uitgevoerd met koolborstels, die de rotor van spanning voorzien. De brushless servomotoren zijn anders geconstrueerd, waardoor ze zonder koolborstels werken. Vooral de brushless-servomotoren hebben een grote vlucht genomen en worden gebruikt in de meeste regeltoepassingen.

De aansturing

De servomotor wordt aangestuurd door een speciale servoversterker (hierna te noemen SV). Deze SV heeft een groot aantal aansluitpunten voor de diverse polen (meestal 6 of 9) en de ingebouwde encoder van de servomotor. De SV ontvangt signalen van de, in de servomotor ingebouwde encoder (pulsgever). De encoder (ook wel 'resolver' genoemd) is een elektronische pulsvormer. De opnemer van de encoder kan bijv. een Hall-sensor (magnetische opnemer) of een fotocel (met fotodiode of fototransistor) zijn. Hiermee wordt de positie van de rotor nauwkeurig gemeten en omgezet naar een elektrisch signaal, dat naar de SV geleid wordt. De hoek-verdraaiing van de rotor heet de rotor-reactiehoek. Hoe meer polen de servomotor heeft, hoe kleiner de resolutie (het aantal graden hoekverdraaiing per poolaansturing)

Typen servomotoren

Er bestaan twee typen servomotoren: 'synchroon' en 'asynchroon'.

Synchrone servomotor

Een synchrone servomotor bestaat uit de volgende onderdelen:

een rotor met magneten;
een stator met wikkeling (meerpolig);
een encoder (hoek-opnemer)
een behuizing waarin de rotor op kogellagers gelagerd is.

De magneten (neodimium-ijzer-bohr) worden in de regel op de rotor gelijmd. Doordat de permanente magneten veel sterker zijn dan de traditionele ferrietmagneten, kan de servomotor veel compacter gebouwd worden. Bij de synchrone servomotor zal de rotor net zo snel draaien als de draaisnelheid van het, door de polen opgewekte elektomagnetische veld.

Asynchrone servomotor

Een asynchrone servomotor bestaat uit de volgende onderdelen:

een rotor met kortgesloten wikkeling (wikkeling van aluminium, vanwege gewichtsbesparing;
een stator met wikkelingen (meerpolig);
een encoder (hoek-opnemer)
een behuizing waarin de rotor op kogellagers gelagerd is.

De asynchrone servomotor moet met een ventilator gekoeld worden, anders zal deze, vanwege te hoge thermische belasting, bij stilstand geen koppel kunnen leveren. Bij de asynchrone servomotor zal de rotor langzamer draaien dan de draaisnelheid van het, door de polen opgewekte elektomagnetische veld.

Kenmerkende eigenschappen van de servomotor

Levert ook bij stilstand een koppel, wat een groot verschil is ten opzichte van een 'gewone' elektromotor.
Is een elektromotor, maar heeft door het grotere aantal polen de eigenschappen van een stappenmotor.
Heeft veel meer aansluitingen dan een gewone elektromotor (is meerpolig en voorzien van een encoder (hoekopnemer).
Heeft meestal een dunne, langgerekte vorm.

Ter vergelijking: een modeltrein-elektromotortje heeft twee aansluitingen, een sterkstroom-motor (drie-fasen) heeft drie aansluitingen (vier als u de aarding meerekent). Bij een servomotor komt er echter een 'bos' draden uit de behuizing.

Voedingspanning

De voedingsspanning voor de servoversterker bedraagt 24 V AC/DC of 230 V AC. De voedingspanning op de servomotor zal een stukje lager liggen, vanwege de onvermijdelijke verliezen in de regelelektronica. Een gangbare spanning op de servomotor is bij netspanningvoeding circa 200 volt.

Reductor

Aan de servomotor wordt, indien noodzakelijk, een reductor gemonteerd. Dit is een tandwielvertraging die het hoge toerental van de servomotor terugbrengt (reduceert) tot een bruikbaar toerental. Door de tandwielvertraging neemt de kracht op de uitgaande as toe.

Noot van de redacteur:
Ondergetekende heeft in de jaren 1968 - 1972 bij de AFO (Apparaten Fabriek Overijssel) in Hattem (dochteronderneming van Smit Transformatoren BV, Nijmegen), gewerkt als lastransformator-monteur. Daar werden o.a. zelfrijdende MIG-lasrobots geproduceerd, voorzien van drie servomotoren. In zijn diensttijd 1970-1971 heeft hij een LOI-cursus V.E.V. Elektromonteur gevolgd. Toen hij na zijn diensttijd weer bij het bedrijf terugkeerde, bleek dat er een reorganisatie plaatsgevonden had. In plaats van lastrafo's/lasapparatuur, werden nu plotseling schakelpanelen voor verlichting geproduceerd. Dus had hij eigenlijk bijna voor niets de cursus gevolgd. Maar zoals JC (voetballer in ruste) het treffend zei: ' Elluk nadeel heb se voordeel' en dat voordeel was, dat door de toegenomen kennis, het loon een stukje hoger kwam te liggen.

Meer informatie

Encyclopedie:
Artikel Servo-aansturing

Sjabloon:Link extern Sjabloon:Link extern

Externe websites:

Bronnen

apexdyna.nl over de servomotor en de reductor

Referenties

Hoofdpagina Categorie-index Index Menu