Tüm servo motor tipleri aynı değildir, çünkü çok çeşitli şekil ve boyutlarda gelirler ve her tip farklı uygulamalara uygundur.
Belki de şekil yelpazesi o kadar geniş değildir, çünkü döner veya doğrusal olmalarına bağlı olarak hepsi yaklaşık olarak silindirik veya dikdörtgen şeklindedir.
Ancak servo motorlar kesinlikle çok çeşitli boyutlarda ve tiplerde gelir ve daha da önemlisi, elektromekanik bir bakış açısından nasıl çalıştıkları konusunda farklılık gösterirler.
Peki, özel kullanım durumunuz için en uygun servo motor türü hangisidir? Daha fazla bilgi için okumaya devam edin.
Servo Motor Nedir?
Normal elektrik motorları (masaüstü fanlarda bulunan AC motorlar gibi) bir statorda bulunan ve bir rotorla etkileşime girerek bir şaftta dönme hareketi üreten bir manyetik alan üreten bir dizi bobine enerji vererek çalışır.
Kontrol açısından, özellikle akıllı cihazlar değildirler ve genellikle hız ayarı için en temel kontrollerle (potansiyometre gibi) açık döngüdürler.
Genel olarak, bu tipteki ortalama bir elektrik motoru, gelişmiş hareket kontrol sistemlerinde gerekli olan konum kontrolü kapasitesine sahip değildir.
Bir elektrik motorunda yüksek düzeyde kontrol edilebilirlik istiyorsanız, bir tür servo motora yatırım yapmak isteyeceksiniz.
hareketin nasıl gerçekleştiğine ilişkin ilkeler servo motor üretilen elektrik motoru normal bir elektrik motoruyla büyük ölçüde aynı kalırken, geri besleme sistemlerinin eklenmesi sistemin çıktılarını hız, tork ve konum açısından izlemesine olanak tanır.
Geri bildirim, donanımın durumunu algılayan ve ölçülen çıkışın komut verilen değerle eşleşip eşleşmediğini kontrol eden bir servo sürücüye veya kontrolöre bir sinyal gönderen motor içindeki bir sensör (kodlayıcı veya çözümleyici gibi) aracılığıyla elde edilir. Kontrolör daha sonra sinyali işler, herhangi bir sapmayı (hata) düzeltir ve ardından motorun çalışmasını buna göre ayarlar.
Düzeltme, motorun (ve motorun sürdüğü her şeyin) kararlı ve hassas bir şekilde çalışmasını sağlayan PID (Oransal-İntegral-Türev) kontrolü gibi kontrol algoritmaları kullanılarak gerçekleştirilir.
Bu, kapalı döngü kontrol sistemi olarak adlandırılır ve bir servo motoru açık döngü kontrollü geleneksel bir motordan ayıran en önemli özellik budur.
Farklı Servo Motor Tipleri Nelerdir?
Servo motorlar, hareketlerine göre genel olarak iki kategoriye ayrılabilir. Bunlar doğrusal servo motorlar ve döner servo motorlardır. Doğrusal ve döner servo motorların birçok çeşidi vardır.
Özellikle, bu aromalar akım tipine (DC veya AC), komütasyon tipine (fırçalı veya fırçasız) veya kontrol tipine (step veya indüksiyon) göre alt bölümlere ayrılabilir.
Bu motor türlerini nelerin tanımladığına daha ayrıntılı bir şekilde göz atalım.
Lineer Servo Motorlar
Doğrusal servo motorlar, adından da anlaşılacağı gibi, kılavuz vidalar, dişliler veya kayışlar gibi ek donanımlara ihtiyaç duymadan bir öteleme hareketi (ileri geri veya bir yandan diğer yana) sağlar.
Bu hareketi, akım uygulandığında mıknatıslanan düz bir yol üzerinde hizalanmış bobin sargıları içeren "primer" ("forcer" veya "stator" olarak da bilinir) olarak adlandırılan bir bileşen sayesinde elde ederler.
Mıknatıslanmış bobinler daha sonra "ikincil" ("ray" veya "plaka" olarak adlandırılır) içinde bulunan bir dizi sabit mıknatısla etkileşime girerek bir Lorentz kuvveti üretir ve böylece forseri ray boyunca hareket ettirir. Bu doğrusal harekettir.
Özellikleri:
- Doğrusal servo motorlar son derece hassastır ve mikron altı seviyelere kadar konumsal doğruluk sağlayabilir.
- Doğrudan tahrikli çalışmaları sayesinde minimum enerji kaybıyla yüksek verimlilik sağlarlar.
- Hızlanma ve yavaşlama açısından hızlı tepki verebilirler, bu da onları dinamik uygulamalar için ideal hale getirir.
Avantajlar:
- Lineer servo motorlar doğrudan doğrusal hareket yeteneğine sahiptir, ek donanım gerektirmez. Bu sayede hafiftirler ve minimum bakım gerektirirler.
- Hareketli parçalar arasında temas olmaması sayesinde pürüzsüz ve sessizdirler. Bu aynı zamanda, kurşun vida tabanlı bir kurulumda bulacağınız gibi boşluk olmadığı anlamına gelir.
- Lineer servo motorlar yüksek derecede ölçeklenebilirliğe sahiptir, yani uzun ve kısa mesafelerde hareket sağlamak için tasarlanabilirler.
Uygulamalar:
- Alma ve yerleştirme sistemleri, koordinat ölçüm makineleri, optik sistemler, laboratuvar otomasyonu.
Döner Servo Motorlar
Ticari ve endüstriyel uygulamalarda kullanılan servo motorların çoğu dönerdir.
Hem AC hem de DC çeşitleri mevcuttur ve genellikle kontrolöre / sürücüye geri bildirim sağlamak için bir kodlayıcıdan yararlanırlar. Hareket, bir stator ve rotor sistemi kullanılarak oluşturulur.
Döner servo motorlar, dönme hareketini doğrusal harekete dönüştürmek için kılavuz vidalar veya bilyalı vidalar kullanılarak doğrusal sistemlerin bir parçası olarak da kullanılabilir.
Ancak bu makalenin amacı doğrultusunda, lineer servo motorları ek donanıma ihtiyaç duymadan lineer hareket yaratan bağımsız üniteler açısından ele alacağız.
Özellikleri:
- Döner servo motorlar, hızlı hızlanma ve yavaşlama sağlayan yüksek tork/atalet oranlarıyla dikkat çeker.
- Isı ve enerji kayıplarını azaltmaya yardımcı olan yüksek verimliliğe sahiptirler.
- Döner servo motorlar, değişen yük koşulları altında hızdaki hızlı değişikliklerle başa çıkmalarını sağlayan mükemmel dinamik tepkiye sahiptir.
Avantajlar:
- Döner servo motorlar çok yönlüdür ve çok sayıda uygulamada kullanılabilir. Ek donanımla (kurşun / bilyalı vidalar), doğrusal hareket sağlamak için de dönüştürülebilirler.
- Son derece uyarlanabilirdirler ve hem ağır iş hem de hafif iş uygulamaları için çok uygundurlar.
- Bu tür bir motor, derece altı ve hatta yay-saniye hassasiyet seviyelerine kadar konum kontrolüne izin vererek inanılmaz derecede hassas işlemler gerçekleştirebilir.
Uygulamalar:
- Döner servo motorlar genellikle havacılık, endüstriyel otomasyon, yarı iletken üretimi, tıbbi cihazlar, CNC makineleri, 3D yazıcılar ve daha fazlasında bulunur.
AC Servo Motorlar
Servo motorlar ayrıca kullandıkları akım türü (AC veya DC) açısından da kategorize edilebilir.
Endüstriyel uygulamalar için, AC servo motorlar Geniş voltaj ve güç aralığına dayanabilmeleri nedeniyle en yaygın olanlarıdır.
AC servo motorların hem doğrusal hem de döner tipleri mevcuttur.
Düşük ila Orta Gerilim AC Servo Motorlar
Yüksek voltajlı servo motorlar olduğu gibi, bu makalenin yararı için 480v'den daha düşük voltajlı bir AC servo motor olarak sınıflandıracağımız "düşük" voltajlı varyantlar da vardır. Evet, düşük voltaj derken "nispeten" düşük demek istiyoruz. Doğal olarak, 480 voltluk bir elektrik şoku insan vücudu için oldukça zararlı olacaktır, ancak endüstriyel makineler açısından oldukça düşüktür.
Bu servo motorlar küçük form faktörlerine sahiptir ve daha az yer kaplaması gereken uygulamalar için idealdir. Küçücük boyutlarına rağmen, kW aralığında makul miktarlarda güç sağlayabilirler.
Genellikle 3 fazlı çeşitlere sahiptirler, boyutlarına göre yüksek tork yoğunluğu sunarlar ve sağlam, güvenilirdirler ve yüksek derecede hassasiyet ve verimlilik sunarlar.
Özellikleri:
- 12v ile 480v arasında değişen daha düşük voltajlar mevcuttur.
- Alan kısıtlaması olan uygulamalar için daha küçük hacimlerde mevcutturlar.
- Düşük voltajlı servo motorlar 20kW'ı aşan güç sağlayabilir.
Avantajlar:
- Daha yüksek voltajlı sistemlerle karşılaştırıldığında iyi bir performans ve uygun fiyat dengesi sunarlar.
- Düşük voltaj nedeniyle, azalan elektrik altyapısı ihtiyaçları (transformatörler vb.) sayesinde daha yüksek voltajlı servo motorlarla ilişkili daha düşük bir işletme maliyeti vardır.
- Düşük voltajlı servo motorlarla çalışırken yüksek voltaj tehlikesi (arklar ve ekipman arızası gibi) riski azalır.
Uygulamalar:
- Endüstriyel robotlar, cobot'lar, malzeme taşıma sistemleri, paketleme makineleri, baskı makineleri
Yüksek Gerilim AC Servo Motorlar
Daha yüksek voltajlı AC servo motorlar tipik olarak 300V ila 480V aralığında çalışır ve yüksek kuvvetlerin gerekli olduğu CNC işleme gibi endüstriyel uygulamalar için çok uygundur.
Bu motorlar, özel yüksek voltajlı servo sürücülerle birlikte, motor boyutunda önemli bir artış gerektirmeden yüksek güç çıkışı (kW aralığında) sağlayabilir ve bu da onları kompakt, yüksek performanslı makineler için ideal hale getirir.
Özellikleri:
- Yüksek voltajlı AC servo motorlar, ağır hizmet tipi endüstriyel ortamlarda gerekli olan çok sağlam ve dayanıklı olma eğilimindedir.
- Daha yüksek voltajlı sistemler genellikle sıvı soğutma sistemleri veya fanlar gibi aktif soğutma sistemleriyle donatılmıştır.
- Gelişmiş elektrik altyapısı ve güç elektroniği gereksinimleri nedeniyle daha yüksek ön ve işletme maliyetleri gerektirebilirler.
Avantajlar:
- Daha yüksek voltajlarda çalışmak, aşağıdakiler için daha düşük akımlar gerektiği anlamına gelir aynı güç çıkışı. Bu özellikle kayıpları azaltmak için faydalıdır
- Daha düşük akım gereksinimleri daha az ısı oluşumuna neden olur. Maliyetleri düşüren daha düşük ölçülü teller kullanılabilir.
- Yüksek voltajlı AC servolar son derece yüksek tork üretme kapasitesine sahiptir.
Uygulamalar:
- Ağır hizmet robotları, havacılık ve uzay aktüatörleri, endüstriyel CNC, tekstil makineleri, rüzgar türbini hatve kontrolü, güneş takip sistemleri
Senkron AC Servo Motor
AC servo motorların çoğu bu tiptedir, yani rotor statorun dönen manyetik alanıyla (RMF) tam olarak aynı hızda döner, yani RMF ile rotor arasında gecikme ("kayma" olarak bilinir) yoktur. Senkronize çalışırlar (akıllıca isim de buradan gelir).
- Özellikler: Senkron AC servo motorlar, yüksek tork yoğunlukları ve tutarlı hızları ile bilinir.
- Kayma olmaması nedeniyle, normal kontrol araçları kullanılarak mükemmel konumlandırma doğruluğuna sahiptirler.
- Avantajlar: Verimlilik, değişken yükler altında güvenilirlik ve hassas hız kontrolü.
- Uygulamalar: Tutarlı performans gerektiren robotik, paketleme makineleri ve endüstriyel otomasyonda yaygın olarak kullanılır.
Asenkron AC Servo Motorlar
Normal AC servo motorların çoğu, önceki bölümde tartışıldığı gibi senkrondur. Ayrıca sabit mıknatıs tabanlı veya fırçasız DC (BLDC) tipleri olma eğilimindedirler.
Bununla birlikte, asenkron AC servo motorlar mevcuttur ve esasen kendilerine kontrol yetenekleri eklenmiş endüksiyon motorlarıdır. Asenkron olduklarından, statorun senkron hızı ile rotor hızı arasında bir hız farkı yaşarlar. Bu fark genellikle yüzde olarak gösterilir ve "kayma" olarak adlandırılır
İndüksiyon motorları, rotorda indüklenen akımlardan üretilen indüksiyonu kullanan AC motorların bir alt kümesidir. Bu, mıknatıslardan ve statorun elektromanyetik alanından tork üreten sabit mıknatıslı motorların tersidir.
Geleneksel AC servo motorlarla aynı hassasiyet seviyelerine ulaşmak için, asenkron AC servo motorların geri bildirim için enkoderler veya çözücülerle birlikte alan odaklı kontrol (FOC) gibi karmaşık vektör kontrolüne sahip olması gerekir. Bu ekstra kontrol, asenkron AC motorun kaymasının dinamik olarak kontrol edilmesini sağlar.
Özellikleri:
- Asenkron AC servo motorlar sincap kafesli veya kayma halkalı sargılı rotora sahip olabilir.
- Herhangi bir hassasiyet elde etmek için genellikle FOC kontrolü gerektirirler.
Avantajlar:
- Sabit mıknatıslı motorların aksine manyetikliği giderme eğilimi göstermezler.
- Asenkron AC servo motorların üretimi sabit mıknatıslı motorlara kıyasla daha ucuz olabilir.
Uygulamalar:
- Konveyör sistemleri, pompalar, malzeme taşıma, asansörler.
DC Servo Motorlar
DC servo motorlar Genellikle AC servo motorlarla aynı prensiplerle çalışırlar, ancak güç sağlamak için alternatif akım yerine doğru akım kullanırlar. Genellikle daha güçlü AC motorlarından daha hafif ve daha küçüktürler ve genel olarak daha düşük maliyetlidirler.
Düşük maliyetlerine rağmen, verimlilik ve hassasiyet açısından hala çok yeteneklidirler ve düşük atalete sahiptirler, bu da hızlı yön değişikliklerine ve hız değişikliklerine izin verir. Doğaları gereği çift yönlüdürler, şaftın hem saat yönünde hem de saat yönünün tersinde eşit verimlilikle dönmesine izin verirler.
Özellikleri:
- DC servo motorlar düşük ısı kayıpları ile yüksek verimlidir.
- Li-poly veya kurşun-asit bataryalar gibi bataryalarla çalıştırılabilirler.
- Etkili çift yönlü rotasyon yeteneğine sahiptirler.
Avantajlar:
- DC servo motorlar geniş bir hız aralığında verimli bir şekilde çalışabilir ve bu da onları değişken hızlı uygulamalar için çok uygun hale getirir.
- AC servo motorlara kıyasla daha az karmaşıklığa sahiptirler ve bu daha düşük maliyete yansır.
- DC servo motorlar düşük güç gerektiren işlemler için idealdir.
Uygulamalar:
- Kamera sistemleri, gimballer, elektrikli araçlar, protezler, optik medya oynatıcılar (DVD / Blu-ray, vb.)
Fırçalı Servo Motorlar
DC servo motorların fırçalı ve fırçasız çeşitleri vardır ve bunlar komütasyonu nasıl ele aldıklarına göre farklılık gösterir. Komütasyon, sürekli dönüş ve tork üretimini sürdürmek için motor sargılarındaki akım yönünü değiştirme işlemidir.
Fırçalı DC servo motorlar, fırçaların fiziksel olarak bir komütatöre (rotora bağlı bölümlü bir halka) temas ettiği mekanik komütasyon kullanır. Rotor döndükçe, komütatör segmentleri armatür sargılarındaki akım akışını sırayla değiştirerek manyetik alan etkileşiminin doğru yönde tork üretmeye devam etmesini sağlar.
Bir servo sistemde, enkoderler veya potansiyometreler gibi geri besleme mekanizmaları, DC servo motorları normal DC motorlardan ayıran hız, tork ve konumun hassas kontrolünü sağlar.
Özellikleri:
- Fırçalı DC servo motorlar basit bir tasarıma ve AC servo motorlara göre nispeten daha düşük bir maliyete sahiptir.
- Fırçalı DC motorlar, armatür akımı geri EMF olmadan maksimize edildiğinden ve ataletin etkin bir şekilde üstesinden gelindiğinden yüksek başlatma torku sağlar.
- Fırçalar sarf malzemesi olarak görülür ve periyodik olarak değiştirilmeleri gerekir.
Avantajlar:
- Fırçalı DC motorlar, düşük hızlı, yüksek torklu uygulamalar için uygun maliyetli bir çözümdür.
- Hız ve tork, uygulanan voltaj veya akım ayarlanarak kolayca kontrol edilebilir.
Uygulamalar:
- Robotik, konveyör bantlar, hassasiyet gerektiren küçük endüstriyel ekipmanlar.
Fırçasız Servo Motorlar
Fırçasız DC servo motorlar, stator sargılarındaki akımı kontrol etmek için elektronik komütasyon kullanarak mekanik fırçaları ve komütatörleri ortadan kaldırır. Bir geri besleme mekanizması (tipik olarak bir Hall etkili sensör veya kodlayıcı), statorun manyetik alanını rotorun hareketiyle senkronize etmek için rotor konumunu izler.
Tork, statorun elektromanyetik alanı ile rotorun sabit mıknatısları arasındaki etkileşim tarafından üretilir ve hız ve konumun hassas ve verimli bir şekilde kontrol edilmesini sağlar.
Bir yan not olarak, çoğu AC servo motor da tanımı gereği "fırçasızdır".
Özellikleri:
- Yüksek verimlilik, düşük bakım, düşük gürültü ve kompakt boyut.
Avantajlar:
- Uzun çalışma ömrü, daha yüksek hız aralığı ve daha iyi güvenilirlik.
Uygulamalar:
- Yüksek performanslı hareket kontrolü gerektiren CNC makineleri, dronlar ve tıbbi cihazlar için idealdir.
Step Servo MotorNormal step motorlar fırçasız, senkron DC motorlardır ve ayrı adımlarla hareket ederek bir geri besleme sistemine ihtiyaç duymadan hassas konum kontrolü sağlarlar. Ancak, açık döngü bir sistemde çalıştıklarından, adımları aştıklarında veya kaçırdıklarında hataları tespit edemezler.
Step servo motorlar ise kademeli hareketi bir geri besleme mekanizması (tipik olarak bir enkoder) ile entegre ederek daha yüksek doğruluk, gelişmiş tork verimliliği ve kaçırılan adımların düzeltilmesi için kapalı döngü kontrolü sağlar.
Bu nedenle step servo motorlar temelde step motorlardır, ancak daha iyidir!
Özellikleri:
- Step servo motorlar tanım gereği kapalı döngü kontrole sahiptir.
- Bazı AC özellikleri sergilemelerine rağmen (örneğin senkronlar) derinlerde fırçasız DC motorlardır.
- Bazı modeller daha sessiz, daha yumuşak hareket için daha yumuşak sinüzoidal kontrol kullanır (AC motorlara da benzer).
Avantajlar:
- Step servo motorlar daha yüksek hızlarda torku koruyabilir ve rezonansı azaltarak normal bir stepe kıyasla daha iyi Hız ve tork performansı sağlar.
- Ayrıca normal step motorların aksine daha yüksek hızlarda torku koruyabilirler.
- Geri bildirim, gerçek zamanlı düzeltmelere olanak tanıyarak doğruluğu artırır.
Uygulamalar:
- Endüstriyel otomasyon, CNC makineleri, 3D yazıcılar, robotik, havacılık, uydu sistemleri.
Sonuç
Bu makalede, servo motorların giriş akımı (AC veya DC), hareket tipi (döner veya doğrusal), voltaj (yüksek veya düşük) ve komütasyon tipi (DC servo motorlar söz konusu olduğunda) gibi geniş kategorilerde nasıl sınıflandırılabileceğini inceledik.
Elbette, bunları daha da fazla bölebileceğimizden daha fazla özel servo motor alt kategorisi vardır, ancak bu başka bir makale içindir.
Bu yüksek seviyede bile çeşitli türler arasındaki farkların anlaşılması, belirli kullanım durumları için en uygun seçimin yapılmasını sağlayabilir.
Doğal olarak, ihtiyaçlarınız için en uygun servo motor türünün ne olduğunu bilmek denklemin yalnızca bir parçasıdır. Güvenilir hareket donanımını nereden temin edeceğinizi bilmek de aynı derecede önemlidir. Güvenilir bir marka seçmek, özellikle kritik operasyonlarda arıza süresini ve uzun vadeli maliyetleri azaltmaya yardımcı olabilir. Endişelenmeyin, çünkü bu konuda da yanınızdayız.
ABB, Ametek, Allied Motion ve diğerleri gibi en iyi markalar sürekli olarak yüksek kaliteli döner servo motorlar sunarak çeşitli sektörlerde güvenilir performans sağlar.
Doğrusal hareket size göreyse, daha fazla bilgi için Geeplus, H2W Technologies, Tolomatic veya HyperCyl gibi şirketlere göz atabilirsiniz.
Bu şirketlerin tümü AMC servo sürücüleriyle uyumlu olduğu kanıtlanmış donanımlar üretmektedir. Uyumlu servo motorlar üreten 3. tarafların daha kapsamlı bir listesi için şu adrese gidin bu bağlantıya.
