DC Servo Motorlar

DC servo motor

Servo, herhangi bir mekanizmanın işleyişini arızayı algılayarak, yani bir geri besleme düzeneğinin yardımı ile denetleyen ve arızayı gideren otomatik cihazdır. DC servo motor, geri besleme ünitesine sahip DC motordur. Motor mili kendisine gönderilen kodlu sinyale göre konumlanır. Motora giriş değiştikçe motor milinin konumu da değişir. Robot teknolojisinde en çok kullanılan servo motor çeşididir.

Bu sistemler mekanik olabileceği gibi elektronik, hidrolik-pnömatik veya başka alanlarda da kullanılabilmektedir. Servo motorlar da çıkış; mekaniksel konum, hız veya ivme gibi parametrelerin kontrol edildiği bir düzenektir. Servo motor içerisinde herhangi bir motor AC, DC veya step motor bulunmaktadır. Ayrıca servo motor ve sürücüleri kontrol devresini de içerisinde barındırmaktadır.

Servo motorun:

Avantajları;

Elektrik kesildiği zaman dinamik olarak durması sağlanır.
Servo sürücüsü basit bir yapıya sahiptir.
Düşük kapasitelilerin fiyatı ucuzdur.
Yüksek güç oranı.

Dezavantajları;

Komütatörün bakımı rutin olarak yapılmalıdır.
Fırçalarında sürtünmesinden meydana gelen tozdan dolayı temiz alanlarda kullanılamaz.
Komütatörlü olduğu için yüksek hız ve yüksek tork sağlanamaz.

DC servo motor seçimi yapılırken;

Milin dönme hızı,
Terminal gerilimi,
Daimî akım,
Daimî tork,
Daimî çıkış gücü,

gibi değerler göz önünde bulundurulmalıdır.

DC Servo Sürücü

Servomotor kontrol devreleri servo motor sürücüleri olarak bilinirler. Sürücüler motor çeşidi ve gücüne bağlı olarak farklı yapıdadır. En önemlisi motoru sürecek olan gerilimin büyüklüğüdür. Fırçalı DC servo motorda tek faz, fırçasız DC servo motorda üç fazın yanında rotoru zamanında uyarmak için alan etkili sensörler de kontrol edilir. Servo motor sürücüleri çeşitli ebatlarda saç kutu içinde, motor durumunu gösteren göstergeleri olan, otomatik veya elle motor sürmeye imkan sağlayan cihazlardır.

Servo sürücüler

Darbe genişlik modülasyonu ile çalışan, genellikle analog ya da dijital sürücülerdir. Geri besleme olarak tako jeneratör, hall sensör veya artırımlı encoder kullanılır. Dinamik performansı düşük kullanımı kolay ve servo sürücü fiyatları ucuz olan sürücülerdir.

DC servo motor sürücü çalışma prensibi

DC servo motorlar, genellikle bir DC motoru olup, motora gerekli DC şu yöntemlerden elde edilir.

AC akımın tristörden geçirilmesi ile
AC akımın doyumlu reaktörden geçirilmesi ile
Bir elektrik yükselteçten
Regüleks, amplidin, retotrol vb yükselteçten elde edilir.

DC servo motorların yapısı klasik DC motorlar gibi stator, rotor, gövde, fırça ve kollektörlerden oluşur. Küçük güçlerden büyük güçlere (0,05 Hp – 1000 Hp’ye) kadar DC servo motor imalatı yapılır. DC servo motorlar, klasik DC motorlar gibi imal edilirler. DC servo motor küçük yapılıdır ve endüvileri (rotorları), (yükseklik . uzunluk /çap oranıyla) kutup atalet momentini minimum yapacak biçimde tasarlanırlar.

Küçük çaplı ve genel olarak içinde kompanzasyon sargısı olan, kuvvetli manyetik alanı boyu uzun doğru akım motorlarına da servo motor adı verilir. Alan sabit mıknatıslarla (genellikle ferit) kurulabilir, motor sabit mıknatıslı DC motor (PMDC) olarak bilinir ve yalnızca rotoru kontrol eder. PMDC motor küçük yüklerde kullanılır.

DC servo motor uygulamaları sırasında sabit bir kutup manyetik alanı elde ederken DC kaynak kullanılır. Rotora değişken bir gerilim uygulanır. Bu iki geriliminde dolaştırdığı akımların meydana getirdikleri manyetik alanlar birbirlerini iterek dönüşü sağlar. DC servo motorların endüvileri uzun, çan ve disk biçiminde olabilir.

Disk endüvili servo motorlar, hafif ve kısa olduklarından, robot mafsallarında hareketi kolaylaştırmak için kullanılırlar. Uzun ve ince endüvili servo motorların boyları küçük olduğu için her yerde montajı kolaydır. Çan tipi rotorlu servo motorların 3000 d/d gibi yüksek hızlara ulaşma özellikleri vardır. Servo motorlar; bellekli makinalar, dijital kontrollü makinalar, pozisyon belirleme sistemleri, büro makinaları, askeri aletler, alternatör devir ayar mekanizmaları vs. yerlerde kullanılırlar.

Uzun,disk,çan rotorlu DC servo motorların yapısı

DA servo motorlarında, yüksek bir dönme momenti ve aşırı yükleme sağlamak için bir manyetik alan meydana getirilmelidir.

DC servo motor en büyük dönme momentini kısa çalışmalar sırasında kazanır ve en küçük devir sayısında ortalama anma dönme momentinin dört katıdır.
Özellikle hızlı tepkili servo motorlar için motorun mili içinde demir olmayan DA motorları kullanılmaktadır.

Servo Motor Çalışma Prensibi

DC servo motor çalışma prensibi açısından, endüktörü (stator) daimi mıknatıslı bir DC motordur. Manyetik alanla, içerisinden akım geçirilen iletkenler arasındaki etkileşim sebebi ile bir döndürme momenti oluşur. Bu döndürme momenti manyetik alan vektörü ile sargı akım vektörü arasındaki açı 90° olduğunda maksimum değerini alır.

Bir DC sevro motorda fırçaların yerleri, her iki dönüş yönü içinde döndürme momenti açısının 90° olmasını sağlayacak biçimde saptanmıştır. Kollektör segmentlerinin fazla olması sonucunda momentin sıfır bir noktada endüvinin hareketsiz kalması engellenir. Sanayide kullanılan değişik doğru akım motorları vardır. Servo sistemlerde kullanılan doğru akım motorlarına DC servo motorlar denir.

DC servo motorlarda endüvi eylemsizlik momenti çok küçüktür. Bundan dolayı piyasalarda çıkış momentinin eylemsizlik momentine oranı büyük olan motorlar mevcuttur. DC servo motorların bazılarında, küçük zaman sabitleri vardır.

Piyasada düşük güçlü DC servo motor, genel olarak bilgisayar kontrollü aletlerde (yazıcılar, teyp sürücüleri, tarayıcılar, disket sürücüler, kelime işlemciler, alternatör devir ayar mekanizmaları, pozisyon belirleme sistemleri, dijital kontrollü makinalar, bellekli makinalar büro makinaları vb). gibi yerlerde kullanılmaktadır. Büyük ve orta güçlü servo motorlar ise genel olarak sayısal denetimli diş açma tezgahları, robot sistemlerinde kullanılır.

DC motorlarda alan sargıları rotor sargılarına seri yada paralel bağlanır.

Rotor sargılarından bağımsız olarak uyartılan alan sargılarının akısı rotor sargılarından geçen akımın fonksiyonu değildir. Bazı DC motorlarda manyetik akı sabittir.

Uyarma sargıları rotordan bağımsız olan yada sabit mıknatısla uyartılan motorlarda hız kontrolü rotor gerilimiyle yapılabilir. Bu tip kontrol yöntemine rotor kontrol yöntemi adı verilir. Uyarma sargılarının yarattığı akıyla yapılan denetlemede rotor akımı sabit tutulur. Endüktör de bulunan uyartım sargılarının yarattığı akının kontrolüyle hız ayarlanır. Böyle motorlara alan kontrollü motorlar adı verilir.

Ama endüvi sargılarından geçen akımın sabit tutulması önemli bir sorundur. Çünkü endüvi akımı,yükün ve kaynağın birer fonksiyonudur. Rotor kontrollü motorlara nazaran, alan kontrollü motorların alan sabitleri daha büyüktür. Büyük aralıklarda değişen hız ayarlarında endüvi geriliminin değiştirilmesi; buna karşılık küçük aralıklarda hassas hız ayarı gereken yerlerde alan sargılarının yarattığı manyetik akı hız kontrolü yöntemi tercih edilmektedir.

DC servo motor genel olarak “elektronik hareketli denetleyiciler ”denilen dc servo sürücü ile kontrol edilirler.

Servo sürücü, servo motorun hareketini kontrol eder. Servo kontrol edilen büyüklükler çoğu zaman noktadan noktaya konum kontrolü, hız kontrolü ve ivme programlamasıdır.

DC servo motorlar servo kontrolü ile keskin, hassas ve hızlı çalışmaktadır. PWM tekniği denilen darbe genişlik modülasyonu genel olarak robot kontrol sistemlerinde, sayısal kontrol sistemlerinde ve diğer konum denetleyicilerinde kullanılırlar.

DC servo motor kontrol karakteristikleri AC servo motorlardan üstündür. DC servo motorun diğer bir üstünlüğü de düşük hızlarda yüksek tork üretmesidir. DC motorun dönme yönü ve hızı rotor akımı ile tespit edilir. Rotor akımındaki artış, hızı da artırır.

Endüvi akımının yönünün değişmesi motorun dönüş yönünü de değiştirir. DC motorların birçoğu küçük yüklerde kullanılan sabit mıknatıslıdır. Bazılarıda ağır yüklerde kullanılan şönt alan sargılıdır.

DC Servo Motor ile AC Servo Motorun Karşılaştırılması

Fırçasız servo motorlar, DC servo motor tamir ihtiyaçlarını ortadan kaldırmak için geliştirilmiştir. Modern servo sistemlerde kullanılan fırçasız servo motorların en önemli üstünlüğü fırça ve komütatör elemanlarının olmasıdır. Bu sebeple fırçalar bakım istemezler.
Kollektörlü DC servo motorlarda meydana gelen sorunlar bazen çok açık bir şekilde belli olmayabilir. Bazen fırçaların kirlenmesi bile sorun meydana getirebilir. Fırçaların gücü ve ömrü atmosferik koşullarla bile değiştiği için farklı ortam şartlarında değişik yapılı fırçalar kullanılmaktadır. Fırçasız servo motorlardaki verim, eş ölçüdeki bir DC servo motordan daha yüksektir. Fırçaların sürtünme etkisi olmadığı için sürtünme kuvveti verime katkıda bulunur.
Fırça ve kollektör aksamının yokluğu motor boyunu düşürür. Bu sadece motor hacmini düşürmekle kalmaz endüvi destek rulmanları arasındaki mesafe ve rotor boyunun kısalmasıyla endüvinin yanal rijitliği de arttırılmış olur. Bu özellik hız/eylemsizlik oranına gereksinim duyulan uygulamalarda önemlidir.
Fırçasız konfigürasyonda sarımların sabit endüktör içine sarılması nedeniyle ısı yalıtımı için daha fazla en kesit alanı sağlanabilmekte ve sargılarda meydana gelebilmek ısı artışı algılama elemanları yardımıyla kolay bir şekilde algılanabilmektir.
Modern servo sistemlerde pozisyon sinyalinin tespit edilmesi amaçlı bir resolver veya kodlayıcı (encoder) kullanılır. Kodlayıcı ve motorun tek bir ana iskelet üstünde toplanmasıyla sistem daha kompakt bir yapıda olmaktadır. Bu motor yapısında manyetik akıyı üretmek için lazım olan mıknatıs endüviye montajı yapıldığından dolayı döner-alan tipli motor yapısındadır. Senkron motor tipli fırçasız servo motorların yapıları doğru akım servo motorlarından farklı olması sebebiyle bu tipteki servo motorlara fırçasız DC servo motor denilmektedir.
Doğru akım servo motorlardaki kollektörün aksine fırçasız DC servo motorlar akımı yarı iletken güç elektroniği elemanlarıyla doğrulturlar. Diğer taraftan endüvi manyetik alanının kodlayıcı yardımıyla algılanıp, algılanan bu pozisyona uygun düşecek biçimde endüktör (stator) sarımlarına üç fazlı alternatif akım verilmesi ile kalıcı mıknatıslı senkron motor tipindeki fırçasız servo motorlara , AC servo motorlar denilmektedir. Fırçasız servo motorlarda endüvi manyetik alanıyla endüktöre verilen akımların dikey biçimde kontrolleri yapıldığı zaman DC servo motorlar ile aynı olan hız-moment karakteristikleri elde edilir.
Servo motorlar kullanımları gereği sık şekilde yavaşlama ve ivmelenme işlemleriyle karşılaştıkları için, maksimum moment değeri anma momentlerinin katlarca fazla olmalıdır. DC servo motorlarda anma momentlerinin aşılması halinde komütatör aksamında kıvılcımlaşma olayı oluşur. Aynı biçimde hız arttıkça moment değeri hızlı bir şekilde düşer.

DC Servo Motor Özellikleri

Kalkış momenti küçüktür.
Motorların boyları uzundur.
Servo motorların çapları, normal motorlara göre uzundur.
Endüvinin dönme momenti, endüvinin çapına göre değişir.
DC servo motorlar az enerji harcarlar.

Servo motor fiyat; servo takımının kablo uzunluğu, frenli veya frensiz olması hafif, orta yada yüksek ataletli olmaları ile doğrudan ilintilidir. Servo motor ve sürücü fiyatları, satış yapan üreticiler tarafından belirlenmektedir.