Serwonapędy AC są jednymi z najczęściej stosowanychi napędów elektrycznych w automatyce. Swoją popularność zyskały dzięki niezawodności, sporym momentom, a przede wszystkim dużej dynamice ruchu. Dostępne w szerokej gamie mocy (posząwszy od ułamków kW do dziesiątek kW) i od wielu producentów wypierają wiele innych typów napędów. Poniżej opisana zostanie idea działania serwonapędów AC i podstawowe informacje na ich temat.

 

Serwonapędy AC w rol silnika wykorzystują bezszczotkowe silniki synchroniczne prądu zmiennego (AC) z magnesami trwałymi na wirniku. Silniki te mają bardzo doby stosunek dynamiki do momentu, prostą budowę i potrafią osiągać bardzo duże prędkości.

Sterowniki serwonapędów AC nie różną się od klasycznej wektorowej przetwornicy częstotliwości (falownika). Składa się ona z trzech podstawowych bloków:

• Prostownika,
• Stopnia pośredniego,
• Falownika (inwerter) 

Prostownik może być jedno- lub trójfazowy. Jeżeli jest jednofazowy wówczas zasilany jest napięciem 1x 220V AC, jeżeli trójfazowy, napięciem 3x380V AC.

Stopień pośredni jest magazynem energii i składa się z kondensatora elektrolitycznego oraz dławika.

Ostatni blok falownika służy do wytwarzania trójfazowego napięcia, które podawane jest na uzwojenia silnika.Stopień ten zbdowany jest zazwyczaj z tranzystorów IGBT (wysokonapięciowe tranzystory bipolarne z izolowaną bramką). W zalezności od napięcia zasilania na wyjściu pojawia się napięcie 3x 0-220VAC lub 3x 0-380VAC. Algorytm sterowania jest podobny do sterowania wektorem pola z tą różnicą, że nie jest wymagany regulator prądu magnesującego.

Przykładowy schemat blokowy serwonapędu

Dodatkowo aby sterować położeniem kątowym serwosilnika i/lub jego prędością zaimpelemtowany jest regulator (np. PID), który jest sprzężony z elementem mierzącym położenie bądź prędość (enkoder, tachometr, rezolwer). 

Schemat blokowy regulatora serwonapędu 

Napędy o mniejszych mocach mogą być zintegrowane z elektroniką. Nie ma wówczas konieczności stosowania zewnętrznego sterownika, co uwalnia nas od prowadzenia dodatkowych połączeń przewodowych. Taki serwonapęd posiada zazwyczaj kilka złącz: zasilające, komunikacyjne (magistrale CAN, RS485 MODBUS, PROFIBUS, lub nawet Ethernet), wejściowych sygnałów cyfrowych i analogowych.

 Serwo z wbudowanym sterownikiem