سروو موتور

سروو موتور : سروو برگرفته از زبان یونانی به معنای خدمتکار (Servus) است. این نوع موتورهای الکتریکی به کاربر امکان کنترل دقیق حرکت دورانی و  خطی را می‌دهد و معمولا در سیستم بسته‌ی کنترلی به کاربرده می‌شوند. از ویژگی‌ های بارز این نوع موتورها امکان کنترل دقیق آن‌ها است که در نتیجه انتخاب نام سروو برای آن‌ها کاملا مناسب به نظر می‌رسد.

سروو موتور ها اینرسی (لختی) پایینی دارند که این امکان را به دستگاه می‌دهد که بتوانند به سرعت تغییر جهت (حرکت) داده و به سرعت مورد نظر برسند.

سروو موتور چیست ؟

سرو موتور یکی از انواع موتورهای الکتریکی محسوب می شود. از آنجاییکه سروو موتور ها از خاصیت لختی ( اینرسی) کمی برخوردار هستند، امکان تغییر سرعت در کم ترین زمان ممکن، در آن ها وجود دارد. به همین دلیل این نوع از موتور های الکتریکی، بیشتر از سایر موتور ها کاربرد دارند. این نوع موتور به وسیله یک سیستم کنترل فیدبک ، موقعیت دستگاه، همچنین قدرت و سرعت آن را تغییر می دهد. سیستم کنترل فیدبک به سیستمی اطلاق می شود که با مقایسه و بررسی توابع کمیت کنترل شده و کمیت مرجع و با استفاده از اختلافشان به منظورکنترل ، رابطه ای مفروض را ما بین آن ها ایجاد می کند.

در سرو موتور به صورت کلییک سری مدارات الکترونیکی مانند درایو ها در کنار آن قرار دارد و الکترو موتور حاوی شفت عمل گردش را به عهده دارد و تجهیزات الکترونیکی هم وظیفه دقت دادن به الکترو موتور را بر عهده دارند و این دقت شامل کنترل زاویه، کنترل شتاب، کنترل سرعت و … می شود.

سرو موتور ها در انواع گیربکس دار و بدون گیر بکس وجود دارند و در اندازه های خیلی کوچک تا اندازه های بزرگ تولید می شوند که اندازه های کوچک در پروژه های رباتیک و تجهیزات مکاترونیکی استفاده شده و اندازه های بزرگ هم در ساخت تجهیزات صنعتی مانند دستگاه های CNC استفاده می شود.

سروو موتور

سروو موتور

نحوه عملکرد سروو موتور

اساس عملکرد یک سروو موتور، به سیگنال های دریافتی که از طریق سیم کنترلی تعبیه شده درآن، به سرو موتور اعمال می گردد، بستگی دارد. هر سرو موتور، دارای یک شفت خروجی می باشد که این محور قادر است به واسطه دریافت مجموعه ایی از سیگنال های رمزی، طی یک حرکت زاویه ایی، در موقعیت زاویه ایی متناسب با سیگنال ورودی قرار بگیرد. به عبارتی، سروو موتور تنها زمانی که پالس ورودی فرستاده شده به آن فعال باشد می تواند در مکان زاویه ایی منحصر به آن قرار بگیرد و در صورت تغییر پالس ورودی، موقعیت زاویه ایی سرو موتور نیز دچار تغییر می شود.

سروو موتورها از موتور مستقیم DC، گیربکس (انتخابی)، برد الکترونیکی (میکروکنترلر) تشکیل شده است.

وظیفه‌ی اصلی برد الکترونیکی (پتانسیومتر) کنترل زاویه‌ی چرخش سروو موتور است. پتانسیومتر با دریافت سیگنال، خروجی چرخ‌دنده‌ را کنترل می‌کند که مطابق با زاویه‌ی خواسته شده دوران نماید.

سروو موتور

انواع سروو موتور

سروو موتور ها در دو نوع سه یا پنج سیم ساخته می‌شوند. در نوع سه سیم که کاربرد بیشتری دارد، دو سیم تغذیه و یک سیم کنترل سروو است و در نوع پنج سیم، چهار سیم برای تغذیه (دو سیم مدار و دو سیم موتور) و یک سیم کنترل سروو است.

میکروکنترلر با دریافت پالس و بررسی عرض پالس ارسالی موقعیت جدید موتور را تعیین می‌کند. عرض پالس دریافتی زاویه‌ی شفت خروجی را تعیین می‌کند و برای مثال پالس ۰٫۵ میلی‌ثانیه زاویه‌ی صفر و پالس ۲٫۵ میلی‌ثانیه حداکثر زاویه‌‌ی شفت خواهد بود. این مقادیر می‌تواند برای سروو موتورها متفاوت باشد.

انواع سروو موتور ها از نظر مکانیکی :

سروو موتور‌ ها در دو نوع خطی و دورانی ساخته می‌شوند. در نوع خطی توسط گیربکس حرکت دورانی به خطی تبدیل می‌شود.

انواع سروو موتور ها از نظر الکتریکی :

سروو موتورها در دو نوع AC (برق متناوب) و DC (برق مستقیم) تولید می‌شوند.

در صنعت معمولا سرو موتور AC مورد توجه بیشتری قرار می گیرد و به دلیل مزایایی همچون راندمان بالا ، تعمیر و نگهداری آسان تر ، اندازه کوچک تر ، قیمت مناسب و … موارد استفاده بیشتری نسبت به نوع DC آن دارد. سروو موتورهای DC در برخی موارد خاص و محدود کاربرد دارند. در تقسیم بندی دیگر سرو موتور به دو دسته ی  معمولی و ترمزدار تقسیم می شود. سروو موتورهای DC خود در دو نوع جاروبکدار و بدون جاروبک (براشلس) تولید می‌شوند. هرکدام از موتورهای یاد شده دارای مزیت‌های و معایب خود هستند.سروو موتور

ویژگی سرو موتور DC

سرو موتور های DC خود به چند نوع دیگر تقسیم می شوند که دارای ویژگی ها و مشخصات خاص خود هستند. سروو موتور کنترل موازی، سرو موتور تحریک ثابت، موتور های سری و موتور های سری چاکدار زیر مجوعه ی سرو موتور های DC محسوب می شوند.

  • سرو موتور سری

سرو موتور سری، جریان بسیاری را از شبکه برق دریافت کرده و از گشتاور راه اندازی بالایی برخوردار است. در این نوع موتور ها، می توان از طریق جا به جا کردن قطب های سیم پیچ و ولتاژ میدان، عملکرد سرو را معکوس نمود که البته این کار، باعث کاهش بازدهی موتور می شود.

  • سروو موتور سری چاکدار

در این سرو موتورها، در شرایطی که بتوان آرمیچر را از طریق یک منبع جریان ثابت تغذیه نمود، می توان یک میدان قابل کنترل ایجاد نمود و از موتور، به عنوان یک موتور با تحریک مستقل و بدون نیاز به منبع خارجی بهره گرفت.

ویژگی سروو موتور AC

این سروو موتور ها را بیشتر می توان در کاربری هایی که در آن ها سطح توان بسیار پایین است، مورد استفاده قرار داد و یکی از دلایل کاربرد بیشتر این نوع سرو ها نسبت به نوع DC، همین موضوع می باشد. به طور کلی، از جمله مزیت های فنی که سرو موتور AC نسبت به سروو موتور DC دارد، آن است که این موتور ها، از لحاظ سیم پیچی، ساختاری مستحکم تر دارند، نیازی به نگهداری دائم ندارند، زیرا در آن ها به منظور کموتاسیون، جاروبکی تعبیه نشده است، آرمیچر این نوع سرو موتور، توانایی تبادل بهتر گرما را در محیط داراست، زیرا در اطراف آن عایقی وجود ندارد، قطر آرمیچر در آن ها قابل تغییر بوده و می توان به منظور کاهش اینرسی موتور، آن را بسیار کوچک انتخاب کرد.سروو موتور

مزایای سروو موتور های AC :

  • ساختار ساده و مستحکم
  • بازده‌ی مناسب (۹۰درصد)
  • امکان کنترل شتاب و سرعت مناسب
  • ابعاد کوچکتر (معمولا)
  • هزینه تعمیر و نگهداری پایین
  • مناسب برای توان‌های کم
  • مناسب برای کارهای کوچک (ربات)
  • کارکرد با صدای کم و آرام و بدون لغزش
  • عدم امکان گرم شدن بیش از حد
  • امکان کنترل موقعیت دقیق (وابسته به انکودر)
  • عدم وجود جاروبک
  • کارکرد در هر نوع محیط‌

معایب سروو موتور های AC :

  • مناسب نبودن برای سرعت‌های بالا
  • مناسب نبودن برای توان‌های بالا
  • کاراکترهای غیر خطی
  • کنترل به نسبت پیچیده

مزایای سروو موتور های DC :

  • کنترل دقیق سرعت چرخش در هر دو جهت
  • نسبت گشتاور به اینرسی بالا
  • زمان پاسخگویی سریع
  • امکان تغییر جهت چرخش سریع
  • مناسب برای توان‌های بالا
  • بازده و توان بالا
  • کنترل آسان و دقیق

معایب سروو موتور های DC :

  • قیمت بالا
  • وجود جاروبک (Brush commutation)
  • هزینه تعمیر نگهداری به نسبت بالا
  • امکان گرم شدن بیش از حد (Brushed)
  • محدودیت سرعت
  • عدم کارکرد مناسب در گرد و خاک

ساختمان داخلی سرو موتور و مشخصات فنی آن

این موتور ها از اجزای مختلفی تشکیل شده اند. از اصلی ترین اجزای آن می توان به استاتور ، روتور و انکودر اشاره کرد. اصلی ترین وظایف سرو موتور کنترل سرعت ، کنترل موقعیت و به دست آوردن گشتاور مورد نیاز می باشد.

پیکربندی سروو موتور

پیکربندی سروو موتور

برندهای سرو موتور :

برندهای زیادی از سرو موتور در بازار موجود می باشند. از جمله انواع سرو موتور با کیفیت، می توان به سروو موتور DELTA ، سرو موتور  ESTUN، SIEMENSE ، LS ، MITSUBISHI ، YASKAWA ، MULLER ، INOVANCE و ….. اشاره کرد.

کاربرد سرو موتور

سرو موتور ها در هر جایی که الکترو موتور ها کاربرد دارد می توان استفاده کرد اما به دلیل قیمت بالای آن نسب به الکترو موتور ها، ما تنها در جاهایی از سرو موتور استفاده می کنیم که عملاً با الکترو موتور های معمولی کار به خوبی انجام نمی شود و نیاز به دقت و سرعت عمل بالایی داریم

در پایین برخی از دستگاه ها و مکان هایی که سرو موتور در آن ها استفاده می شود را ذکر کرده ایم:

ماشین آلات نساجی

ماشین آلات چاپ

سینما ۵ بعدی و ۳ بعدی

دستگاه های تزریق پلاستیک

دستگاه های پزشکی

دستگاه های CNC فلزات، چوب، طلا

ماشین آلات و دستگاه های تولید قطعات الکترونیکی

و…

انکودر :

انکودر ها جزء جدایی ناپذیر سروو موتور ها هستند. این نوع موتورها با فیدبکی که از سیستم در حال کار می‌گیرند و با کمک سنسور انکودر حرکت خود را تصحیح می‌نمایند. سیستم بسته‌ی کنترلی و تصحیح حرکت موتور، برتری بارز سروو موتورها بر استپ موتورها محسوب می‌شود.

انکودر سروو موتور

انکودر سروو موتور

به صورت کلی :

  • به موتورهایی که برای کنترل موقعیت به کار می روند سروو (موتور) گویند.
  • سروو موتور معمولا در رنج قدرت پایین به کار می روند.
  • وظیفه مهم این نوع موتورها کنترل سرعت است.
  • سروو ها دقت و سرعت بالایی در عمل دارند.
  • در دستگاه های با دقت بالا از این نوع موتورها استفاده می شود.
  • سه نوع سروو موتور داریم: AC، DC و موتور های پله ای.
  • مشخصه های سروو موتور های AC غیر خطی است.

سنکرون چیست؟

یک وسیله الکترومغناطیسی AC است که برای تبدیل جابه جایی مکانیکی به سیگنال الکتریکی استفاده می شود.

انواع سنکرون :

  1. سنکرو فرستنده ( CX )
  2. سنکرو گیرنده ( CR )
  3. سنکرو تبدیل کننده ( CT )

سنکرو تبدیل کننده روتور استوانه ای دارد. در این نوع سنکرو استاتور سه فاز است. امپدانس هر فاز استاتور در سنکرو های تبدیل کننده از سنکرو فرستنده بیشتر است. در عمل چندین سنکرو تبدیل کننده از یک سنکرو فرستنده تغذیه می کنند.

ساختمان سروو موتور

ساختمان سروو موتور

اجزاء یک سرو موتور به صورت خلاصه :

  1. Servo case : قاب بیرونی
  2. motor : موتور
  3. Gear train : چرخدنده ها
  4. Output shaft : شفت خروجی ( شفت اصلی )
  5. Potentiometer : پتانسیومتر
  6. Control wire : سیم های سیگنال و تغذیه
  7. Control circuitry : مدار های الکترونیکی
  8. Servo Arm : بازو های سرو

سرو موتور ۵ سیمه چیست؟

شباهت زیادی بین سرو موتورهای ۵ سیمه با سرو موتور های ۳ سیمه وجود دارد. سرو موتور ۵ سیمه دارای ۲ سیم برای بخش کنترلی سرو موتور است که دارای تغذیه ای جداگانه است.

فرمان دادن به سرو موتور به این صورت است که باید هر فرمان را با فرکانس ۵۰ هرتز یا ۲۰ میلی ثانیه با میکرو کنترلر های AVR ، ARM و  یا به کمک برد های الکترونیکی همانند آردوینو به موتور ارسال کرد. بخش کنترل، هر فرمان را بر اساس pulse width یا  عرض پالس دریافتی می سنجد و بنا بر هر عرض پالس شافت موتور را در وضعیتی خاص قرار می دهد.

برای نمونه در اکثر موتور ها عرض پالس ۱ میلی ثانیه به معنی ۰ درجه و عرض پالس ۲ میلی ثانیه به معنای حداکثر زاویه می باشد. البته این مثال برای همه سروو موتور ها صادق نیست و ممکن است بازه ای متفاوت را شامل شود.