گاهی اوقات ممکن است خروجی مورد نظر ما از الکتروموتور، صرفا انرژی مکانیکی یا حرکت نباشد. برای مثال قصد داریم یک بازوی رباتیکی یا مکانیکی را به اندازه چند درجه تغییر دهیم و حرکت آن را کنترل کنیم. بنابراین نمی‌توانیم از موتورهای AC و DC معمولی استفاده کنیم و بایستی سراغ نوع دیگری از موتورها به نام سروو موتورها برویم.
سروو موتور، موتور سرو یا موتور کنترل حرکت، یک موتور الکتریکی خاص است که برای انجام کارهای دقیق و حساس طراحی شده و به کمک ابزارهای جانبی که به آن متصل می‌شود، دور، سرعت، شتاب را کنترل می‌کند. در این موتورها شفت یا محور موتور می‌تواند بسته به فرمانی که می‌گیرد، تا زاویه مورد نظر دوران کند. بنابراین تفاوت اساسی سروو موتور با موتورهای الکتریکی معمولی، برنامه‌پذیر بودن و فیدبک دادن به برنامه برای رسیدن به موقعیت مورد نظر است.
تعریف ساده و قابل فهم از سروو موتور
اگر نگاهی به اطراف خود بیندازیم، دستگاه‌ها و وسایل مختلفی را مشاهده می‌کنیم که یک موتور الکتریکی در آن‌ها به کار رفته است. پنکه برقی، چرخ گوشت، چرخ خیاطی یا حتی یک ماشین کنترلی ساده اسباب‌بازی. آیا می‌توانیم یک ماشین کنترلی در حال حرکت را دقیقا در یک نقطه متوقف کنیم یا پره‌های پنکه را به محض فشردن کلید خاموش، ثابت نگاه داریم؟
شاید به طور عادی و در کاربردهای معمول، واقعا هم نیازی به این کار نباشد اما در مواقعی و در برخی کاربردهای حساس، لازم است سرعت، موقعیت و قدرت موتور را با دقت بالا تعیین کنیم. در اینجا بایستی سراغ سروو موتور برویم.
سروو موتور یک موتور AC یا DC است که امکان کنترل دقیق موقعیت زاویه ای و خطی، و نیز شتاب و سرعت را فراهم می کند. این قابلیت مهم که این موتور را از دیگر موتورها متمایز کرده باعث شده تا از سروو موتورها در کاربردهای متنوعی چون رباتیک، اتوماسیون صنعتی، سیستم‌های هوانوردی و دستگاه‌های پزشکی استفاده شود.
نحوه کار سروو موتور
سروو موتور بر اساس کنترل فیدبک حلقه بسته کار می‌کند که در آن مدام عملکرد موتور، مورد نظارت و تنظیم قرار می‌گیرد تا موقعیت، سرعت یا گشتاور مورد نظر حفظ شود. چون میزان لختی یا اینرسی در سروو موتورها بسیار کم است، بنابراین تغییر سرعت موتور نیز به سرعت انجام می‌شود. سروو موتور دارای یک شفت یا محور خروجی است که از طریق سیگنال‌های کنترلی دریافتی حرکت می‌کند. در این موتورها علاوه بر کنترل موقعیت شفت، قدرت و سرعت چرخش آن نیز قابل کنترل است.
نحوه کار آن به این شکل است که سیگنال کنترلی به سروو موتور ارسال می‌شود که نشان می‌دهد موتور باید به چه موقعیتی برسد. سنسور موقعیت به طور مداوم موقعیت فعلی موتور را اندازه‌گیری و به مدار کنترل ارسال می‌کند. مدار کنترل، سیگنال خطا (اختلاف میان موقعیت فعلی و موقعیت مطلوب) را محاسبه می‌کند و به موتور فرمان می‌دهد تا به موقعیت صحیح برسد. این فرآیند به صورت پیوسته و با دقت بسیار بالا انجام می‌شود.
اجزای اصلی سروو موتور
- موتور DC یا AC: موتور، نیروی مکانیکی را برای چرخش یا حرکت شفت خروجی فراهم می‌کند.
- سنسور موقعیت: این سنسور که معمولاً یک انکودر یا پتانسیومتر است، موقعیت زاویه‌ای شفت موتور را اندازه‌گیری می‌کند.
- مدار کنترل: کنترلر می تواند یک مدار آنالوگ یا دیجیتال باشد که سیگنال های فیدبک سنسور را با سیگنال های نقطه مورد نظر تنظیم شده (مثلا از یک کامپیوتر)، مقایسه می کند و سیگنال های کنترلی را برای تنظیم ولتاژ یا جریان و در نتیجه حرکت موتور تولید می کند.
کاربردهای متنوع سروو موتور
همان طور که گفتیم قابلیت کنترل سرعت و موقعیت در سروو موتورها، باعث شده که کاربرد آن‌ها در صنایع مختلف، مخصوصا صنایع حساس و دقیق، روز به روز بیشتر شود. برخی از مهم‌ترین کاربردهای آن‌ها در صنایع عبارتند از:
| رباتیک |
کنترل دقیق حرکت بازوهای ربات‌ها در خطوط تولید و عمل های جراحی |
| تولید |
اتوماسیون صنعتی، نوارهای نقاله، صنایع نساجی و بسته بندی |
| هوافضا |
کنترل حرکت و تنظیم جهت پره‌ها، سیستم های تهویه و دیگر فرمان‌ها در هواپیما |
| نجوم |
تعیین و تنظیم زاویه و ارتفاع آنتن‌ها و تلسکوپ‌ها |
| نظامی |
کنترل ناوبری در پهپادها |
| ماشین آلات دقیق |
کنترل حرکت‌های دقیق برای برش، فرزکاری و شکل‌دهی قطعات در ماشین‌های CNC؛ چاپگرهای سه بعدی |
| تحقیقات و توسعه |
موقعیت‌یابی دقیق ابزارها و نمونه‌ها در آزمایشگاه‌ها |
| کاربردهای عادی |
تنظیم زوم و فوکوس در دوربین‌های دیجیتال و درب بازکن‌های اتوماتیک |
مزایای استفاده از سروو موتور
همان طور که گفته شد امروزه سروو موتورها به دلیل قابلیت های خاص خود کاربردهای زیادی دارند. اگر بخواهیم مزایای استفاده از سروو موتورها را جمع بندی کنیم می‌توانیم به این موارد اشاره کنیم:
- کنترل دقیق موقعیت و سرعت: این مهم ترین مزیت استفاده از سروو موتورها است که آن ها را برای کاربردهای دقیقی چون رباتیک و دستگاه‌های CNC، ایده آل کرده است.
- پاسخ سریع: سروو موتورها به سیگنال‌های کنترلی ورودی به سرعت پاسخ می دهند. این مزیت باعث می‌شود تغییرات سریع و دقیق در موقعیت و سرعت موتور انجام شود.
- بهره‌وری انرژی: در مقایسه با بسیاری از موتورهای دیگر، سروو موتورها معمولاً بهره‌وری انرژی بالاتری دارند، زیرا تنها در زمانی که نیاز به حرکت دارند انرژی مصرف می‌کنند.
- قابلیت کنترل با دقت بالا در بارهای متغیر: سروو موتورها قادر به حفظ دقت و عملکرد خود حتی در شرایطی هستند که بار روی موتور تغییر می‌کند. این مزیت در کاربردهایی مانند اتوماسیون صنعتی که بارها به طور مداوم تغییر می‌کنند، بسیار مهم است.
- قابلیت برنامه‌ریزی و انعطاف‌پذیری بالا: بسیاری از سروو موتورها قابلیت برنامه‌ریزی دارند و می‌توانند بر اساس نیازهای خاص یک پروژه تنظیم شوند. این ویژگی باعث می‌شود تا این موتورها برای انواع مختلفی از کاربردها مناسب باشند.
- گشتاور بالا در سرعت‌های پایین: سروو موتورها با تولید گشتاور بالا در سرعت‌های پایین، در کاربردهایی که نیاز به قدرت بالایی دارند، بسیار سودمند خواهند بود.
- طول عمر و قابلیت اطمینان بالا: در کاربردهای صنعتی که نیاز به عملکرد مداوم و بدون وقفه دارند، با اطمینان خاطر می‌توان از سروو موتورها استفاده کرد. این موتورها به دلیل طراحی دقیق و استفاده از مواد با کیفیت بالا، معمولاً دارای طول عمر بالا و قابلیت اطمینان قابل توجهی هستند.
- قابلیت همگام‌سازی (Synchronization): چندین سروو موتور می‌توانند به صورت همزمان و هماهنگ کار کنند. این قابلیت در سیستم‌های چند محوره که نیاز به حرکت‌های همزمان و دقیق دارند، مانند خطوط تولید خودکار، بسیار مفید است.
عوامل موثر در انتخاب سروو موتور
حال که با مفهوم و عملکرد سروو موتورها آشنا شدیم باید بدانیم در انتخاب نوع سروو موتور بایستی چه مواردی را لحاظ کنیم.
- اینرسی بار: یکی از شاخصه‌های مهم سروو موتورها نسبت به موتورهای دیگر، قدرت بالای آن‌ها در غلبه بر اینرسی بار است. بنابراین برای انتخاب صحیح سروو موتور، بهترین راه این است که ابتدا از نوع بار شناخت کامل داشته باشیم.
- گشتاور: برای انتخاب سروو موتور مناسب بایستی حداکثر گشتاور (گشتاور نامی) و گشتاور متوسط آن را به دست آورد. گشتاور پارامتری است که موتور باید آن را نسبت به بار تامین کند اما اینرسی پارامتری است که موتور باید بتواند در برابر آن غلبه کند.
- سرعت: به همان اندازه که وزن بار هنگام انتخاب یک سروو موتور مهم است، دانستن سرعت نیز ضروری است. به طور کلی، هرچه سرعت چرخش یک موتور معین بیشتر باشد، گشتاور ممکن کمتر است. باید بیشترین سرعتی (سرعت نامی) که در بار نامی مدنظر است مشخص باشد تا بتوانیم یک سیستم سروو را بطور صحیح انتخاب و راه اندازی کنیم.
- شرایط محیطی: دمای کاری، رطوبت، گرد و غبار، مقدار نویز و گازهای قابل اشتعال در محیط، بایستی در انتخاب سروو موتور لحاظ شود.