Servotechnika

Servomotor

Servomotor, zkráceně servo, je motor pro pohony, u kterých lze na rozdíl od běžného motoru nastavit přesnou polohu natočení osy
Nejčastěji jsou elektrické, ale jsou i hydraulické,pneumatické i parní servomotory
Používají se pro posun u CNC strojů, nastavení čtecí hlavičky u HDD, u RC modelů, 3D tiskáren, řízení automobilů,...
Dost často pracuje na mnohem menších otáčkách, než při běžném použití daných motorů
Servomotory jsou zdrojem úsilí a jsou tak měkké zdroje momentu
Běžný hnací motor je oproti tomu zdrojem rychlosti
Serva mohou dlouhodobě působit silově i bez pohybu
V určitých podmínkách je možné je použít i jako brzdný mechanizmus protáčením do protipohybu
Servomotory jsou tak robustnější než běžné motory, mají tak lépe zpracované chlazení(nejčastěji pasivní chlazení)
Servomotorem se dá označit každý motor, který slouží k motorickému řízení a nahrazuje práci člověka
Může být:
- Elektromagnet - regulovatelný, nebo stykač
- Elektromotor - s koncovými zarážkami, nebo bez
- Pneumatický nebo hydraulický píst
- Topný odporový drát

Servo může ovlivňovat jakékoli mechanické jevy a stavy
Servo se pohybuje ve velkém intervalu otáček, oproti běžným pohonům, které se musí rozbíhat například pomocí zapojení hvězda-trojúhelník, jinak by se poškodily
Serva můžou být v pohybu
- Volném - jako motor bez wind-upu, jako zdroj z podtlaku z uzavřené baňky , pro akční člen typu přísavka
- Omezeném do uzavřeného intervalu - natočení páky a malý úhel, navinutí lana omezené délky

Servomotor se dá označit za polohovací zařízení na vymezeném prostoru
Jsou dané hranice, počet stupňů volnosti
Servomotor může zařízení polohovat: - Do dvou nebo více diskrétních poloh, třeba i neomezeného počtu - Plynule mezi krajními polohami

O poloze zařízení lze usuzovat bez zpětné vazby: - Podle počtu impulzů vyslaných do krokového motoru - Podle času po který byl pohon zapnutý
Vlastnosti serva vylepšuje použití snímačů pro odečet polohy
Signál z čidel se následně využívá pro další řízení pohonu
Pro ovládání servomotoru v celém rozsahu je potřebné v obvodu zapojit regulátor
Polohu hřídele určujeme pomocí fotoelektrického snímače nebo pomocí rozkladače
U levných aplikací se používají optické snímače s kodovým kotoučkem či proužkem
Signál ze snímačů se zpětnou vazbou připojuje na regulátor
Regulátor porovnává skutečnou polohu motoru s žádanou polohou
Podle rozdílu žádané a skutečné polohy regulátor řídí měnič a nastavuje motor na žádanou polohu

Kvůli zvýšenému odběru elektrické energie se musí používat servozesilovače
Servozesilovače mohou být mechanické,hydraulické nebo elektrické zařízení, záleží na druhu servomotoru
Elektrické servomotory jsou řízeny převážně tranzistorovými měniči s pulzní šířkovou modulací(PWM)

Jedná se o nejpoužívanější servomotory
Jedná se o bezkartáčové motory s třífázovým vinutím statoru
Jedná se o synchronní motor s permanentními magnety na rotoru
Nebo asynchronní s kotvou nakrátko
Asynchronní servomotory jsou robustní a hodně levné
Synchronní servomotory je možné několikanásobné momentově přetížit, jsou vhodnější do dynamicky náročných úloh

Jedná se o variantu proporcioálního ventilu
Jsou schopny plynule posouvat šoupátkem a tím ovládat sílu průtoku kapaliny nebo plynu
Oproti proporcionálním ventilům mají jiné ovládací hrany a tím je dosaženo větší šířky pásma frekvenční charasteristiky(dynamiky)
Pro výrobu těchto ventilů je potřebná vysoká přesnost a tím se zvyšuje i jejich následná cena

Jedná se o elektromagneticky ovládané proporcionální ventily
Servoventily nemají mrtvou zonu oproti proporcionálním ventilům, které mají mrtvou zonu při nulovém křížení
Využívá se tak i průchod nulovou polohou
Servoventily jsou kvůli tomu dostupné minimálně jako třícestné nebo směrové ventily
Dále se dělí na jednostupňové a vícestupňové

u těchto ventilu šoupátkem pohybuje přímo cívka
Pohon probíhá podobně jako u proporcionálních ventilů
Je konstruován tak, že cívka přitahuje permanentní magnet umístěný na šoupěti v lineárním rozsahu
Proti pohybu působí vratná pružina na druhé straně šoupěte
Ventil můžeme ovládat i lineárním motorem místo cívky, docílíme tím zjednodušení a zpřesnění pohybu

Dvoustupňové ventily se vyskytují jako takzvané klapkové
klapka patří do prvního stupně servoventilu, dalšími součástkami tohoto stupně jsou 2 trysky a elektromagnet ovládání
V druhém stupni se nachází píst servoventilu
Klapka je umístěna mezi dvěma tryskami
Klapka je řízena elektrickým proudem servoventilu a pístu ventilu
Klapka ovlivňuje hydraulickou kapalinu v tryskách
Vliv pístu druhého stupně je negativní zpětná vazba řídícího obvodu, který zajišťuje, že píst dosáhne požadované polohy proudem cívky a koriguje ji
Pokud cívkou neteče proud, tak je deska uprostřed
Pokud poteče proud cívkou, tak působí cívka na nárazovou desku, ta jedna trysku ucpe a druhou uvolní, ucpáním trysky dojde k natlakování komory u šoupěte a následnému posunu
Pomocí regulační smyčky se následně klapka tlačí zpět
Dojde poté k rovnováze mezi oběma tryskami a šoupě se tak přestane pohybovat
Výchylka se rovná elektromagnetické síle z kotvy
Pokud není připojen proud, tak se ventil vrátí do původní polohy

Řídící hrany jsou části na pístu ventilu, které uzavírají nebo otevírají otvory k portům pracovního potrubí A a B

Jedná se o nejdražší používané ventily
Používají se tak pro speciální aplikace, kdy nestačí ani proporcionální ventily
Během provozu spotřebovávají trochu hydraulické kapaliny ikdyž se nic nehýbe
používají se například v posilovači řízení, ovládání ocasních jednotek v letadlech, stejně jako při polohování v hydraulických obvodech