Cómo funcionan los servomotores
El servomotor de CA suele ser un motor asíncrono monofásico, con dos formas estructurales: rotor de jaula de ardilla y rotor de copa. Al igual que los motores normales, los servomotores de CA se componen de un estator y un rotor. Hay dos devanados en el estator, a saber, el devanado de campo y el devanado de control. Los ángulos eléctricos de los dos devanados tienen 90° de diferencia en el espacio. El chasis que sujeta y protege el estator generalmente es de duraluminio o acero inoxidable. El rotor del servomotor de CA con rotor de jaula es el mismo que el rotor del motor de jaula trifásico ordinario. La estructura del servomotor de CA con rotor en forma de copa se muestra en la Figura 3-12 y consta de tres partes: estator exterior 4, rotor en forma de copa 3 y estator interior 5. El estator exterior es el mismo que el servomotor de CA con rotor de jaula. El rotor está hecho de material no magnético (como cobre o aluminio) en forma de copa hueca y la parte inferior de la copa está fijada al eje del rotor 7. Las paredes de la copa hueca son muy delgadas (menos de 0,5 mm), por lo que el momento de inercia es muy pequeño. El estator interior está hecho de láminas de acero al silicio laminadas y se fija en las tapas de los extremos 1 y 8. No hay devanados en el estator interior y solo se utiliza para el circuito magnético. Cuando el motor está funcionando, los estatores interior y exterior no se mueven, y sólo el rotor en forma de copa gira en el entrehierro entre los estatores interior y exterior. Para servomotores de CA con pequeña potencia de salida, el devanado de campo y el devanado de control generalmente se colocan en las ranuras internas y externas del núcleo del estator. El principio de funcionamiento de los servomotores de CA no es esencialmente diferente del de los motores de inducción monofásicos. Sin embargo, el servomotor de CA debe tener un rendimiento que sea capaz de superar el llamado fenómeno de "giro" del servomotor de CA, es decir, no debe girar cuando no hay señal de control, especialmente cuando se mantiene. girando, si la señal de control desaparece, debería poder dejar de girar inmediatamente. Sin embargo, después de que el motor de inducción ordinario gira, si la señal de control desaparece, a menudo puede continuar girando. Cuando el motor está en estado estacionario, si no se aplica voltaje de control al devanado de control, solo se energiza el devanado de excitación para generar un campo magnético pulsante. El campo magnético pulsante puede considerarse como dos campos magnéticos giratorios circulares. Estos dos campos magnéticos giratorios circulares giran en direcciones opuestas al mismo tamaño y velocidad. Los campos magnéticos giratorios positivos y negativos establecidos cortan el devanado de la jaula (o pared de la copa) e inducen fuerza electromotriz y corriente (o corriente) del mismo tamaño y opuestas. (llamada corriente de Foucault), estas corrientes son iguales en magnitud y de dirección opuesta al par generado por sus respectivos efectos del campo magnético. El par resultante es cero y el rotor del servomotor gira. Una vez que el sistema de control tiene una señal de desviación, el devanado de control debe recibir el voltaje de control correspondiente. En términos generales, el campo magnético generado dentro del motor es un campo magnético giratorio elíptico. El campo magnético giratorio elíptico puede considerarse como la síntesis de dos campos magnéticos giratorios circulares. Las amplitudes de estos dos campos magnéticos giratorios circulares no son iguales (la amplitud del campo magnético giratorio hacia adelante con la misma dirección de rotación que el campo magnético giratorio elíptico original es grande, y la amplitud del campo magnético giratorio inverso con la dirección de rotación opuesta es pequeña), pero la velocidad de rotación es la misma en la dirección opuesta. Cortan el potencial eléctrico y la corriente inducida por el devanado del rotor, y el par electromagnético que generan también es en dirección opuesta y tiene diferentes tamaños (el rotor delantero es más grande y el rotor inverso es más pequeño, el par resultante no es cero, entonces el servomotor gira en la dirección del campo magnético giratorio hacia adelante, a medida que aumenta la señal, el campo magnético se acerca a un círculo. En este momento, el campo magnético giratorio hacia adelante y su par aumentan, el campo magnético giratorio inverso y su par. disminuye y el par resultante aumenta si el par de carga permanece sin cambios. Si el par de carga permanece constante, la velocidad del rotor aumentará. Si se cambia la fase del voltaje de control, es decir, se compensa en 180o, el campo magnético giratorio girará en la dirección opuesta, produciendo un par resultante inverso y el servomotor invertirá la dirección. Si la señal de control desaparece y solo se energiza el devanado de campo, el campo magnético generado por el servomotor será un campo magnético pulsante y el rotor se detendrá rápidamente. Para permitir que el servomotor de CA deje de girar inmediatamente después de que desaparezca la señal de control, la resistencia del rotor se hace particularmente grande de modo que su velocidad crítica Sk sea mayor que 1. Durante el funcionamiento del motor, si la señal de control se reduce a "cero", la corriente de excitación aún existe y el entrehierro genera un campo magnético pulsante, que puede considerarse como un campo magnético giratorio hacia adelante y un campo magnético giratorio inverso. El campo magnético generado por el servomotor será un campo magnético pulsante, lo opuesto a un campo magnético giratorio. Este campo magnético pulsante puede considerarse como la síntesis de un campo magnético que gira hacia adelante y un campo magnético que gira hacia atrás. La Figura 3-13 muestra las curvas características de par y velocidad 1 y 2 producidas por los campos magnéticos giratorios hacia adelante y hacia atrás que cortan el conductor del rotor, así como su curva característica compuesta 3.
En la figura 3-13b, se supone que el motor es impulsado inicialmente por un único campo magnético giratorio hacia adelante que se ejecuta en el punto A, y que el par de carga en este momento es. Después de que desaparece la señal de control, el campo magnético del entrehierro cambia a un campo magnético pulsante, que puede considerarse como la síntesis del campo magnético giratorio hacia adelante y el campo magnético giratorio inverso, y el motor funciona de acuerdo con la curva característica sintética 3. Debido a la inercia del rotor, el punto de operación se mueve del punto A al punto B. En este momento, el motor genera un par de frenado opuesto a la dirección de rotación original del rotor. Bajo la acción del par de carga y el par de frenado, el rotor se detiene rápidamente. Cabe señalar que los motores asíncronos bifásicos y trifásicos ordinarios suelen funcionar en un estado simétrico y el funcionamiento asimétrico es un estado de falla. Los servomotores de CA pueden depender de diversos grados de operación asimétrica para lograr propósitos de control. Ésta es la diferencia fundamental en el funcionamiento entre los servomotores de CA y los motores asíncronos ordinarios.