انواع سروو موتور
Types of Servo Motors
موتورها ستون فقرات بسیاری از صنایع مختلف هستند. استفاده از آنها در همه چیز از فرایندهای مکانیکی و ساخت گرفته تا محصولات خرده‌فروشی رایج است. هرچند موتورها برای هزاران کاربرد مفید هستند، اما برخی از انواع آنها می‌توانند کارهایی انجام دهند که انواع دیگر از عهدۀ انجام آنها بر نمی‌آیند. یکی از این انواع سروو موتور است.
سروو موتورها کوچک، برقی، کارآمد و قادر به انجام کارهای زیادی هستند که سایر موتورها نمی‌توانند انجام دهند. آنها برای بسیاری از شرکت‌های تولیدی و همچنین ماشین‌آلات بی‌شمار و محصولات فناوری مدرن ضروری هستند. از وسایل ساده گرفته تا روباتیک پیشرفته، سروو موتورها بسیار ارزشمند هستند. در این راهنما انواع مختلف سروو موتورها، کارهایی که انجام می‌دهند و طرز کار آنها تشریح خواهد شد.
سروو موتور چیست؟
سروو موتور موتور کوچکی است که با جریان برق کار می‌کند و گاهی اوقات به آن موتور کنترل‌شده نیز گفته می‌شود. این موتور دارای یک محرک خطی یا چرخشی است که به آن امکان ایجاد حرکت رو به جلو و عقب یا حرکت چرخشی را می‌دهد. این امر امکان کنترل دقیق سرعت، شتاب و موقعیت زاویه‌ای را فراهم می‌سازد.
سرووها در مقایسه با موتورهای صنعتی دارای کاربردهای متفاوتی هستند، زیرا به منظور تبدیل انرژی طراحی نشده‌اند. در واقع سروو موتورها نوعی درایو با سرعت متغیر محسوب می‌شوند.
هرچند آنها از نظر فنی موتور هستند، اما در هیچ کلاس خاصی جای نمی‌گیرند. سرووها معمولاً دارای روتورهایی با قطر کوچک اما طول زیاد هستند و اینرسی کمی دارند. این ترکیب اجزا ساختاری عالی برای تولید پاسخ با سرعت بالا و کنترل دقیق هنگام درخواست فراهم می‌سازد.
در صنایع مختلف عمدتاً از سرووها در فناوری ساختمان و تولید یا هرگونه ماشینی استفاده می‌شود که به گردش کار تولید آنها کمک می‌کند. در عین حال آنها نقش مهمی در بسیاری از محصولات مختلف خرده‌فروشی نظیر رایانه ها، اسباب‌بازی‌های مکانیکی و سایر محصولات فناوری ایفا می‌کنند.
در میان مزایای فراوان استفاده از سروو موتور، آنها می‌توانند هر چیزی از حرکت ساده گرفته تا کنترل پیچیده را با راندمان بالا ارائه دهند که آنها را به گزینه‌ای فوق‌العاده تطبیق‌پذیر برای صدها کاربرد مبدل می‌سازد.
سروو موتورها در کاربردهای ظریف و دقیقی نظیر کنترل حرکت، موقعیت‌یابی دقیق، معکوس کردن سریع حرکت و دقت کلی استفاده می‌شوند.
از آنجا که سروو موتورها برای موقعیت‌یابی و قدرت دقیق طراحی شده‌اند، در بسیاری از صنایع، از جمله روباتیک و رایانه، تولید رادار، اتوماسیون در تولید و ماشین ابزار، و همچنین در ماشین‌های CNC، سیستم‌های رهگیری و بسیاری محصولات دیگر از آنها استفاده می‌شود.
طرز کار سروو موتور چگونه است؟
سروو موتورها کوچک و در عین حال قدرتمند هستند. به منظور درک دقیق طرز کار سروو موتور، بهتر است ابتدا با اجزا و قطعات آن آشنا شوید. اجزای داخلی نسبتا ساده هستند. سروو شامل یک موتور کوچک، پتانسیومتر و مدار کنترلی است که داخل قاب سروو قرار دارد.
در قسمت بیرونی قاب، چرخ‌دنده‌های خروجی اسپیلاین و محرک قرار دارند که به مدار داخلی متصلند. چرخ‌دنده‌ها همچنین موتور داخلی را به چرخ کنترل متصل می‌کنند و سه سیم اصلی وجود دارد – تغذیه، کنترل و زمین.
هنگام کار، موتور می‌چرخد که سبب تغییر مقدار مقاومت پتانسیومتر می‌شود و مدار کنترل جهت و قدرت حرکت را تنظیم می‌کند. هنگام حرکت سروو موتور، موقعیت شفت آن تغییر می‌کند. پس از رسیدن به هدف مدنظر، که از طریق سیم سیگنال منتقل می‌شود، موتور متوقف می‌شود. سروو موتور مجهز به یک حسگر داخلی برای ارسال فیدبک موقعیت است تا موتور دقیقاً بداند کجا باید متوقف شود.
سرعت موتور توسط کنترل تناسبی تعیین می‌شود، به این معنی که مقدار آن به فاصلۀ بین موقعیت شفت و هدف نهایی بستگی دارد. به عبارت ساده‌تر، هر چه موتور به موقعیت مدنظر نزدیک‌تر باشد، در جای خود آهسته‌تر حرکت می‌کند و هر چه این نقطه دورتر باشد، سریع‌تر حرکت می‌کند. کنترل تناسبی حفظ راندمان بالای موتور را تضمین می‌کند و سبب می‌شود موتور صرفاً با شدت لازم برای رسیدن به نتیجۀ مدنظر کار کند.
افزون بر مکانیسم‌های داخلی، انواع مختلف پالس‌های الکتریکی با عرض‌های مختلف از طریق سیم کنترل سروو را حرکت می‌دهند. به این الگو مدولاسیون عرض پالس (PWM) گفته می‌شود. PWM شامل یک پالس حداقل و یک پالس حداکثر است که توسط یک نرخ تکرار تنظیم می‌شود.
هنگام رسیدن PWM از طریق سیم کنترل به موتور، مدت زمان پالس روتور را می‌چرخاند و موقعیت شفت را تنظیم می‌کند. طول هر پالس، موتور را به فاصلۀ متناظر می‌چرخاند.
تا جایی که فاصله چرخش پیش می‌رود، سروو موتورها معمولاً دارای دامنۀ حرکت حدود 180 درجه یعنی 90 درجه در جهات مخالف موقعیت صفر هستند. موقعیت صفر به معنای نقطه‌ایست که احتمال حرکت سروو در جهت عقربه‌های ساعت و خلاف آن برابر است که در 90 درجه قرار دارد.
سرووها تا زمانی که توسط پالس ارائه‌شده از آنها خواسته شود حرکت کنند در یک موقعیت خاص می‌مانند. اگر سروو با نیروی خارجی مواجه شود که آن را در جهت مخالف هل می‌دهد، جهت خود را حفظ می‌کند. با این حال، سروو صرفاً قادر به اعمال مقدار حداکثر نیرو است که به گشتاور اسمی نیز معروف است. اندازه‌گیری‌های خاص به نوع سروو موتور بستگی دارد.
کاربردهای سروو موتور
از آنجا که سروو موتورها کوچک و کارآمدند و چنین نیاز خاصی را برآورده می‌سازند، در بسیاری از صنایع مختلف و برای اهداف متعدد قابل استفاده‌اند. همچنین سرووها در اندازه‌ها و انواع مختلف وجود دارد که همگی قادر به انجام مجموعه خاصی از کارها هستند.
آنها برای استفاده‌های عمومی و همچنین کاربردهای تخصصی، نظیر کنترل دقیق موقعیت، عالی هستند. سروو موتورها را می‌توان در چیزهای مختلف یافت، از ماشین‌آلات صنعتی و هواپیماها گرفته تا اسباب‌بازی‌های کودکان و مدل‌های سرگرمی کنترل از راه دور.
سرووها از بسیاری جهات ضروری هستند و در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می‌شوند، از جمله:
- روباتیک: فناوری روباتیک به قطعات متحرک زیادی نیاز دارد که همگی باید از قابلیت دقت و قدرت کنترل‌شده برخوردار باشند. سروو موتورها برای روباتیک مدرن ضروری هستند، زیرا بسته به کار و هدف دستگاه، وظایف مختلفی را انجام می‌دهند. یکی از مهم‌ترین نقش‌های سروو در روبات‌ها کنترل بازوهای روبات است که به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهد آنها را به زوایای و مکان‌های دقیق حرکت دهند.
- دوربین‌ها: اکثر دوربین‌های مدرن نسبتا جمع و جور هستند، بنابراین هر مکانیسم کنترل داخلی باید دقیق و کوچک باشد. سرووها کاملاً مناسب هستند و برای مقاصدی نظیر کنترل لنز برای تنظیم فوکوس استفاده می‌شوند. این امر همچنین به شما امکان می‌دهد لنز را به‌صورت دستی تنظیم کنید یا دوربین را طوری تنظیم کنید که اگر حسگرها تشخیص دادند تصویر فوکوس نیست، لنز به‌طور خودکار جابجا شود.
- درب‌های اتوماتیک: یکی از فناوری هایی که ممکن است بسیاری از آن غافل شوند، درب اتوماتیک است. سرووها درب‌های اتوماتیک را در همه جا از سوپرمارکت‌ها گرفته تا مراکز بیمارستانی، در هنگام نزدیک شدن به آنها باز و بسته می‌کنند.
- تسمه نقاله: افزون بر کاربردهای عمومی، نظیر فروشگاه‌های مواد غذایی، تسمه نقاله‌ها در بسیاری از کارخانجات تولیدی و خطوط تولید ضروری هستند. سروو موتورها وظیفۀ کنترل حرکت، راه‌اندازی و توقف تسمه‌ها در مراحل خاص را بر عهده دارند که در مواردی همچون بسته‌بندی محصول ضروری است.
- وسایل نقلیه: درحالی‌که ماشین‌های روباتیک عمدتاً متکی بر عملکرد بازو هستند، وسایل نقلیه روباتیک نیز باید با دقت از مکانی به مکان دیگر حرکت کنند. برنامه‌نویسان از طریق موتورهای سروو، که می‌توانند سرعت، جهت، گشتاور و زمان و مکان شروع و توقف روبات را تعیین کنند، حرکت این وسایل نقلیه را کنترل می‌کنند.
- رهگیری خورشیدی: از آنجا که شرکت‌ها و افراد به دنبال انرژی‌های جایگزین سبزتر هستند، پنل‌های خورشیدی رواج بیشتری یافته‌اند. استفادۀ حداکثری از مبدل‌های انرژی خورشیدی مستلزم آن است که آنها مستقیماً رو به خورشید باشند که در آسمان حرکت می‌کند. با استفاده از موتورهای سروو، کاربران می‌توانند زوایای این پنل‌ها را طوری برنامه‌نویسی کنند که در طول روز به سمت منبع نور خود تغییر کنند.
- فرزکاری: وقتی صحبت از فرایندهای فرزکاری باشد، دقت حرف اول را می‌زند. سروو موتورها به ماشین‌های فرز کمک می‌کنند تا مواد را با سرعت بهینه به‌طور دقیق برش داده و شکل دهند.
- تولید منسوجات: تولید منسوجات به میزان قابل‌توجهی بافت و ریسندگی ظریف با مواد حساس و ارتجاعی نیاز دارد. در ماشین‌های بافندگی و خیاطی برای کنترل دقیق سرعت، قدرت و دقت از موتورهای سروو استفاده می‌شود تا از یکنواختی پارچه‌ها اطمینان حاصل شود.
هرچند این کاربردها طیف متنوعی از موارد استفاده را نشان می‌دهند، اما هنوز کاربردهای بسیار بیشتری وجود دارد، از اسباب‌بازی‌ها گرفته تا سیستم‌های رایانه‌ای پیچیده. سروو موتورها بسیار ظریف‌تر و برنامه‌پذیرتر از موتورهای دیگر هستند که آنها را به جزیی ضروری از بسیاری از صنایع و فرایندهای تولید مبدل می‌سازد.
انواع سروو موتور
چندین نوع سروو موتور DC و AC وجود دارد که گزینه‌های مناسب گوناگونی برای کاربردهای مختلف ارائه می‌دهند.
سروو موتورها بر اساس نوسانات جریانی که می‌پذیرند در دو نوع اصلی وجود دارند: DC و AC. تفاوت‌های اصلی بین این دو نوع عبارتند از جریان‌هایی که آنها را کنترل می‌کنند و کاربردهای ایده‌آل آنها. علاوه بر این، سروو موتورهای DC در مقایسه با همتایان AC خود معمولاً ارزان‌تر هستند.
انواع مختلفی از سرووهای DC و AC وجود دارد که گزینه‌های متنوع مناسب برای چندین کار را ارائه می‌دهند.
سروو موتور DC
سروو موتورهای DC توسط جریان‌های DC کنترل می‌شوند. آنها برای کار با نوسانات جریان کوچک‌تر طراحی شده‌اند که آنها را برای کاربردهای کوچک‌تر و دقیق‌تر مناسب می‌سازد. هر سروو از یک موتور DC، گیربکس، پتانسیومتر فیدبک، مدار الکترونیکی و حلقه کنترل فیدبک تشکیل شده است. این نوع شامل یک منبع DC درون میدان سیم‌پیچ آرمیچر است و سروو از طریق تغییر میدان یا جریان آرمیچر کنترل می‌شود.
این سرووها می‌توانند واکنش‌های سریعی به فرامین و حرکات بسیار دقیق نشان دهند که آنها را به گزینه‌ای عالی برای ماشین‌های برنامه‌نویسی‌شده با کنترل‌های ریاضی مبدل می‌سازد. اما این نوع سرووها امکان دارد مشکلات بیشتری از نظر پایداری داشته باشند و نسبت به سروو موتورهای AC نیاز به سرویس و نگهداری بیشتری دارند. با این حال، سروو موتورهای DC راندمان بیشتری دارند. سروو موتورهای DC انواع مختلفی دارند، از جمله:
سروو موتورهای DC سری
سروو موتورهای DC سری جریان زیادی می‌کشند و گشتاور اولیۀ زیادی تولید می‌کنند. با این حال، آنها معمولاً در زمینۀ تنظیم سرعت ضعف دارند. با استفاده از سیم‌پیچ میدان سری تقسیم‌شده به منظور معکوس کردن ولتاژ میدان می‌توانید بازده یک سرووی سری کاهش دهید. از این نتیجه به‌عنوان «برگشت» نیز یاد می‌شود.
سروو موتورهای DC سری اسپلیت
سروو موتورهای DC سری اسپلیت از طریق ولتاژ آرمیچر کنترل می‌شوند. آنها دارای نرخ تقسیم میدان با توان جزئی یا کسری هستند و برخلاف سروو موتورهای DC سری، دارای منحنی مشترک گشتاور و سرعت هستند. این منحنی نشانگر کاهش سریع گشتاور در سرعت‌های بالاتر و همچنین گشتاور استال بالاست. نتیجه میرایی عالی است.
سروو موتورهای DC کنترل شنت
سروو موتورهای DC کنترل شنت دارای دو سیم‌پیچ مستقل هستند. اولی سیم‌پیچ میدان است که در استاتور قرار دارد. دومی سیم‌پیچ آرمیچر است که در روتور دستگاه قرار دارد. هر دوی این سیم‌پیچ‌ها به‌صورت موازی به یک منبع DC متصل می‌شوند.
سروو موتورهای DC آهنربای دائمی
از سروو موتورهای DC آهنربای دائمی به‌عنوان موتور شنت آهنربای دائمی یا موتور تحریک دائمی نیز یاد می‌شود. هرچند عملکرد آن مشابه یک موتور میدان ثابت با کنترل آرمیچر است، اما میدان لازم برای حرکت آن توسط یک آهنربای دائم تامین می‌شود.
سروو موتورهای AC
موتورهای AC توسط جریان AC کنترل می‌شوند. این سرووها نسبت به همتایان DC خود قادر به تحمل نوسانات جریان بالاتری هستند، که آنها را برای استفاده در ماشین‌آلات صنعتی مناسب‌تر می‌سازد. در داخل این موتور، یک انکودر وجود دارد که قابلیت کنترل حلقه بسته و فیدبک را فراهم می‌کند. آنها همچنین کمتر مستعد مشکلات پایداری هستند و در مقایسه با انواع DC به سرویس و نگهداری کمتری نیاز دارند.
سرووهای AC قادر به کنترل دقیق هستند و از طراحی پیشرفته‌ای برای تأمین گشتاور بسیار بهبودیافته برخوردارند. به همین دلیل، این موتورها بیشتر در ماشین‌آلات CNC و اتوماسیون استفاده می‌شوند. سروو موتورهای AC دارای انواع مختلفی هستند، از جمله:
سروو موتورهای AC چرخش موقعیتی
یکی از متداول‌ترین سروو موتورها، نوع چرخش موقعیتی است که در بسیاری از کاربردها استفاده می‌شود. خروجی شفت این موتور حداکثر حدود 180 درجه می‌چرخد و در مکانیسم دندۀ خود دارای چندین توقف فیزیکی است. این توقف‌ها بافری برای حرکت چرخشی فراهم می‌سازند که مانع از تجاوز آن از حد مجاز شده و از حسگر چرخش محافظت می‌کند. سرووهای چرخش موقعیتی جزو اجزای ضروری هواپیما، روبات‌ها، وسایل نقلیه با کنترل رادیویی و اسباب‌بازی‌ها و سایر محصولات هستند.
سروو موتورهای AC چرخش پیوسته
سروو موتور چرخش پیوسته مشابه مدل چرخش موقعیتی عمل می‌کند، اما محدودیت کمتری است. این سروو می‌تواند در هر جهتی به مسافت نامحدود حرکت کند. سیگنال کنترل نیز متفاوت عمل می‌کند. به جای اینکه موتور را به یک موقعیت ثابت هدایت کند، جهت و سرعت چرخش آن را کنترل می‌کند. محدودۀ فرمان به این دو عامل محدود می‌شود و به شما امکان می‌دهد جهت فرمان را تغییر دهید.
این نوع سروو موتور با قابلیت‌های چرخش نامحدود و کنترل جهت، برای کاربردهایی همچون دیش‌های رادار یا به‌عنوان موتور محرک برای روبات بهترین گزینه است.
سروو موتورهای AC خطی
سروو موتور خطی یکی از انواع دیگر سروو موتورهای AC شبیه به سروو موتور چرخش موقعیتی است و دارای عملکرد مشابهی است. قابلیت چرخشی سروو موتور خطی با سروو موتور چرخش موقعیتی یکسان است، اما این نوع سروو همچنین دارای چرخ‌دنده‌های اضافیست که به آن اجازۀ حرکت در یک الگوی خطی به سمت جلو و عقب را می‌دهد. سروو موتورهای خطی همانند موتورهای چرخش پیوسته و موقعیتی معمولاً در بسیاری کاربردها یافت می‌شوند، اما برخی فروشگاه‌های سرگرمی آنها را به‌طور مجزا به‌عنوان محرک جهت استفاده در هواپیماها و خودروهای کوچک مدل می‌فروشند.
ترجمه شده به سفارش سایت سی ان سی استوک
مترجم: مهدی حیدری
فیلم مرتبط که توسط فروشگاه استوک سی ان سی ترجمه شده است.
هرگونه کپی از مطالب ترجمه شده توسط سایت سی ان سی استوک قطعا از طریق پلیس فتا و مراجع قضایی مورد پیگیری قرار خواهد گرفت
