Servo Motor Çeşitleri

Stator

Stator nedir?

Servo , herhangi bir düzeneğin işleyişini hatayı algılayarak yan bir geri besleme mekanizmasının yardımı ile denetleyen ve hatayı gideren otomatik cihazdır. Servo motor, konum kontrolü yapan otomatik kontrol sistemlerinde kullanılan özel motordur. Büyük güçleri kumanda etmesi gerektiği otomatik kontrol sistemlerinde geleneksel DC motor ve AC motorlar kullanılabilir. Robot sistemlerinde en çok kullanılan motor çeşitlerinden biri mini servo motor dur.

Bu sistemler mekanik olabileceği gibi elektronik, hidrolik-pnömatik veya diğer alanlarda da kullanılmaktadır. Servo motorlar da çıkış; mekaniksel konum, hız veya ivme gibi parametrelerin kontrolünün yapıldığı bir mekanizmadır. Servo motorun içinde AC, DC, step motor veya senkron motor bulunur. Servo motorlarda kontrol ve servo motor sürücü devresi de bulunmaktadır.

DC (doğru akım) Servo motor
AC (alternatif akım) Servo motor

Servo motorlar; AC veya DC olarak bulunur. İlk zamanlar kullanılan servo motorlar genelde doğru akım motorlardır. Zira uzun seneler, yüksek akımlar için tek kontrol yöntemi olan tristör kullanılırdı. Transistörlerin yüksek akımları kontrol etme yeteneklerinden dolayı ve yüksek akımları yüksek frekanslarda anahtarlandıkça, servo motorların kullanımları fazlalaşmıştır. İlk servo motor tasarımı güçlendiriciler için yapılmıştı. Step motor kullanılmayan kapalı devre (çıkışın kontrol edildiği) sistemlere servo sistem adı verilmektedir. Bundan dolayı hız kontrolcüye bağlanmış (servo sürücü) basit bir AC endüksiyon motoru da servo motor olarak adlandırılabilir.

Servo motor olarak tasarlanmış bir servo motor da yapılması gerekli değişiklikler, ısıtma yapmadan bir hız aralığında çalışma kabiliyeti, sıfır hızda çalışırken yükü belirli bir pozisyonda tutmaya yeterli torku sağlama yeteneği ve uzun süreler için aşırı ısınmadan çok düşük hızlarda çalışma kabiliyetidir. Eski tip motorlarda doğrudan motor şaftına bağlanmış bir motor fanı bulunur. Motor düşük hızda çalışırken fan, motoru soğutmak için yeterli havayı hareket ettiremez. Daha yeni motorlar da ayrı bir fan montajı yapılmıştır. Bu fan, ideal soğutucu havayı sağlar. Bu fan sabit bir gerilim kaynağıyla güçlendirilmiştir. Böylece servo motorun hızından bağımsız olarak her zaman maksimum devirde döner.

DC Servo Motor Çeşitleri

DC servo motor yabancı uyartımlı DC motorlar yada kalıcı mıknatıslı DC motorlardır. Servo sistemde çalıştığı zaman, motor alan veya rotor kontrollü olabilir ve rotor ya gerilim kaynağından yada akım kaynağından beslenir. Her kombinasyon farklı tork hız karakteristiği sunar. Bunların bağlantıları DC servo motor çeşitleri olarak adlandırabilir. Bunlar:

Alan Kontrollü-Sabit Rotor Gerilimli Beslemeli
Alan Kontrollü-Sabit Rotor Akım Beslemeli
Rotor Kontrollü-Sabit Alan Beslemeli
Seri Ayrık Alanlı Servo Motorlardır.

AC Servo Motorlar

DA servo motorların güçleri birkaç Watt’an birkaç yüz Watt’a kadar olabilir. DC servo motorlar, yüksek güçlü uygulamalarda kullanılır. Günümüzde, AC servo motorlar hem düşük hem de yüksek güç uygulamalarda kullanılır. AC motorların yapıları basit ataletleri düşüktür. Ancak, genel olarak doğrusal olmayan özellik gösteren ve yüksek manyetik bağa sahip motorlardır. Ayrıca moment-hız karakteristikleri DC servo motorlarınki gibi ideal değildir, bunların yanı sıra AC servo motorları aynı boyuttaki DC servo motor ile karşılaştırıldıkları zaman daha düşük momente sahiptir.

İki-Faz Servo Motor

Kontrol sisteminde kullanılan çoğu servo motor AC servo motorlar, iki faz sincap kafesli asenkron motorlardır. Frekansları normal olarak 60 Hz veya 400 Hz olabilir. Yüksek frekans hava yolu sitemlerinde kullanılmaktadır.

İki faz AC servo motorun şematik diyagramı Şekil de gösterilmiştir. Stator birbirinden 90° elektriksel açılı dağıtılmış iki sargıdan meydana gelir. Sargının biri, referans fazı veya sabitlenmiş fazdır ve genliği sabit bir AC gerilim kaynağına (Vm<-0) bağlanır. Diğer faz kontrol fazıdır ve referans fazı ile aynı frekansa sahip genliği ayarlı bir AC gerilimle beslenir. Ancak kontrol fazı ile referans fazı arasında 90°lik faz farkı vardır. Kontrol fazının gerilimi genel olarak bir servo yükselteçten sağlanır.

Motorun dönüş yönü, kontrol fazı ile referans fazı arasında ki faz ilişkisinin ileri veya geri olmasına bağlıdır. Dengeli iki –faz geriliminin genlikleri eşit ( Va=Vm ) olduğunda motorun moment – hız karakteristiği üç faz asenkron motora benzer. Düşük rotor dirençlerinde bu karakteristik doğrusal değildir (Şekil a). Böyle bir moment-hız karakteristiği, kontrol sistemlerinde kabul edilemez. Ancak, rotor direnci yüksek ise moment hız karakteristiği Şekil b’deki gibi geniş bir hız aralığında; özellikle sıfır hız seviyelerinde aslında doğrusaldır. İki faz asenkron motoru kontrol etmek için referans sargısı genliği sabit bir alternatif gerilim ile, kontrol sargısı ise genliği ayarlanabilen bir alternatif gerilimle beslenir.

Üç Fazlı Servo Motorlar

DA servo motorlar, yüksek güç servo sistemlerin uygulama alanlarında kullanılmaktadır. Yüksek-güç sistem uygulamalarında üç-fazlı asenkron motorun servo motor olarak kullanımı üzerine yapılan araştırmalar başarıya ulaşmış ve üç fazlı asenkron motor yüksek-güç uygulamalarında hızlı bir şekilde yerini almıştır. Üç fazlı asenkron motor yapı olarak dayanıklı olmakla beraber doğrusal olmayan bir özelliğe sahiptir ve bundan dolayı kontrolü karmaşıktır.

Günümüzdeki çalışmalar, üç fazlı asenkron motorun yabancı uyartımlı DC motoru gibi kontrol edileceğini göstermiştir. Üç fazlı asenkron motorun stator akım vektörünün, birbirine dik, birbirinden bağımsız iki bileşenle temsil edildiği ve dik bileşenlerden biriyle momentin, diğeriyle akının kontrol edileceği tekniğe vektör moment tepkisi sağlanmaktadır.