Servo Motor Nedir ? Çalışma Prensibi Nedir ? Çeşitleri nelerdir ? Nasıl seçilir?

Servo motor nedir

Servo Motoru Nedir ?

Servo motoru, gücün bir servo yükseltici aracılığı ile elde edildiği ve bir frenleme ya da aktüatör benzeri bir sistemde kuvvet ve tork a çevrildiği bir dönme ve ya öteleme motoru olarak tanımlayabiliriz. Bu tür motorlar açısal konum, ivmeleme ve hız olarak sistemin daha hassas bir kontrol varlığına sebep olur. Bu tip motorlar, kapalı çevrim kontrol sistemi kategorisinde yer alır. Kapalı çevrim kontrol sistemi ise, sistemdeki mevcut çıkışı dikkate alır ve bu çıkışı istenen koşullar ile değiştirir. Şaftın hareketini ve en son konumunu kontrol etmek için pozitif bir geri besleme sisteminden yararlanılır.

Servo Motor Çeşitleri Nelerdir ?

Servo Motor

Servo motorlar çeşitlenmesi; boyutlarına, işlevlerine ve çalışma prensiplerine göre sınıflandırılır.

Çalışma Metoduna Göre Servo Motorlar

  • Konumsal döndürme servo motorlar, 180 derece dönebilme özelliğine sahiptir. Motor milinin gerektiğinden fazla dönüşüne engel olmak için dişlilerden oluşan bir önleme durdurma mekanizması vardır.
  • Sürekli dönüşlü servo motorlar, hareket alanı ile ilgili bir sınırlama konulmadan üretilir. Giriş sinyali servo motorların hangi konuma doğru dönmesinin belirlenmesini sağlamak yerine; girişi, çıkış hızını ve yönü belirlenir. Bu tür servo motorlar saat yönüne hareket edebildiği gibi saat yönünün tersine de hareket edebilme özellikleri mevcuttur.
  • Lineer Servo motorlar, çıktıların kontrolünü sağlamak üzere bir kremayer ve pinyon mekanizmasından yararlanılır. Bu mekanizma, dairesel hareketi doğrusal harekete çevirmek için kullanılır.

Devre Yapılarına Göre Servo Motorlar

Darbe genişlik modülasyonu (PWM), motora değişken genişlikte bir iletmektedir. Darbe genişlik modülasyonu ile en düşük darbe, en yüksek darbe ve tekrarlama oranları dikkate alınır. Rotor, darbe süresine bağlı olarak istenen konuma doğru yönlendirilir. Servolara motor hareket işlemi gerçekleşmesi için bir komut verildiğinde istenilen konuma hareket eder ve o konumda istenilen pozisyonda kalırlar. Analog ve dijital motorlar aynı görüntüdedir. Aralarındaki önemli vark, sinyal verme ve bilginin işlenme biçimidir. Bu farkı yaratan ise devre yapılarından kaynaklanır.

  • Analog servo motorlar, darbe genişlik modülasyonundan (PWM) gelen voltaj sinyal bilgilerine göre çalışır. Bir analog servo hareketsiz iken, bir eylem iletilmediği sürece PWM aslında kapalıdır. Durma halinden tork üretmek, ilk tepki süresini yavaşlatır. İstenilen torka ulaşma süresi, gelişmiş teknoloji ve uygulamalar için ideal değildir.
  • Dijital servo motorlar yüksek frekanslı voltaj darbelerinde hareketi almak ve yönlendirmek için küçük bir mikro işlemci sisteme eklenir. Bu mikroişlemci sayesinde yönlendirme ve hareket üzerine yönlendirmeler yapılabilir. Dijital servo, bir analog sinyalin oluşturduğu darbe sayısı yaklaşık altı katını gönderir. Bu hızlı darbeler, daha hızlı ve daha yumuşak tepkis süreleri için düzenli tork sağlamaktadır. Bu esnada daha hızlı hareketlerin varlığını elde edebilmek için daha fazla güç emisyonu gerekmektedir.

Akım Türüne Göre Servo Motorlar

Servo motorlarda alternatif akım (AC) ve doğru akım (DC) olmak üzere iki farklı türde sınıflandırılır. Alternatif akım servo motorlar, daha yüksek akım dalgalanmalarında başarılıdır ve bu sebeple ağır endüstriyel makinelerde kullanılabilmektedir.

DC akım servo motorlar daha basit uygulamalar için ideal seçim gibi görünmektedir. Yüksek oranda başarılı kontrol edilebilmesi ve geri bildirimlerindeki verimlilik öne çıkan özelliğidir. Bu tür motorlarda hız, uygulanan voltajın frekansı ve manyetik kutupların sayısı ile oluşturulur.

DC Servo motorlar

Kapalı devre sistemlerde kullanılan motorların ilkidir. Motorun iç yapısı inceldiğinde, mil fonksiyonu ve kontrol devresi içeren bir potansiyometre vardır. Buna ek olarak motorun torkunu ve dönüş momentlerini kontrol eden dişliler de bulunur. 0 ile 180 derece arasında bir hareket aralığı vardır. Bazı kaynaklara göre 180 derece servo motorlar adıyla tanımlanır. DC motorlarda sabit manyetik alan kazanımı mevcuttur. Bu sayede rotora değişken gerilim sağlanır. Rotor kontrollü ve alan kontrollü olarak iki farklı yapısı olan DC servolarda, kalıcı mıknatıslı motorlar olarak da adlandırılır. Bu tür servolarda rotor, akım veya gerilim kaynağından beslemesi yapılır. Sistemde istenen her farklı kombinasyon, hız ve tork özellikleri ile uygulanır.

DC servo motorlarında hız ve tork değerleri farklı olması sebebi ile, son kullanıcıya yüksek torklu veya yüksek hızlı servolar ihtiyaçlarına da hitap eder. DC motor çeşitleri şu şekilde sıralayabiliriz:

  • Alan kontrollü servolar: sabit rotor gerilim beslemeli
  • Alan kontrollü servolar: sabit rotor akım beslemeli
  • Rotor kontrollü servolar: ( sabit alan beslemeli)
  • Seri ayrık alanlı servolar

AC Servo motorlar

Yapılarına göre iki farklı türleri mevcuttur. Senkronizasyon tip AC servo motor ve indüksiyon tipi AC servo motor.

Senkronizasyon tip AC servo motor

Stator ve rotordan oluşur. Strator, silindirik bir çerçeve etrafına sarılmış armatür sargısı ve bobin ucu içinden motora akım sağlanan bir kurşun tel ile bağlanır. Yapılarının özelliğinden dolayı fırçasız servo motorlar olarak da bilinirler. Strator alanı uyarıldığında, rotor senkron hızda statorun dönen manyetik alanını takip eder. Stator alanı durduğunda rotor da duruyor. Sabit mıknatıslı rotor ile rotor akımına gerek duyulmaz ve bu sebeple daha az ısı oluşur. Ayrıca bu motorlar rotor akımının olmaması nedeniyle yüksek verimlilik kazanılır. Rotorun statora göre konumunu belirlemek ve takip etmek için rotor üzerinde bir kodlama mekanizması yerleştirilir. Bu sayede AC motorların kontrolü kolaylaşılır.

İndüksiyon tipi (senkron olmayan) AC servo motor

Fiziksel olarak dik açılarda veya uzay karemelesinde iki faz ile sarılmıştır. Sabit veya belirli aralıklı sargı, sabit bir voltaj kaynağı ile uyarılır. Bu uyarılma sırasında, kontrol sargısı genellikle bir servo yükselticiden gelen bir kontrol voltaj tarafından uyarılır. Bu uyarılma kontrol edilebilir, ayarlanabilir veya değişken bir voltaj kaynağıdır. AC asenkronize servo motor sarımının tasarımı, genellikle aynı voltaj veya dönüş oranı dikkate alınarak yapılır. Bu sayede maksimum sabit faz uyarımında ve maksimum kontrol fazı sinyalinde güç girişlerinin dengesi de sağlanır. AC servo motorların doğal sönümlenmesi, derecelendirmeler arttıkça azalmaktadır. Bu motorların hız-tork doğrusallığı verilen önemi azaltılarak istenilen verimliliğe ulaşabilmesi için tasarlanır.

Servoların İç Yapısı

Servo Motorların Çalışma Prensibi

Bu motorların çalışma prensibini şöyle açıklanabilir. Bu motorlar iki sargılı stator ve rotor sargısından oluşmaktadır. Stator sargısı motorun sabit kısmına sarılır ve sargıya da motorun alan sargısı adı verilebilmektedir. Rotor sargısı motorun dönen kısmına sarılır ve bu sargıya da motorun armatür sargısı da denilebilmektedir.

Motor, milin serbest hareketleri için ön arka tarafta var olan iki yataktan oluşmaktadır. Enkoder denilen, motorun dönme hızını ve devir sayısını belirleyebilme amacı ile bir sensör yerleştirilir.

Servo Motorlar Hangi Alanlarda Kullanılır ?

Bu motorlar yapılarındaki çeşitlilik, farklı özelliklere sahip olması sayesinde geniş bir endüstriyel alana sahiptir. Çeşitli endüstriyel alanların içinde çok farklı kullanım alanları olmasının yanı sıra çeşitli ev elektroniklerinde, oyuncaklarda yaygın olarak tercih edilir. Özetle bu motorların kullanıldığı alanlar şu şekildedir.

Robotik Sistemler: Ağır olmaması ve boyutlarının küçük olması sayesinde tercih edilir.

Simülasyon uygulamaları: Hız tork ve hassasiyet üzerinde kontrol edilebilir olması sayesinde tercih edilir.

Savunma Sanayi: Yüksek sıcaklıklara dayanabilme, ani şoklara dayanıklı üretebilmesi sayesinde zorlu koşullara olan dayanıklılığı sayesinde tercih edilir.

Takım Tezgahları: Bu motorların kendi içinde hassasiyetlerin ayarlanabiliyor olması sayesinde tercih edilir.

Matbaa: Hassasiyetlerinin yüksek olması kontrol edilebilmesi ve hata payının düşüklüğü yanında hızlı olması matbaa sektörü tarafından tercih edilmektedir.

Konveyör ve taşıma Sistemleri: Yüksek hızlı ve düşük hata paylı olması ayrıca tork özelliği nedeni ile yine tercih edilir. Yiyecek ve İçecek Sekötörü: Oluşturduğu sıcaklık ve çeşitli sıcaklıklara dayanabildiği için sektörün birçok alanında kullanılır.

Servo Motorlar Nasıl Seçilir ?

Servo motorların nasıl seçilir? Sorusu kullanım alanı ve sektörün özelliklerine göre planlanması gerekmektedir. Bu motorların tasarımı sırasında bir çok değer dikkate alındığı için ön planlama hassasiyeti önemlidir.

Boyut: Bu motorların boyutları kurulacak sistemler için kritik bir önem taşımaktadır. Mekanik tasarım düşünülmeden önce boyut iyi değerlendirilmelidir. Boyut özelliğine bağlı olarak istenilen tork ve hız değerleri belirlenmelidir. Motor büyüdükçe sisteme ilave edilecekler de büyür.

Tork: Kurulacak sistemin ihtiyaç duyduğu tork miktarına göre hesaplamalar yapılmalıdır. Sistemin içerisinde aktif edilen bu motorların yaşayacağı tork kayıpları hesaplamalar arasında yer almalıdır. Birkaç matematiksel hesaplama ile kayıp yaşanacak torkun ve ihtiyaç olunan tork bulunabilir.

Sürekli Tork: Sistemin aktif hale gelmesinden bir süre sonra oluşan ortalama tork miktarı denilebilir. Motor seçimi sırasında RMS Tork olarak da görülebilir. RMS açılımı Root Mean Square, yani zaman içinde alınan değerlerin karelerin ortalaması alındıktan sonra karekökünün alınmış halidir.

Maksimum Tork: Motorun dönüşü esnasında herhangi bir noktada, herhangi bir yüke maruz kalmış durumda elde edilen en yüksek tork miktarıdır. Kurulan sistemin uygulamasında gerekli olan en yüksek tork miktarı, motorun sürekli tork bölgesinde oluşuyorsa olması gerekenden yüksek bir tork kullanımına işaret eder. Bu durum Motorların dayanıklılığını azaltır. Sürekli yüksek tork miktarı ile bu motorların çalışması uygun değildir.

Enkoder Çözünürlüğü: Servo motorların içlerinde geri bildirim sistemleri de vardır. Sistem kendi aralarında haberleşmesi enkoder aracılığı ile olur. Enkoder çözünürlüğü yükseldikçe sistem üzerine yapılacak müdahaleler ve çalışmaları hassaslaşır. Enkoder çözünürlüğüne karar verebilmek için bu motorların bir turda ürettiği darbe sayısını ya da sinyal sayısını biliyor olmak yeterlidir.

Çevresel koşullar: Oluşturulan sistemin barındırdığı çeşitli elektronik bileşenler ortamın sıcaklık, nem, titreşim, manyetik alan gibi faktörlerden olumsuz etkilenebilir.  Bu motorların en yüksek performansta çalışmasını sağlamak için en uygun ortamın da oluşturulması gerekmektedir.

Servo Motorlarımız İçin Tıklayınız

İlginizi Çekebilir : Sürücü(inverter) nedir ?

Twitter Adresimiz İçin Tıklayınız

Facebook Adresimiz İçin Tıklayınızhttps://www.facebook.com/megaplc34/

Tıkla puan ver
[Total: 2 Average: 5]

Yorumlar

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir