Servo Motorlar Hakkında Bilgi

Servolar programlanabilir bir mile sahip olan küçük cihazlardır. Servo herhangi bir mekanizmanın işleyişini hatayı algılayarak yan bir geri besleme düzeneğinin yardımı ile denetleyen ve hatayı gideren otomatik cihazdır. Küçük çaplı ve genel olarak içinde kompanzasyon sargısı olan, kuvvetli manyetik alanlı, boyu uzun doğru akım motorlarına servo motor denir. Servoya belirli kodlar göndererek bu milin pozisyonunu istediğimiz açıda değiştirilebiliriz. Giriş hattındaki kodlu sinyalimiz var oldukça, servo milin pozisyonunu kodun istediği şekilde sabit tutar. Kodlar değiştikçe milin açısal pozisyonu da değişir. Örneğin, servolar uzaktan kumandalı uçaklarda yön tayini için hareketli parçaların pozisyonlarını değiştirmek için kullanılır. Uzaktan kumandalı araçlar ve oyuncaklar için ve elbette robotlar için de kullanılırlar.

Servo motor imalatı DC motorlar gibi yapılır. 1 devir/ dakikada hız bölgelerinin altında bile çalışan, moment-hız kontrolü yapabilen yardımcı motorlardır. Robot teknolojisinde en çok kullanılan motor çeşitidir. Bu sistemler mekanik olabileceği gibi elektronik, hidrolik-pnömatik veya başka alanlarda da kullanılabilmektedir. Servo motorlar, servo sürücüler tarafından; mekaniksel konum, hız veya ivme gibi parametrelerin kontrol edildiği bir düzenektir. Servo motor içerisinde herhangi bir motor AC, DC veya Step motor bulunmaktadır. Ayrıca motor sürücü ve kontrol devresini de içerisinde barındırır.

Servo motor çalışma prensibi; Bir sistemde servo motor kontrolü, hız ve pozisyon kontrolünün gerektiği uygulamalarda, geri besleme (feed back) ile bir karar verme ünitesine gönderilerek sistemin davranışını ayarlar ve son kontrolü yapar. İçerisinde step motor kullanılmayan kapalı devre sistemine de servo sistem denir. Bu yüzden hız kontrolü yapılan basit bir alternatif akım indüksiyon motoruna da servo motor denir. Servo motorların normal motorlardan farkı; genel olarak güç sağlayan servo motorlar geniş bir hız komutunu yerine getirecek biçimde tasarlanmış olmasıdır. Servo motorlar kullanıcının komutlarını yerine getiren motorlardır. Bu komutlar pozisyon, hız ve pozisyonun bileşimi komutlar olabilir. Bir servo motor özellikleri şunlardır;

• Geniş bir hız sınırı içerisinde kararlı olarak çalışmalıdır.
• Devir sayısı, hızlı ve düzgün bir şekilde değiştirilmelidir.
• Küçük boyuttan büyük moment elde edilmelidir.

Servo motor çeşitleri; alternatif akımla (AC) çalışanları fırçasız AC motor, doğru akımla (DC) çalışanları ise fırçalı DC motor olarak yapılır. Bu motorlar, elektronik yapılı sürücü/programlayıcı devrelerle beraber  kullanılırlar. Günümüzde yapılan servo motor sürücü; mikroişlemci kontrollü ve dijital yapılıdır.

• Servo motorların döndürme momentleri yüksek olur.
• Döndürme momentinin iki katına kadar olan değerlere kısa süreli olarak yüklenirler.
• Motorun devir sayıları 1-10000 d/d arasında istenilen değerlerin birine ayarlanır.
• Hareketleri sık aralıklarla olabilir. Dur-kalk sayıları fazla olabilir. Sayıların fazla olması motor için önemli değildir, olumsuz yönde etkilenmez.
• Kalkış (atalet) momentleri küçüktür. Verilen komutları hemen algılayıp uygularlar.

Servo Motor Yapısı

Servo motor yapısı, bir motor ve geri bildirim ünitesinden oluşur. Geri bildirim ünitesinde tako genaratörü veya kodlayıcı olabilmektedir. Servo motorlar AC veya DC olabilir. İlk yıllarda genel olarak DC motorlar tercih sebebiydi. Zira uzun seneler yüksek akımlar için tek kontrol yöntemi tristörler kullanılırdı. Transistörlerin yüksek akım kontrollerini yapması ile ve yüksek akımları yüksek frekanslarda anahtarladıkça AC servo motorlar daha çok kullanılmaya başlandı. Servo motorlar ile diğer motorlar arasındaki  birinci fark, hızlı frenleme ve ivmelendirme yapmalarıdır. Bunun için döndürme momentinin büyük, eylemsizlik momentinin olabildiği kadar küçük olması gerekir. Bu da iki yöntem ile sağlanır;

Birinci yöntem; eylemsizlik momenti bir silindir de çapa bağlıdır. Bu durumda endüvi çapı küçük tutulmalıdır. Gerektiğinde uzunluk arttırılabilir. Zira eylemsizlik momentine uzunluk orantılı bir şekilde etki ederken, çap da etkiler. Bundan dolayı  bütün servo motor özellikleri; boylarının uzun, çaplarının küçük olmasıdır.

İkinci yöntem; eylemsizliği etkileyen diğer bir konu endüvinin ağırlığıdır. Servo motor, endüvilerinin yapıları hafiftir. Endüvi demir yerine, hafif yalıtkan bir malzemeden yapıldığında, eylemsizlik momenti 8-10 kez azalır. Hızlanma-yavaşlama normal motorda saniyelerle ölçülür. Servo motorlarda ise milisaniye ile ölçülmektedir. Servo sistem de gereksinime göre farklı tipte motor kullanılabilir. En çok tercih edilen AC servo motorlar; fırçasız DC motor, DC motor ve sincap kafesli motordur.

 Servolar Nasıl Çalışır?

Servo motor çıkış miline bağlı bir potansiyometre ve bazı kontrol devrelerine sahiptir. Yukardaki fotoğrafta potansiyometre kontrol devresi bordunun sağında görülebilir. Bu potansiyometre motorun o an hangi açıda bulunduğunu bize gösterir. Eğer mil doğru açıda ise motor çalışmayı durdurur. Eğer kontrol devresi motorun istenilen açıda olmadığını tespit ederse açı doğru olana kadar motoru haraket ettirir. Çıkış mili 180 derecelik bir açıda haraket edebilme kapasitesine sahiptir. Genellikle 210 dereceye kadar açı değiştirebilir fakat bu üründen ürüne göre çeşitli farklılıklar arzeder. Normal bir servo 0 ile 180 derecelik açıları kontrol etmek için kullanılır. Normal bir servo motor, çıkış dişlisinin mili mekanik olarak kısıtlaması sebebiyle daha büyük bir açı ile haraket ettirilemez.

Motora uygulanan güç haraket etme miktarı ile orantılıdır. Yani eğer mil büyük bir uzaklık kat ederse, motor bütün gücüyle çalışıcaktır. Eğer küçük bir açı için hareket edecekse motor daha yavaş dönecektir. Buna orantısal kontrol denir.

Belirli bir açıda haraket ettireceğimiz servo ile nasıl haberleşirsiniz? Data kablosu servo ile haberleşmek için kullanılır. Açı data kablosuna vereceğiniz sinyalin süresi ile orantılıdır. Bu Sinyal kodlu modulasyon (Pulse Coded Modulation) olarak adlandırılır. Servo her sinyal verilişinde 20 milisaniyelik bir gecikme ile çalışır. Sinyalin uzunluğu servonun ne kadar uzun haraket edebiliceğini belirler. Örneğin 1.5 milisaniyelik bir sinyal verilirse motor 90 derece dönecektir (Bu nötr pozisyon olarak adlandırılır). Eğer 1.5 saniyeden daha uzun bir sinyal verilirse mil 180 dereceye daha yakın bir açıda dönecektir.

Servo Motorlar Nerelerde Kullanılır?

Servo motorların kullanım alanları geniştir. Servo motor firmaları tarafından servo motorun ebatlarına göre servo motor fiyat belirlenmektedir. Servo motorlar hassas tezgahların ilerleme hareketlerinde, pozisyon belirleme sistemleri, dijital (sayısal) kontrollü makinalar, bellekli makineler, bilgisayar donanımları, alternatör devir ayar mekanizmaları, sargı yarı iletken üretim ünitelerinde, yüksek hızlı çip yerleştiricilerinde, tıbbi cihazlarda, anten sürücüleri, büro makinaları, paketleme sistemleri, dikiş makinaları, fanlar, laboratuvar ekipmanları, vana sürücüleri, otomatik kaynak makinaları, pompalar,  robotlar, radarlar, nümerik kontrollü makinalarda (CNC), otomatik ve sabit klimalar, otomatik kapı vs. yerlerde kullanılırlar. Servo motor bakımı kolay olmasından dolayı tercih edilmektedir. Servo motorlar kullanıldıkları alanlara göre redüktör takılarak redüktörlü servo motor olarak kullanılırlar.

Servo Motor Özellikleri

• Dinamik yük ve hız değişikliği
• Yüksek kararlılık
• Pozisyonlama
• Periyodik çalışma

Servo Sürücü

Motor, aktarma organı ve yükten meydana gelen mekanik servo sistemin moment, hız yada pozisyon değişkenlerinden herhangi birinin bu değişkenle ilgili verilen referans değerine uygun olarak hareket ettirilmesini sağlayan elektronik güç elemanıdır. Servo sürücüleri DC servo sürücüler ve AC servo sürücüler olarak ikiye gruba ayrılır.

Geri Besleme Elemanlarının Seçimi

Servo motorların en önemli özelliği sürücü devresinin olmasıdır. Ama tek başına sürücünün bulunması yeterli değildir. Çünkü sürücü, kendisine gelen bilgileri(verileri) servo motora iletir ve pozisyonunun uygun yerde ve hızda olup olmadığını, geri besleme elemanları ile kontrol edilir. Sistemin özelliğine göre bu elemanlar seçilir.

Mutlak pozisyon ölçümü ihtiyacı > Resolver veya Sin-Cos encoder

Yüksek hız çalışması >  Artımlı encoder

Düşük hız çalışması > Resolver veya encoder

Doğruluk (hassasiyet ) > Artımlı encoder

Yüksek sıcaklıkta çalışma > Resolver

Sürücü ile Servo Motor Bağlantısı

Servo sürücü devresi için servo motor bağlantısı; şekilde görüldüğü gibi servo motor ve sürücüleri arasında iki bağlantı vardır. Bunlardan güç bağlantısı üçü faz biri nötr iletkeni 4 damarlı iletkenle yapılır. Geri besleme elemanı ile RS-232 veya RS- 485 bağlantı kabloları ile bağlanarak veri alışverişinde bulunabilmesi için kontrol bağlantısı yapılır. Böylece motorun mili istenen sisteme bağlanır. Örnek olarak, dişli kutusu, sonsuz vida, taşıyıcı, kayış-kasnak vs gibi.

Servo Motor ve Sürücü Seçimi

Servo sistemlerde, servo motor firmalarının boyutlandırma programı vardır. Bunlardan biri de Control Technıques ‘CTSS’ bir servo sistem programıdır. Mekanik detayları tespit edilen servo sistemler için servo motor boyutları seçimi yapılır. Tespit edilen servo motora uygun servo sürücü seçimiyapılır.

Uygulama adımları

• Sistem elemanları çalışma sayfasına kaydedilir.
• Elemanlar arası bağlantı kurulur.
• Seçilen elemanların özellikleri sisteme uygun olarak hesaplanır.
• Servo sistem detayları dinamik olarak hesaplanır.
• Kurulan sistem yapısı ile ya dosya da saklanır yada yazılı olarak raporlanır.

Sistem elemanları

• Dişli kutusu
• Sonsuz vida
• Kayış-kasnak
• Taşıyıcı dişli
• Taşıyıcı
• Silindir sürücü
• Besleme merdanesi
• Mekanik bağlantı
• Çeşitli eylemsizlik

kaynaklar: forum.thgtr.com, elektrikrehberiniz.com