Servo Motor Nedir? Çeşitleri Nelerdir?
1900 yıllara girildiğinde elektronik sektörünün çok ciddi bir şekilde gelişmesi, 1900 yılların ortasına doğru da elektroniğin bir alt dalı olan yazılımın doğması ve gelişmesi ile birlikte günlük hayatta sıkça kullanılan motorların gelişmesine de katkı sağlar. Motorlara, stator ve rotor dışında mekanizmalar eklenerek motorlar daha kararlı ve becerikli hale getirilir. Tüm bunların dışında motorlar daha otonom hale gelseler de insanların kontrolü altına da girer.
Kısa bir girişten sonra motorlara keskin bir dönüş yapalım. Motor, dairesel olarak hareket ederek kuvvet üreten endüstriyel cihazlardır. Motorlar genel olarak DC Motor, AC Motor, Servo Motor ve Step Motor olmak üzere dört farklı türde sınıflandırılır. Tüm bu motor çeşitleri yapı olarak birbirlerine benzeseler de, özellik ve çalışma mantıklarına göre bir birlerinden farklıdırlar. Yukarıda koyu olarak belirttiğim servo ve step motorları gelişmiş motorlar olarak gösterebiliriz. Çünkü bu motorların iç yapısı sadece stator ve rotor değildir. Fakat bu yazı sadece servo motorlar üzerine olacak.
Servo Motor Nedir?
Servo motor, yapı olarak dc veya ac motor tiplerine benzeseler de bu sistemlere ek olarak iç yapısında bir potansiyometre veya encoder ve motor milinin (şaft) konumunu ölçen bir kontrol devresi bulunur. Ayrıca servo motor 3 bağlantı ucuna sahiptir. bunlardan ikisi motoru çalıştırırken diğer ucu ise sistemin giriş birimine motor şaftının konumunu bildirir.
Servo motor sürücü devresi, kodlanmış sinyalleri motor mekanizmasına göndererek motorun şaftına açısal pozisyonda döndürme kabiliyeti kazandıran elektronik bir amplifikatör türüdür. Çalışması sırasında açısal olarak milin hareket etmesi ve titreşim düzeyini düşürmesinden dolayı servo motorlar hassas bir yapıda çalışırlar. Bunların dışında servo sürücü, servo motorun moment gücünün yüksek olmasına da yardımcıdır.
Yazının devamında servo motorları DC ve AC olmak üzere iki türde inceleyerek devam edeceğim.
DC Servo Motor
DC Servo motorun içerisinde bir adet dc motor bulunmasından dolayı dc servo motor ismini almıştır. Fakat dc motora ek olarak bir kontrol devresi ve çıkışında mil görevi gören bir potansiyometre ile dc motorun milini kontrol eder.
Potansiyometre, dönme momentine göre lineer bir direnç artışına sebep olur. Bu özelliğinden faydalanılarak potansiyometrenin o anki direnç değerine göre servo motorun anlık konumu belirlenir. Tüm bu işlemleri yapan kısım ise dc servo motorda kontrol devresi olarak anılır.
Kontrol devresi, potansiyometrenin direnç değerine göre servo motorun o an hangi açıda bulunduğunu tespit eder. Bu görevinin dışında servo motorun sinyal ucundan gelen bilgiye göre gitmesi gerektiği konumu belirler. Eğer servo mili sinyal ucundan gönderilen açıda ise motor çalışmaz. Çalışıyorsa da içerisindeki dc motorun çalışmasını durdurur. Fakat kontrol devresi motorun istenilen açıda olmadığını tespit ederse doğru açıyı yakalayana kadar motor hareket etmeye başlar. Fakat bu çalışma o kadar hassas işler ki istenilen açı yakalandığı anda çok küçük hata payı ile motoru durdurur. Bu işlemi ise açıya yaklaşıldıkça dc motorun hızını düşürerek yapar. Yani eğer mil büyük bir uzaklık kat edecekse, motor bütün gücüyle çalışacaktır Eğer küçük bir açı için hareket edecekse motor daha yavaş dönecektir. Buna orantısal kontrol denir ve bu kontrol potansiyometre ile sağlanmaktadır. DC Servo Motoru daha iyi anlamak için aşağıdaki video’yu baştan sona izlemeniz yeterli olacaktır.
DC SERVO MOTOR İÇ YAPISI
Servo motorun çalışma mantığını ve özelliklerini anlayabilmek için ilk olarak iç yapısını iyi anlamak gerekir. Yukarıda anlattığım gibi dc servo motorlaın en önemli parçaları dc motor, kontrol devresi ve potansiyometredir. Bunların dışında motorun dönüşün momentini ve torkunu belirleyen dişli yapısı vardır. Bu dişliler piyasada genellikle plastik olarak imal edilirler. Fakat metal dişli dc servo motorlar sağlamlıkları bakımından bazı projelerde özellikle istenilir.
DC SERVO MOTOR ÇALIŞMA PRENSIBI
DC servo motorlar açısal olarak, -90 derece ve +90 derece arasında olmak üzere 180 derecelik bir açıda hareket edebilme kapasitesine sahiptir.Yani DC servo motor 0 ile 180 derecelik açıları kontrol etmek için kullanılır. DC servo motorun, çıkış dişlisinin mili mekanik olarak kısıtlaması sebebiyle daha büyük bir açı ile hareket ettirilemez.
Motora yazılımsal olarak dönme miktarı ise PWM modülü ile belirlenir. PWM modülü, kare dalgalardan oluşur. Kare dalga 1 konumunda iken motora güç gider. 0 konumuna geldiğinde ise motora güç gitmez. Servo motorlarda açısal hareketin gerçekleşmesi için bir kare dalga 20 mili saniyeden oluşan palse şeklinde gönderilmesi gerekir aksi taktirde çalışmaz. Servo motorların açısal adım sayıları ise iki şekilde belirlenir.1-2 ms arasında gönderilen palse yada 1,25-1,75 arasında gönderilen palse miktarı ile belirlenir. Yani açı palse değerleri standarttır. Bu değerlere uygun 20 ms’lik palseler üreterek dc servo motorların kontrolü sağlanır.
DC SERVO MOTORLARIN YAPISI
DC servo motorlarda DC kaynak kullanılarak, sabit bir kutup manyetik alanı elde edilir. Rotora değişken bir gerilim verilir. İki geriliminde dolaştırdığı akımların meydana getirdikleri manyetik alanlar birbirlerini iterek dönüşü başlatır. DC servo motorların rotorları uzun, çan ve disk şeklinde olurlar. Kısa ve hafif olduklarından disk rotorlu DC servo motorlar, robot masallarında hareketi kolaylaştırmak için kullanılırlar. Servo motorların ince ve uzun rotorlu olanlarında boyutları küçük olduğundan her ortamda montesi kolay olur.
Aşağıda paylaşacağım video da kısa da olsa servo motorun genel olarak iç yapısını görebiliriz.
AC SERVO MOTORLAR
Hareket mekanizması olarak, alternatif akım elektrik motorları ile aynı özelliklere sahip olmasına rağmen AC Servo motorlar, AC motorlardan farklı olarak encoder kısmına sahiptir. Encoder yardımı ile açısal hassasiyette dönme kabiliyeti kazandırılmış olur.
AC SERVO MOTOR ÖZELLIKLERI
– AC motorlara göre kıyasla daha hassas ve uzun ömürlüdür.
– Yüksek güç gerektiren durumlarda DC Servo motor yerine kullanılır.
– Yüksek frekans değerlerinde çalışabilecek kapasitede olanları mevcuttur.
– Açısal hareket edebildiklerinden CNC kontrollü makineler için uygundur.
– DC Servo motorlara göre daha düşük moment ile çalışırlar.
AC SERVO MOTORLARIN YAPISI
Genellikle iki veya üç fazlı olarak üretilmektedir. Bu motorların endüvileri (rotorları) kısa devre çubuklu veya doğal mıknatıslıdır. Bu motorlar asenkron veya senkron tip motorlara benzemektedir.
AC SERVO MOTORLARDA ADIM SAYISI
Motorlar dairesel alanda hareket ettiklerinden dolayı 360° bir açı oluştururlar. Servo motorların hassasiyeti adım sayısı ile belirtilir. Bir adım da kat edilen açı miktarı ne kadar kısa olursa servo motor hassasiyeti de o kadar yüksek olur. Bir örnek ile açıklayacak olursak bir tam turunu 400 adımda tamalayan bir servo motorun tek açı derecesi 360/400=0,9° derecedir. Bu adım derecesi hassasiyetin göstergesidir. Hassas bir servo motor elde etmek için servo motorun adım sayısı artırılmalıdır. Fakat adım sayısı ile maliyette artacaktır.
Servo Motorun Genel Özellikleri
* Diğer motor türlerine göre daha hassastır.
* Açısal dönme yöntemi (yani encoder) ile çalışmaktadır.
* Bir sürücü ile kontrol edilirler.
* Endüstride çok yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
*Mikrobilgisayarlar tarafından kolayca kontrol edilebilirler.
*Dönme esnasında oluşan hata sadece adım hatasıdır.
*Hızı programlama yoluyla ayarlanabilir.
Uygulama alanlarına örnek verecek olursak CNC makineler, robot kolları, endüstriyel taşıma sistemlerini örnek verebiliriz. Servo motorlar da çıkış; mekaniksel konum, hız veya ivme gibi parametrelerin kontrol edildiği bir düzenektir.
