امروزه با افزایش مداوم هزینه برق موتورهایی که بتوانند به طور کارآمد و به‌صرفه کار کنند، بسیار مهم و مورد توجه هستند. یک سروو موتور با طراحی مناسب به طور ذاتی کارآمد است. با این حال، نحوه بکارگیری و استفاده از سروو موتور است که تعیین می‌کند که آیا از این کارایی سود خواهید برد یا خیر.
سروو موتورها عملکرد ماشین و سیستم حرکتی را از چند جهت بهبود می‌بخشند. پاسخ فوری این موتورها، اقدام سریعتر را امکان‌پذیر کرده که به موقعیت‌یابی سریع کمک می‌کند. دقت بسیار بالای آنها کیفیت و ثبات بخشی فرآیندها را بهبود میبخشد. همگام‌سازی دقیق آنها امکان حرکت و واکنش در زمان مناسب را فراهم می‌کند.
سروو موتور چیست؟
سروو موتور نوعی موتور است که می‌تواند با دقت بسیار بالایی بچرخد. به طور معمول این نوع موتور از یک مدار کنترلی تشکیل شده است که بازخوردی را در مورد موقعیت فعلی شفت موتور ارائه می‌دهد، این بازخورد به سروو موتورها اجازه می‌دهد تا با دقت زیادی بچرخند. اگر می‌خواهید یک جسم را در بعضی زوایای خاص یا فاصله بچرخانید، از موتور سروو استفاده کنید.
اگر موتور از منبع تغذیه DC تغذیه شود، به آن سروو موتور DC و اگر موتور AC باشد، به آن موتور سروو AC می‌گویند. جدای از این دسته بندی‌های اصلی، انواع دیگری از سروو موتورها بر اساس نوع آرایش‌دنده و ویژگی‌های عملکردی وجود دارند.
سروو موتور معمولاً با آرایش چرخ دنده‌ای عرضه میشود که به ما امکان می‌دهد یک سروو موتور با گشتاور بسیار بالا در بسته‌بندی‌های کوچک و سبک داشته باشیم. با توجه به این ویژگی‌ها، آنها در بسیاری از کاربردها مانند ماشین اسباب بازی، هلیکوپترها و هواپیماهای آرسی، رباتیک و غیره استفاده میشوند.
وظیفه سروو موتور تبدیل سیگنال کنترل کنترلر به جابجایی زاویه‌ای چرخشی یا سرعت زاویه‌ای شفت خروجی موتور است. موتور سروو برای به حرکت درآوردن مفاصل دستگاه‌ها استفاده میشود.
به طور کلی سروو موتورهای مورد استفاده در ربات‌ها باید دارای ویژگی‌های قدرت پاسخ سریع، گشتاور راه‌اندازی بالا، محدوده سرعت گسترده و… باشند. بهترین انواع این موتورها، سروو موتورهای اشنایدر هستند.
اجزای سروو موتورها
در این قسمت به تفکیک اجزای مختلف سروو موتور اشاره کرده‌ایم:
موتور الکتریکی
یک موتور از طریق شفت حرکت ایجاد می‌کند.
سنسور فیدبک
سنسور (رمزگذار) که برای بازخورد موقعیت زاویه ای/خطی، سرعت یا مقدار جریان به واحد کنترل استفاده میشود.
مدار کنترل
این مدار موتور سری با استفاده از پالس‌های الکتریکی کنترل حرکت موتور را فراهم می‌کند.
چرخ دنده‌های محرک
چرخ دنده‌ها سرعت و گشتاور موتور را افزایش یا کاهش می‌دهند.
نحوه کارکرد سروو موتورها چگونه است؟
سروو از یک موتور (DC یا AC)، یک پتانسیومتر، مجموعه دنده و یک مدار کنترل تشکیل شده است. برای کاهش دور در دقیقه و افزایش گشتاور موتور از مجموعه دنده استفاده میشود.
به طور مثال در موقعیت اولیه شفت سروو موتور، موقعیت دستگیره پتانسیومتر به گونه‌ای است که هیچ سیگنال الکتریکی در پورت خروجی پتانسیومتر تولید نمی‌شود.
سپس یک سیگنال الکتریکی به پایانه ورودی دیگر تقویت‌کننده آشکارساز خطا داده میشود. حال تفاوت این دو سیگنال، یکی از پتانسیومتر و دیگری از منابع دیگر، در مکانیزم فیدبک پردازش شده و خروجی از نظر سیگنال خطا ارائه خواهد شد.
این سیگنال خطا به عنوان ورودی موتور عمل کرده و موتور شروع به چرخش می‌کند. اکنون شفت موتور به پتانسیومتر متصل میشود و با چرخش موتور پتانسیومتر نیز سیگنال تولید می‌کند؛ بنابراین با تغییر موقعیت زاویه ای پتانسیومتر، سیگنال بازخورد خروجی آن تغییر می‌کند.
پس از مدتی موقعیت پتانسیومتر به موقعیتی می‌رسد که خروجی پتانسیومتر با سیگنال خارجی ارائه شده برابر است. در این شرایط هیچ سیگنال خروجی از تقویت کننده به ورودی موتور وجود نخواهد داشت، زیرا بین سیگنال اعمال شده خارجی و سیگنال تولید شده در پتانسیومتر تفاوتی وجود ندارد و در این شرایط موتور از چرخش می‌ایستد.
سیستم کنترلی سروو موتور
سروموتور توسط PWM (Pulse with Modulation) کنترل میشود که سیم‌های کنترلی دارد. در این سیستم حداقل پالس، حداکثر پالس و سرعت تکرار وجود دارد.
سروو موتور می‌تواند 90 درجه از هر جهت از موقعیت خنثی خود بچرخد. سروو موتور انتظار دارد هر 20 میلی ثانیه یک پالس ببیند و طول پالس تعیین می‌کند که موتور تا چه اندازه بچرخد.
برای مثال، یک پالس 1.5 میلی‌ثانیه باعث میشود موتور به حالت 90 درجه بچرخد، مثلاً اگر پالس کوتاه‌تر از 1.5 میلی‌ثانیه باشد، شفت به 0 درجه می‌رود و اگر بیشتر از 1.5 میلی‌ثانیه باشد، سروو را به 180 درجه می‌رساند.
سروو موتورها چگونه درجه بندی میشوند؟
سروو موتورها بر حسب کیلوگرم بر سانتی متر درجه‌بندی میشوند که اکثر سروو موتورهای سرگرمی دارای 3 کیلوگرم بر سانتی‌متر یا 6 کیلوگرم بر سانتی‌متر یا 12 کیلوگرم بر سانتی متر هستند.
این کیلوگرم بر سانتی‌متر به شما می‌گوید که سروو موتور شما چقدر وزن می‌تواند در یک فاصله خاص بلند کند. به عنوان مثال: یک سرو موتور 6 کیلوگرم بر سانتی‌متر باید بتواند 6 کیلوگرم را بلند کند، اگر بار در فاصله 1 سانتی متری از محور موتور معلق باشد، هرچه فاصله بیشتر باشد، ظرفیت تحمل وزن کمتر میشود.
موقعیت یک سروو موتور توسط پالس الکتریکی تعیین میشود و مدار آن در کنار موتور قرار می‌گیرد.
سروو موتور اشنایدر
سرو موتور درایو 3 فاز و تکفاز Lexium 28 200…230 V, 750 W 3000RPM اشنایدر
سرو موتور درایو اشنایدر توان 400 وات 3000RPM تک فاز
مشخصات فنی سرو موتور درایو اشنایدر توان 400 وات 3000RPM تک فاز
کد محصول: LXM28AU04M3Xنام محصول: Lexium 28نوع محصول: درایو سروونام کوتاه محصول: LXM28Aفرمت درایو: Compact housingجریان خط: 3.8 A 211.6 % در 220 ولت، تک فاز 3.8 A 183.7 % در 220 ولت، سه فازتعداد فازهای شبکه: سه فاز و تک فازولتاژ منبع تغذیه نامی: 220 ولت (- 10...15 %) برای سه فاز 220 ولت (- 20...15 %) برای تک فازمحدودیت های ولتاژ منبع تغذیه: 200…255 ولت سه فاز 170…255 ولت تک فازفرکانس کاری: 50/60 Hz - 5...5 %فرکانس شبکه: 47.5...63 Hzفیلتر EMC: بدون فیلتر EMCجریان خروجی پیوسته: 2.6 A در 16 کیلوهرتزحداکثر جریان خروجی 3 ثانیه: 7.8 آمپر در 220 ولت
قدرت مداوم: 400 وات در 220 ولتقدرت اسمی: 0.4 کیلو وات در 220 ولت 16 کیلوهرتزفرکانس سوئیچینگ: 16 کیلوهرتزدسته اضافه ولتاژ: IIIحداکثر جریان: 1.3 میلی آمپرولتاژ خروجی: بیشتر یا مساوی با منبع تغذیهعایق الکتریکی: بین پاور و کنترلنوع کابل: کابل موتور محافظ (دما: 0…55 درجه سانتیگراد) مسیاتصال الکتریکی:ترمینال فنری، ظرفیت بستن: 0.82...1 میلی متر مربع، AWG 18 (L1-L2) ترمینال فنری، ظرفیت بستن: 0.82...1 میلی متر مربع، AWG 18 (R, S, T) ترمینال فنری، ظرفیت بستن: 0.82...1 میلی متر مربع، AWG 18 (U، V، W، PE) ترمینال فنری، ظرفیت بستن: 0.82...1 میلی‌متر مربع، AWG 18 (PA/+، PBe)شماره ورودی گسسته:8 قابل برنامه ریزی (CN1) 1 ورودی قطار پالس (PTI) (CN1) 2 ضبط سریع (CN1) 1 عملکرد ایمنی STO (CN9)ولتاژ ورودی گسسته: 24 ولت DC برای لاجیکلاجیک ورودی گسسته: مثبت یا منفی (CN1)شماره خروجی گسسته:5 خروجی منطقی (CN1) در 12...24 ولت DC 1 خروجی قطار پالس (PTO) (CN1)ولتاژ خروجی گسسته: 12...24 ولت DCتعداد ورودی آنالوگ: 2خطای دقت مطلق: 0.1%با سیستم سروو موتور بیشتر آشنا شویم!
سیستم سروو موتور حلقه بسته است که در آن از یک سیستم بازخورد مثبت برای کنترل حرکت و موقعیت نهایی شفت استفاده میشود. در این موتور، سیگنال فیدبک تولید شده با مقایسه سیگنال خروجی و سیگنال ورودی مرجع کنترل میشود.
سیگنال ورودی مرجع با سیگنال خروجی مرجع مقایسه شده و سیگنال سوم توسط سیستم فیدبک تولید میشود. این سیگنال سوم به عنوان یک سیگنال ورودی به کنترل دستگاه عمل می‌کند.
این سیگنال تا زمانی وجود دارد که سیگنال فیدبک تولید شود یا بین سیگنال ورودی مرجع و سیگنال خروجی مرجع تفاوت وجود داشته باشد؛ بنابراین وظیفه اصلی سروومکانیسم حفظ خروجی یک سیستم در مقدار مورد نظر در صورت وجود نویز است.
سیستم حلقه بسته سروو موتور چگونه کار می‌کند؟
یک سیستم حلقه بسته یک سیستم کنترل کاملا خودکار است که در آن عمل کنترل به خروجی بستگی دارد. به سادگی، موتور به سنسور بازخورد متصل است.
هنگامی که موتور می‌چرخد، سنسور اطلاعات بازخوردی را ارائه می‌دهد که به مدار کنترل اجازه می‌دهد تا میزان حرکت شفت را تنظیم کرده و در کدام جهت حرکت کند. هنگامی که شفت به موقعیت مورد نظر حرکت می‌کند، این به عنوان موقعیت فرمان شناخته میشود.
به محض قرار گرفتن شفت موتور در موقعیت مورد نیاز، برق موتور قطع میشود. پالس‌های الکتریکی موقعیت مورد نیاز را از طریق سیم سیگنال ارسال می‌کنند.
از آنجایی که سرعت موتور نسبت به موقعیت واقعی در مقابل موقعیت مورد نظر است، موتور اگر به موقعیت نزدیکتر باشد کندتر و اگر دورتر باشد سریعتر خواهد چرخید؛ بنابراین موتور فقط به همان سرعتی که برای انجام وظیفه درخواستی لازم است کار کرده و آن را بسیار کارآمد می‌کند.
سروو موتورهای AC یا DC
تفاوت اصلی بین موتورهای AC و DC مربوط به جریان‌های الکتریکی و روش‌های متفاوتی است که هر جریان در هر نوع موتور خاص اجرا می‌کند. در ادامه به بعضی از تفاوت‌های اساسی بین سروو AC و سروو DC اشاره کرده‌ایم:
سروو AC
سروو موتورهای AC برای اکثر کاربردهای خانگی انتخاب بهتری هستند. سرووهای AC دارای جریان متناوب (AC) هستند که به ترتیب معکوس عمل می‌کند.
یک دستگاه ترانسفورماتور یا منبع تغذیه جریان جایگزین را در فواصل بسیار زیاد در ولتاژ بالا حرکت می‌دهد. سروو موتور AC می‌تواند تغییر ولتاژ را با راحتی بیشتری نسبت به موتور سروو DC تسهیل کند.
کاربردهای سروو AC را می‌توان به دو گزینه سروو موتورهای سنکرون و موتورهای القایی تقسیم کرد. به طور کلی، در سروو موتورهای سنکرون، سرعت روتور به استاتور مربوط میشود.
این بدان معنی است که این دو با یکدیگر هماهنگ می‌چرخند. مواردی که معمولاً دارای سرووهای Ac همزمان هستند شامل کنترل‌کننده‌های سرعت، روبات‌های کارخانه و حتی ساعت‌های زنگ‌دار هستند.
سروو DC
سروو موتورهای DC دارای جریان مستقیم (DC) با جریان مثبت و همچنین منفی هستند. برخلاف سرووهای AC، جریان دقیقاً در همان جهتی که هست جریان پیدا می‌کند. کنترل جریان بسیار ساده‌تر از سروو موتور Ac است، زیرا فقط مقادیر آرمیچر جریان را کنترل می‌کند.
سروو موتورهای DC با مدارهای فیدبک داخلی هستند تا موقعیت شفت آنها را بتوان به طور دقیق کنترل کرد. این موتورها دارای سه پایانه برق، زمین و کنترل هستند. پایانه کنترل با شکل موج PWM معمولاً با دوره 20 میلی ثانیه (50 هرتز) هدایت میشود.
موتورهای DC به عنوان موتورهای سروو بدون جاروبک نیز شناخته میشوند، زیرا برس ندارند. کنترل‌کننده‌ها پالس‌های جریان را به سیم‌پیچ‌های موتور می‌دهند که به نوبه خود سرعت و گشتاور موتور را کنترل می‌کنند.
بیشتر بخوانید: اتوماسیون صنعتی چیست؟
سروو موتور چه کاربردهایی دارد؟
بسیاری از مردم از کاربردهای سروو موتورها بی‌اطلاع هستند. سروو موتورها را می‌توان برای طیف وسیعی از کاربردها استفاده کرد. آنها نه تنها می‌توانند با سرعت بالا کار کنند، بلکه در مصرف انرژی نیز کارآمد هستند.
به همین دلیل، این موتورها در بسیاری از صنایع مختلف برای کاربردهای مختلف استفاده میشوند. وسایل مختلف از چاپگر گرفته تا ماشین‌های اسباب بازی از موتورهای سروو به هر شکلی استفاده می‌کنند.
سروو موتورها به طور کلی به دلیل ابعاد کوچک، پاسخ دینامیکی سریع و ویژگی‌های بسیار قابل کنترل، محبوبیت بیشتری در بین صنعتگران دارند.
سروو موتورها رایج‌ترین موتورهای یکپارچه، کم مصرف، با دقت و قدرتمند هستند. در مقیاس بزرگ‌تر، سروو موتورها می‌توانند به طور گسترده در کاربردهای صنعتی و رباتیک مورد استفاده قرار گیرند.
بهترین نوع آن سروو موتور اشنایدر است که بیشترین بازدهی و بهترین کارایی را دارد. برخی از کاربردهایی که سروو موتورها دارند در زیر ذکر شده است:
کاربردهای صنعتی
سروو موتورها را می‌توان برای کنترل ماشین‌های صنعتی بافندگی که پارچه و فرش تولید می‌کنند، استفاده کرد.
ماشین‌های چاپ
بعضی از ماشین‌های چاپ دارای موتورهای سروو هستند که سر چاپگر را به طور خاص روی محیط چاپ روشن و متوقف می‌کنند. همچنین مکانیزمی است که سر چاپگر را روی کاغذ حرکت می‌دهد.
درب بازکن‌های اتوماتیک
بیمارستان‌ها و سوپرمارکت‌ها با درب‌های اتوماتیک توسط سروو موتورهای سایز مختلف کنترل میشوند.
رباتیک
هر مفصل مکانیزم ربات می‌تواند حرکات آن توسط یک موتور سروو فعال شود. موتورهای سروو این حرکت را امکان پذیر می‌کنند.
ماشین‌های CNC
ماشین‌های نجاری که تکه‌های چوب را برش می‌دهند و به پایه‌های میز تبدیل می‌کنند، از موتور سروو استفاده می‌کنند.
تعیین موقعیت آنتن
سروو موتورها را می‌توان در محور محرک ارتفاعی تلسکوپ‌ها مانند تلسکوپ‌های مورد استفاده NRAO استفاده کرد.
بیشتر بخوانید: الکتروموتور یا موتور الکتریکی چیست؟
سیستم‌های ردیابی خورشیدی
زوایای پنل‌های خورشیدی را می‌توان در طول روز به گونه‌ای تنظیم کرد که هر پنل به طور مداوم رو به خورشید باشد. این کار تضمین می‌کند که حداکثر انرژی در طول روز جذب شود.
وسایل نقلیه رباتیک
موتورهای سروو را می‌توان در وسایل نقلیه رباتیکی استفاده کرد. چرخ‌ها شامل موتورهای سروو کوچک هستند.
فوکوس خودکار دوربین
دوربین‌ها دارای سروو موتور بسیار پیچیده و دقیقی هستند که در لنز دوربین تعبیه شده است. این موتور به وضوح و تصحیح تصاویر خارج از فوکوس کمک می‌کند.
تسمه نقاله
در حین بسته‌بندی محصول، سروموتورها تسمه‌های نقاله‌ای را که اقلام را به مراحل مختلف بسته‌بندی و مرتبسازی منتقل می‌کنند، حرکت می‌دهند.
مزایای سروو موتور
سروو موتورها بسیار کارآمد طراحی شده‌اند و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. بعضی از مزایای استفاده از سروو موتورها در ادامه آمده است:
- کنترل گشتاور
- اندازه کوچک
- حرکت روان
- راندمان بالا
- توان خروجی بالا نسبت به اندازه
- اضافه شدن گشتاور ثابت در سرعت بیشتر
- کنترل حلقه بسته
- عملکرد بی صدا
- بسیار قابل اطمینان
- نسبت اینرسی گشتاور بالا
- دقت فوق العاده به دلیل رمزگذار
- عملکرد پر سرعت
- مناسب برای برنامه های بارگذاری مختلف
- شتاب بالا
- کارکرد بدون لرزش
- کاهش مصرف برق با سروو موتورها
جمع بندی
سروو موتورها در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند و دارای مزایای متعددی هستند. آنها راه‌حلی برای بسیاری از مشکلات مکانیکی ارائه می‌دهند و دارای ویژگی‌هایی هستند که آنها را قدرتمند و کارآمد می‌کند.
همانطور که در این مقاله اشاره کردیم، این موتورها را می‌توان در وسایل مختلفی از جمله ماشین‌های اسباب بازی، دستگاه‌های صنعتی پیشرفته و ربات‌های پیچیده استفاده کرد.
این موتور ایده‌آل برای استفاده در پروژه‌های کنترل حرکت شما فوق‌العاده است و چون انرژی بسیار کارآمدی دارد، در قبض برق شما نیز صرفه‌جویی خواهد کرد!
نمایندگی اشنایدر، عرضه کننده رسمی محصولات اشنایدر الکتریک در ایران