Die Verstärker für Gleichstrom-Servomotoren unterscheiden sich geringfügig von Gegentakt- und Chopper-Verstärkern, da die Leistungstransistoren an ihrer Basis eine konstante Vorspannung anstelle eines gepulsten Signals aufweisen können. Abbildung 11-79 zeigt ein Beispiel eines Zweitransistorverstärkers für einen Gleichstrom-Servomotor. Die Stromversorgung dieses Verstärkers erfolgt über Wechselspannung. Der erste Teil dieser Schaltung ist der Brückengleichrichter, der eine Gleichspannung am Gleichstrombus bereitstellt. Die Ausgangsstufe dieses Verstärkers besteht aus zwei Transistoren und zwei Kondensatoren, die parallel zur Ankerwicklung des Gleichstrommotors geschaltet sind.

Die Basis jedes Leistungstransistors wird von einem Schaltkreis gesteuert. Dieser Schaltkreis kann analog oder von einem Mikroprozessor gesteuert werden. Wenn das Richtungssignal anzeigt, dass der Motor vorwärts laufen soll, wird der obere Transistor vorgespannt, sodass positive Spannung an den rechten Anschluss des Ankers angelegt wird. Die Vorspannung an der Transistorbasis ändert die Motordrehzahl. Wenn das Richtungssignal anzeigt, dass der Motor in die entgegengesetzte Richtung laufen soll, wird der untere Transistor vorgespannt, und negative Spannung wird an die rechte Seite des Motorankers angelegt. Eine Diode ist in Sperrrichtung über die Emitter-Kollektor-Anschlüsse jedes Leistungstransistors geschaltet, um die Auswirkungen von Spannungsspitzen auf die Transistoren zu begrenzen. Bei einer Spannungsspitze leitet die Diode die überschüssige Spannung und den überschüssigen Strom zurück in die Motorwicklung, wo sie unschädlich abgeleitet werden.

Viertransistorverstärker für DC-Servomotor

Einer der Nachteile eines Zwei-Transistor-Verstärkers besteht darin, dass die Transistoren große Strommengen verarbeiten müssen. Abbildung 11-80 zeigt ein Beispiel eines Vier-Transistor-Verstärkers für einen Gleichstrom-Servomotor. Der Vier-Transistor-Verstärker wird üblicherweise als Brückentreiber bezeichnet. In diesem Diagramm ist der Brückengleichrichter rechteckig dargestellt, seine Funktionsweise ist jedoch identisch mit der des Zwei-Transistor-Verstärkerschaltkreises. Beachten Sie, dass die Funktionsweise eines Brückengleichrichters in dieser Konfiguration bei Verwendung einer dreiphasigen Stromversorgung leichter zu erkennen ist.

Die Basis jedes Transistors wird von einem Schaltkreis gesteuert. Die Vorspannung jedes Transistors ist wiederum ein kontinuierliches Signal, das von Minimum bis Maximum variiert werden kann. Wenn der Verstärker auf Rechtslauf des Motors eingestellt ist, werden die Transistoren Q2 und Q3 vorgespannt, sodass die rechte Seite des Motorankers mit positiver Spannung versorgt wird. Wenn der Motor gegen den Uhrzeigersinn läuft, werden die Transistoren Q1 und Q4 vorgespannt, sodass die linke Seite des Ankers mit positiver Spannung versorgt wird. Die Höhe der Vorspannung bestimmt die Spannungsmenge, die jeder Transistor an den Anker weiterleitet, was wiederum die Motordrehzahl verändert.

Die Ausgangsstufe aller Servoverstärker ist eine analoge Schaltung. Die analoge Schaltung ermöglicht die Anpassung von Spannung und Stromstärke des Motors zur Steuerung von Position, Geschwindigkeit und Drehmoment. Die Rückkopplungs- und Komparatorstufen können eine beliebige Mischung aus digitalen und analogen Bauelementen sein. Verwendet die Rückkopplungsstufe beispielsweise einen Resolver, ist der Ausgang dieses Bauelements analog, sodass der Bereich, mit dem er arbeitet, in der Regel ebenfalls analog ist. Handelt es sich bei der Rückkopplungsstufe um einen Encoder, ist dessen Ausgang digital, und das digitale Signal kann über einen Frequenz-Spannungs-Wandler umgewandelt und in einer analogen Schaltung verwendet werden. Alternativ kann das Signal gefiltert und als digitaler Wert verwendet werden. Dank der Einführung von Mikroprozessoren können die digitalen Werte in allen Teilen des Servoreglers mit Ausnahme der Endstufe verwendet werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der Auswahl eines Servomotorantriebs die Stromspezifikation der entscheidende Faktor ist. Die Nennstromstärke des Motors sollte nicht überschritten werden. Berücksichtigen Sie außerdem die Auswirkungen von Welligkeitsströmen auf den Motor. Größere Wicklungswiderstände sind ungünstig. Eine geringe Motorinduktivität ist ebenfalls ungünstig. Je nach Motormasse sollte die Wärmeableitung durch Welligkeitsströme 5–10 Watt nicht überschreiten.