انواع و اصل کار سروو موتور چیست؟

 یکی از درایوهای سرعت متغیر پرکاربرد در تولید صنعتی و اتوماسیون فرآیند و فناوری ساختمان در سراسر جهان است. اگرچه سروو موتورها کلاس خاصی از موتور نیستند، اما برای استفاده در برنامه های کنترل حرکتی که نیاز به موقعیت یابی با دقت بالا، معکوس کردن سریع و عملکرد استثنایی دارند، در نظر گرفته شده و طراحی شده اند. اینها به طور گسترده در رباتیک، سیستم های رادار، سیستم های تولید خودکار، ماشین ابزار، کامپیوترها، ماشین های CNC، سیستم های ردیابی و غیره استفاده می شوند.

سروو موتورها چیست؟

سروو موتور یک محرک خطی یا چرخشی است که کنترل موقعیت دقیق و سریع را برای کاربردهای کنترل موقعیت حلقه بسته فراهم می کند. برخلاف موتورهای صنعتی بزرگ، سروو موتور برای تبدیل انرژی مداوم استفاده نمی شود.

سروو موتورها به دلیل اینرسی کم پاسخ سرعت بالایی دارند و با قطر کم و طول روتور بلند طراحی شده اند. سپس سروو موتورها چگونه کار می کنند؟

سروو موتورها بر روی مکانیزم سروو کار می کنند که از بازخورد موقعیت برای کنترل سرعت و موقعیت نهایی موتور استفاده می کند. در داخل، یک سروو موتور یک موتور، مدار بازخورد، کنترل کننده و سایر مدارهای الکترونیکی را ترکیب می کند.

انواع سروموتور-جداسازی-سروموتور

از رمزگذار یا سنسور سرعت برای ارائه بازخورد سرعت و موقعیت استفاده می کند. این سیگنال بازخورد با موقعیت فرمان ورودی (موقعیت مطلوب موتور مربوط به بار) مقایسه می شود و سیگنال خطا را تولید می کند (در صورت وجود اختلاف بین آنها).

سیگنال خطای موجود در خروجی آشکارساز خطا برای به حرکت درآوردن موتور کافی نیست. بنابراین آشکارساز خطا و به دنبال آن یک تقویت کننده سروو ولتاژ و سطح توان سیگنال خطا را افزایش می دهد و سپس شفت موتور را به موقعیت دلخواه می چرخاند.

انواع سرو موتور

اساساً سروو موتورها بسته به ماهیت منبعی که برای عملکرد آن استفاده می شود به سروو موتورهای AC و DC طبقه بندی می شوند. خرید سروو موتورهای DC آهنربای دائم برس خورده به دلیل هزینه، کارایی و سادگی برای کاربردهای ساده استفاده می شود.

اینها برای برنامه های کوچکتر مناسب هستند. با پیشرفت میکروپروسسور و ترانزیستور قدرت، سروو موتورهای AC به دلیل کنترل دقت بالا، بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.

سروو موتورهای DC

سروو موتور DC از یک موتور DC کوچک، پتانسیومتر بازخورد، گیربکس، مدار الکترونیکی محرک موتور و حلقه کنترل بازخورد الکترونیکی تشکیل شده است. کم و بیش شبیه موتور DC معمولی است.

استاتور موتور از یک قاب استوانه ای تشکیل شده و آهنربا به داخل قاب متصل است.

انواع موتورهای سروو

روتور از برس و شفت تشکیل شده است. یک کموتاتور و یک قاب نگهدارنده فلزی روتور به بیرون شفت متصل شده و سیم پیچ آرمیچر در قاب پشتی فلزی روتور سیم پیچ شده است.

یک برس با سیم پیچ آرمیچر ساخته شده است که جریان را به کموتاتور می رساند. در پشت محور، یک آشکارساز در روتور تعبیه شده است تا سرعت چرخش را تشخیص دهد.

با این ساختار، طراحی یک کنترلر با استفاده از مدارهای ساده ساده است زیرا گشتاور متناسب با مقدار جریان جریان از طریق آرمیچر است.

و همچنین قطبیت لحظه ای ولتاژ کنترل، جهت گشتاور ایجاد شده توسط موتور را تعیین می کند. انواع سروو موتورهای DC عبارتند از: موتورهای سری، موتور کنترل شنت، موتور سری اسپلیت و موتور شنت آهنربای دائم.

اصل کار سروو موتور DC

سروو موتور DC مجموعه ای از چهار جزء اصلی است، یعنی یک موتور DC، یک دستگاه سنجش موقعیت، یک مجموعه دنده و یک مدار کنترل. شکل زیر قطعاتی را که در سروو موتورهای RC تشکیل شده است نشان می دهد که در آنها از موتور DC کوچک برای هدایت بارها در سرعت و موقعیت دقیق استفاده شده است.

یک ولتاژ مرجع DC روی مقدار مربوط به خروجی مورد نظر تنظیم می شود. این ولتاژ را می توان با استفاده از پتانسیومتر دیگر، کنترل عرض پالس به مبدل ولتاژ یا از طریق تایمرها بسته به مدار کنترل اعمال کرد.

صفحه روی پتانسیومتر ولتاژ مربوطه را تولید می کند که سپس به عنوان یکی از ورودی ها به تقویت کننده خطا اعمال می شود.

در برخی مدارها از یک پالس کنترلی برای تولید ولتاژ مرجع DC مطابق با موقعیت یا سرعت مورد نظر موتور استفاده می شود و به مبدل عرض پالس به ولتاژ اعمال می شود.

در این مبدل، خازن زمانی که پالس بالا می رود، با سرعت ثابت شروع به شارژ می کند. سپس شارژ خازن زمانی که پالس کم است به تقویت کننده بافر تغذیه می شود و این شارژ بیشتر به تقویت کننده خطا اعمال می شود.

بنابراین طول پالس ولتاژ اعمال شده در تقویت کننده خطا را به عنوان ولتاژ مورد نظر تعیین می کند تا سرعت یا موقعیت مورد نظر را ایجاد کند.

در کنترل دیجیتال، ریزپردازنده یا میکروکنترلر برای تولید از نظر چرخه وظیفه استفاده می شود تا سیگنال های کنترلی دقیق تری تولید کند.

اصل کار سروو موتور DC

سیگنال بازخورد مربوط به موقعیت فعلی بار با استفاده از سنسور موقعیت به دست می آید. این سنسور معمولاً یک پتانسیومتر است که ولتاژ مربوط به زاویه مطلق شفت موتور را از طریق مکانیزم چرخ دنده تولید می کند. سپس مقدار ولتاژ فیدبک در ورودی تقویت کننده خطا (مقایسه کننده) اعمال می شود.

تقویت کننده خطا یک تقویت کننده بازخورد منفی است و اختلاف بین ورودی های آن را کاهش می دهد. ولتاژ مربوط به موقعیت فعلی موتور (به دست آمده توسط پتانسیومتر) را با ولتاژ مورد نظر مربوط به موقعیت مورد نظر موتور (به دست آمده از مبدل عرض پالس به ولتاژ) مقایسه می کند و خطای ولتاژ مثبت یا منفی را ایجاد می کند.

این ولتاژ خطا به آرمیچر موتور اعمال می شود. اگر خطا بیشتر باشد، خروجی بیشتری به آرمیچر موتور اعمال می شود.

تا زمانی که خطا وجود دارد، تقویت کننده ولتاژ خطا را تقویت می کند و به همان نسبت آرمیچر را تغذیه می کند. موتور می چرخد تا خطا صفر شود. اگر خطا منفی باشد، ولتاژ آرمیچر معکوس می شود و از این رو آرمیچر در جهت مخالف می چرخد.

سروو موتورهای AC

سروو موتورهای AC اساساً موتورهای القایی قفس سنجابی دو فاز هستند و برای کاربردهای کم مصرف استفاده می شوند. امروزه موتورهای القایی قفس سنجابی سه فاز به گونه‌ای اصلاح شده‌اند که می‌توان از آن‌ها در سیستم‌های سروو با قدرت بالا استفاده کرد.

تفاوت اصلی بین یک موتور القایی فاز تقسیم استاندارد و موتور AC این است که روتور قفس سنجابی سروو موتور با میله‌های رسانای نازک‌تر ساخته شده است، به طوری که مقاومت موتور بالاتر است.

انواع سروو موتور

بر اساس ساختار، دو نوع متمایز سروو موتور AC وجود دارد، آنها سروو موتور AC نوع سنکرون و سروو موتور AC نوع القایی هستند.

سروو موتور AC نوع سنکرون از استاتور و روتور تشکیل شده است. استاتور از یک قاب استوانه ای و هسته استاتور تشکیل شده است. سیم پیچ آرمیچر دور هسته استاتور و انتهای سیم پیچ با سیم سربی که از طریق آن جریان به موتور می رسد وصل می شود.

روتور از یک آهنربای دائمی تشکیل شده است و از این رو آنها به روتور نوع القایی AC که جریان القایی به آن دارد، متکی نیستند. و از این رو این موتورهای سروو بدون جاروبک به دلیل ویژگی های ساختاری نیز نامیده می شوند.

هنگامی که میدان استاتور برانگیخته می شود، روتور میدان مغناطیسی دوار استاتور را با سرعت سنکرون دنبال می کند. اگر میدان استاتور متوقف شود، روتور نیز متوقف می شود. با استفاده از این روتور آهنربای دائمی، جریان روتور مورد نیاز نیست و از این رو حرارت کمتری تولید می شود.

همچنین این موتورها به دلیل عدم وجود جریان روتور دارای راندمان بالایی هستند. برای دانستن موقعیت روتور نسبت به استاتور، یک رمزگذار روی روتور قرار می گیرد و به عنوان یک بازخورد به کنترل کننده موتور عمل می کند.

ساختار سروو موتور AC نوع القایی با ساختار موتور عمومی یکسان است. در این موتور، استاتور از هسته استاتور، سیم پیچ آرمیچر و سیم سرب تشکیل شده است، در حالی که روتور از شفت و هسته روتور تشکیل شده است که با هادی شبیه روتور قفس سنجاب ساخته شده است.

اصل کار این سروو موتور مشابه موتور القایی معمولی است. مجدداً کنترل کننده باید موقعیت دقیق روتور را با استفاده از رمزگذار برای کنترل دقیق سرعت و موقعیت بداند.

اصل کار سروو موتور AC

در این، ورودی مرجعی که در آن شفت موتور باید در یک موقعیت خاص حفظ شود، به عنوان تتا ورودی مکانیکی به روتور ژنراتور سنکرو داده می شود. این روتور با ولتاژ نامی با فرکانس ثابت به ورودی الکتریکی متصل می شود.

سه پایانه استاتور یک ژنراتور سنکرو به ترتیب به پایانه های ترانسفورماتور کنترل متصل می شوند. موقعیت زاویه ای موتور دو فاز از طریق آرایش قطار دنده به روتور ترانسفورماتور کنترل منتقل می شود و شرایط کنترل آلفا را نشان می دهد.

در ابتدا، بین موقعیت شفت ژنراتور سنکرو و موقعیت شفت ترانسفورماتور کنترل تفاوت وجود دارد. این خطا به عنوان ولتاژ در ترانسفورماتور کنترل منعکس می شود. این ولتاژ خطا به تقویت کننده سروو و سپس به فاز کنترل موتور اعمال می شود.

با ولتاژ کنترل، روتور موتور در جهت مورد نیاز می چرخد تا خطا به صفر برسد. به این ترتیب موقعیت شفت مورد نظر در سروو موتورهای AC تضمین می شود.

روش دیگر، درایوهای سروو AC مدرن، کنترل‌کننده‌هایی مانند PLC، ریزپردازنده‌ها و میکروکنترلرها برای دستیابی به فرکانس متغیر و ولتاژ متغیر به منظور به حرکت درآوردن موتور هستند.

عمدتاً، مدولاسیون عرض پالس و تکنیک های برای کنترل فرکانس و ولتاژ مورد نظر استفاده می شود. بلوک دیاگرام سیستم سروو موتور AC با استفاده از کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی، موقعیت و کنترل کننده های سرو در زیر آورده شده است.
منبع:electronicshub