Teknolojileri ve nasıl seçileceğini anlamak
Servo motorun yaklaşık 100 yıl önce icadı, endüstriyel otomasyondan robotiğe, tıbbi cihazlara, uçuş kontrolüne, CNC makinelerine ve diğerlerine kadar çeşitli uygulamalar için hassas hız ve konum kontrolü sağlayarak elektrikli hareket yeteneklerini dönüştürdü.
Servo motor teknolojileri yıllar içinde gelişerek uygulama olanaklarının kapsamını genişletirken aynı zamanda bir ikilem yarattı: Uygulamanız için hangi teknolojiyi seçmelisiniz? Şimdi fırçalı DC daimi mıknatıslı motorlara, BLDC fırçasız DC motorlara ve AC daimi mıknatıslı motorlara bir göz atalım ve her kategorinin güçlü, zayıf yönlerini ve en iyi kullanım alanlarını değerlendirelim.
Fırçalı DC daimi mıknatıslı servo motorlar
1926 yılında icat edilen en eski servo motor teknolojisi, 1832 yılına kadar uzanan bir konsept olan fırçalanmış DC motor kullanır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan tasarımlar, stator üzerinde daimi mıknatıslar ve rotor laminasyonlarına sarılmış bakır bobinler içerir ve servo çalıştırma, takometre gibi gerçek zamanlı bir geri bildirim cihazı kullanılarak gerçekleştirilir.
Servo sürücü geri bildirim sinyallerini yorumlar ve motora sağlanan gerilimi, darbe genişliği modülasyonu olarak bilinen bir süreç olan değişen genişlikte bir dizi darbe halinde modüle eder. Bu darbeler, grafit gibi elektriksel olarak iletken bir malzemeden yapılmış sabit fırçalarla temas halinde olan bir dizi bakır çubuktan (komütatör) oluşan döner bir anahtar aracılığıyla komütasyona tabi tutulur - yani rotor bobinlerinin çoklu fazlarına iletilir.
Bobinler sırayla değiştirildikçe, rotoru döndürmek için daimi mıknatıslarla etkileşime giren dönen bir manyetik alan oluştururlar. Hız geri bildirim cihazından gelen verilere dayanarak sürücü, örneğin motor değişken yükleri sürerken bile tutarlı rotor hızı ve konumlandırma sağlamak için herhangi bir hatayı sürekli olarak düzeltmek için darbe genişliği modülasyonunu kullanır.
Fırçalı DC servo motorların avantajları
- Daha düşük başlangıç maliyeti, ancak sınırlı kullanım ömrü bu avantajı ortadan kaldırabilir.
- Başlangıçta ve düşük hızlarda yüksek tork.
- Nispeten basit motor kontrol sistemi.
Fırçalı DC servo motorların dezavantajları
- Aşınmış fırçaların rutin olarak değiştirilmesi gerekir.
- Aşınmış bir komütatör yeniden çalışma, yeni rulmanlar ve hatta motorun değiştirilmesini gerektirir.
- Fiziksel komütasyon güç aktarımını sınırlar ve aşılması halinde ark oluşmasına neden olabilir.
Fırçasız DC servo motorlar (BLDC (Brushless DC))
Fırçasız DC motorlar 1960'larda icat edilmiş ve yarı iletken tabanlı elektronikteki gelişmeler sayesinde mümkün olmuştur. İlk modeller güç açısından sınırlıydı, ancak BLDC motorlar, güçlü kalıcı mıknatıs malzemelerinin yaygınlaşmasıyla 1980'lerde kendini kanıtladı. Günümüzde bu motorlar endüstriyel uygulamalarda fırçalı DC servo motorlardan çok daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
Dönen bir komütatöre temas eden fiziksel fırçalar olmadığından, BLDC motorun temel tasarımı, verimliliği ve performansı artırmak için fırçalı bir motordan tersine çevrilmiştir. Armatür bobinleri stator/şasi içinde oluklu laminasyonlar üzerine sarılır ve daimi mıknatıslar rotora yapıştırılır.
Kodlayıcı gibi bir geri bildirim cihazı rotorun konumunu sürekli olarak sürücüye bildirir, bu da herhangi bir dönüş hatasını düzeltmek ve istenen yönü, hızı ve konumu elde etmek için bobinlere verilen DC voltajını doğrudan değiştirir. Bu elektronik anahtarlama, kabaca bir sinüs dalgasını taklit eden adımlarla gerçekleşir; herhangi bir dönüş noktasındaki akım, üçüncü faz her zaman kapalı olacak şekilde iki faza uygulanır.
Bu kademeli dalga formu tork dalgalanmasına neden olurken, daimi mıknatıslı rotor ile statorun dişli çelik laminasyonları arasındaki çekim nedeniyle bir dişli etkisi yaratılır. Bu özellikler düşük hızlarda hassas kontrol ve sorunsuz çalışmayı engeller, ancak bu durum yüksek hızlarda nadiren bir sorun teşkil eder. Stator dişleri olmayan oluksuz motorlar, dişli etkisini ortadan kaldırır, ancak düzgün ve düşük hızda çalışma, önemli ölçüde daha düşük tork pahasına gerçekleşir.
Fırçasız DC servo motorların avantajları
- Orta ila yüksek hızlarda hassas ve duyarlı kapalı döngü kontrolü.
- Fiziksel komütasyon olmaması daha uzun ömür, daha fazla verimlilik ve minimum bakım anlamına gelir.
- Daha az tork düşüşü ile fırçalı motorlardan çok daha yüksek hızlara çıkabilir.
Fırçasız DC servo motorların dezavantajları
- Daha karmaşık tahrik elektroniği ve programlama/ayarlama.
- Vuruntu ve tork dalgalanması 200 rpm'de akıcılığı ve kontrolü engelleyebilir.
AC daimi mıknatıslı servo motorlar
Senkron AC daimi mıknatıslı servo motorlar, hassas konum ve hız kontrolü gerektiren çoğu uygulama için tercih edilen seçenektir. İlk olarak 1980'lerde geliştirilen bu teknoloji, tahrik elektroniği, daimi mıknatıslı malzemeler, üretim toleransları ve diğer yeniliklerdeki ilerlemeler nedeniyle sürekli olarak gelişmiştir.
Temel tasarım bir BLDC servo motora benzer. Dış stator, bir dizi lamine çelik diş arasına yerleştirilmiş 3 fazlı sargı bobinlerinden oluşur. Elektronik bir komütasyon sistemi bu bobinlere sırayla enerji vererek dönen bir manyetik alan oluşturur ve bu alan iç rotor üzerindeki daimi mıknatıslarla etkileşime girerek dönüşü sağlar.
BLDC servo motorların aksine, bir AC servo motor için komütasyon akımı, rotor konumunun bir fonksiyonu olarak her üç faza da sinüs dalgası şeklinde gönderilir. Akım, daha güçlü tork ve daha hassas kontrol sağlamak için hem genlik hem de frekans olarak değiştirilir. Düzgün sinüs dalgası aynı zamanda vuruntu ve tork dalgalanmasının etkilerini de en aza indirir.
AC daimi mıknatıslı servo motorlar avantajları
- Nispeten kompakt bir pakette olağanüstü tork yoğunluğu, güç ve verimlilik.
- Çok yönlü form faktörleri, boyutlar ve güç aralıkları.
- Dinamik olarak değişen yüklere ve hızlara hızlı tepki için düşük atalet.
- Minimum bakım ile uzun, güvenilir hizmet ömrü.
AC daimi mıknatıslı servo motorların dezavantajları
- Sinüs dalgası komütasyonu ve sofistike sürücü yazılımı bunu telafi edebilse de, oluklu motorlar düşük hızlarda vuruntu sergileyebilir.
Servo motor karşılaştırma kılavuzu
| DC Servo Motor | BLDC | AC Servo Motor | |
|---|---|---|---|
| Güç Kaynağı | Doğru akım | Doğru akım, anahtarlama | Alternatif akım |
| Verimlilik | Daha düşük verimlilik | Yüksek verimlilik | En yüksek verimlilik |
| Hız kontrolü | Mükemmel (yüksek uçta devir sınırlı) | Orta | Mükemmel |
| Konum kontrolü | Mükemmel | Uygun | Mükemmel |
| Bakım ve kullanım ömrü | Daha yüksek bakım, daha kısa kullanım ömrü | Düşük bakım, uzun kullanım ömrü | Düşük bakım, uzun kullanım ömrü |
| Tork yoğunluğu | Ortalama | Yüksek | En Yüksek |
| Pürüzsüzlük | İyi (geri bildirim çözünürlüğü, güncelleme hızları vb. ile sınırlı) | Düşük (yüksek devirde avantajlı olması dışında) | En iyisi (kapasite, geri bildirim çözünürlüğü, güncelleme hızları, devir vb. bir işlevdir) |
| Tepki | Beygir gücü sınırlı | İyi | En iyi |
Hassasiyet ve performans için Kollmorgen servo motorlar
Kollmorgen, neredeyse tüm hareket gereksinimlerini karşılamak için geniş bir AC daimi mıknatıslı ve BLDC servo motor yelpazesi sunar. Hangi servo teknolojisini seçerseniz seçin, uzmanlarımız sisteminizin performansını, verimliliğini ve pazara çıkış hızını optimize edecek bilinçli kararlar almanıza yardımcı olabilir. Başlamak için bugün bizimle iletişime geçin.
