تاریخچه مختصری از سروموتور

سرووموتور (Servomotor ) چیست؟

یک محرک چرخشی یا خطی است که برای موقعیت یابی، سرعت و شتاب دقیق طراحی شده است. سروو موتورها برای بسیاری از برنامه ها ایده آل هستند و کاربردهای فراوانی دارند. از سروموتورهای DC ساده که در اسباب بازی ها استفاده می شوند، تا انواع مدرن سروو AC که در کنترل اتوماسیون، روباتیک و وسایل نقلیه الکتریکی کاربرد دارند. سروموتور یه مرور زمان پیشرفت‌های زیادی را پشت سر گذاشته است تا به جایگاه فعلی خود برسد، هر تجدیدنظر و پیشرفتی در سروو موتورها باعث می‌شود فناوری‌های دیگر مانند اتوماسیون صنعتی نیز پیشرفت کنند.

چگونه سروو موتورها شکل گرفتند؟

تاریخچه سروو موتورها به دوران پس از جنگ جهانی دوم بازمی‌گردد، زمانی که نیاز به موتورهای دقیق با کنترل بالا برای کاربردهایی مانند رباتیک، صنعت خودکار و دستگاه‌های پزشکی رو به افزایش بود.

سروو موتورها ابتدا در دهه ۱۹۴۰ به عنوان یک راهکار برای کنترل دقیق حرکت در مواردی مانند تله‌مکانیک، کنترل موقعیت هدایت موشک‌ها و دستگاه‌های پزشکی مورد استفاده قرار گرفت.

با پیشرفت تکنولوژی الکترونیک و کنترل در دهه ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰، سروو موتورها بهبود یافتند و به ویژه در صنعت هوا و فضا و رباتیک استفاده‌های گسترده‌تری پیدا کردند.

در دهه ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰، با پیشرفت رباتیک صنعتی و نیاز به ربات‌های دقیق و قابل کنترل، سروو موتورها به عنوان یکی از اجزای کلیدی در ربات‌ها مورد استفاده قرار گرفتند.

در دهه ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰، با پیشرفت‌های در فناوری کنترلی مانند کنترل‌های دیجیتالی و الگوریتم‌های بهینه‌سازی، دقت و کارایی سروو موتورها بهبود یافت.

امروزه، سروو موتورها به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوافضا، رباتیک صنعتی، پزشکی و الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سروو موتورهای ابتدایی:

اولین سرووموتورها آهنربای دائمی DC بودند. آنها یک روش ساده برای کنترل گشتاور ارائه کردند که از یک قفس حاوی آهنربا ثابت و سیم‌پیچ‌های دوار درون آن تشکیل شده بود. متاسفانه این طراحی خالی از اشکال نبود. برای انتقال الکتریسیته، برس‌های کربنی با فنر روی یک ( کموتاتور ) وسیله‌ای است که به آرمیچر متصل می‌شود و سوئیچینگ جریان را انجام می‌دهد) فشار می‌آورند.

با گذشت زمان برس ها فرسوده میشوند و این در نهایت باعث ایجاد ” قوس ” در نوارهای کموتاتور می شود که موتور را کوتاه می کند. در نتیجه، سروموتورهای DC برس دار نیاز به تعمیر و نگهداری ماهانه دارند تا از آسیب موتور جلوگیری شود. مهندسان برای کمک به کاهش هزینه و خطر راه اندازی سروموتور برس دار، سیستم سروو بدون جاروبک را توسعه دادند.

شروع سیستم سروو بدون براش

اولین نوع سیستم سروو بدون جاروبک از موتور سروو DC نوع براش تقلید کرد. آنها از موتورهای آهنربای دائمی سه فاز استفاده کردند و به صورت الکترونیکی جریان را از یک جفت سیم پیچ موتور به سیم پیچ دیگر تغییر دادند. برای نظارت بر سرعت، یک رمزگذار و سرعت سنج بدون جاروبک اضافه شد. این طراحی جدید بدون جاروبک به این معنی بود که موتورها حین سرویس دهی بیشتر دوام خواهند آورد.

سروو موتور براش‌دار (Brushed Servo Motor) یک نوع سروو موتور الکتریکی است که برای انتقال جریان الکتریکی به قسمت‌های مختلف آن از براش استفاده می‌کند. این نوع موتورها از یک سیستم براش و جفت قوسی برای ایجاد حرکت و چرخش استفاده می‌کنند. برخلاف سروو موتورهای بدون براش (Brushless Servo Motors) که از الکترونیک برای کنترل جریان الکتریکی استفاده می‌کنند، سروو موتورهای براش‌دار برای کنترل جریان الکتریکی خود از براش استفاده می‌کنند.

مزایای سروو موتورهای براش‌دار شامل موارد زیر می‌شود:

• سادگی ساختار این نوع موتورها دارای ساختار ساده‌تری نسبت به سروو موتورهای بدون براش هستند که می‌تواند در هزینه تولید و نگهداری آن‌ها تأثیر مثبتی داشته باشد
• قابلیت تعمیر و نگهداری به دلیل ساختار ساده
• کارایی در سرعت‌های پایین در برخی از موارد
• قابلیت انطباق با محیط‌های مختلف به دلیل ساختار ساده
• کاربردهای گسترده سروو موتورهای براش‌ دار به دلیل ساختار ساده و کارایی مناسب

سیستم سروو موتور بدون براش (Brushless Servo Motor) بدون استفاده از براش (قطعه‌ای که برای انتقال جریان الکتریکی به قسمت‌های مختلف موتور استفاده می‌شود) کار می‌کند. این نوع موتورها از موتورهای القایی بدون براش برای تولید حرکت استفاده می‌کنند که به دلیل ویژگی‌های خاص خود، در برخی از کاربردهای پیشرفته صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخلاف موتورهای القایی با براش، موتورهای بدون براش دارای بخش‌های مکانیکی کمتری هستند که می‌تواند به کاهش نویز و لرزش، افزایش دقت و کارایی و کاهش نیاز به نگهداری و تعمیرات مکانیکی کمک کند.

برخی از مزایای سیستم سروو موتور بدون براش شامل موارد زیر می‌شود:

• عمر طولانی و نیاز کمتر به تعمیر و نگهداری
• کارایی بالا
• دقت بالا
• کاهش نویز
• مقاومت در برابر سایش

محدودیت های نمونه بدون براش باعث نوآوری بیشتر شد

طراحی اصلی بدون برس به کاربردهای کم مصرف محدود می شد. این منجر به توسعه سروموتور AC با استفاده از یک موتور آهنربای دائمی با EMF پشت سینوسی (که با استفاده از آهنرباهای اریب و سیم‌پیچ‌های همپوشانی ایجاد می‌شود) که به عنوان کنترل میدان گرا یا بردار نیز شناخته می‌شود، شد.

سروو موتورهای AC معمولاً در کاربردهای صنعتی امروزی استفاده می شوند. برای سیستم های با قدرت بالاتر یا جاهایی که عملیات به گشتاور صاف نیاز دارد ایده آل است. سروو موتورهای AC با استفاده از یک کموتاتور حلقه تقسیم شده با دو بخش سیم‌کشی شده به قطب‌های مخالف موتور کار می‌کنند. میدان متناوب باعث می شود قطب های سیم پیچ ها قطبیت را تغییر دهند و موتور را بچرخانند.

تقاضا برای کارایی در کنترل موتور

سرووموتورها می توانند تا 95 درصد در تمام توان کارآمد باشند و چگالی توان پایینی دارند زیرا جریان روتور وجود ندارد، به این معنی که موتور می تواند 100 درصد گشتاور را فورا تولید کند. به همین دلیل است که خودروهای الکتریکی دارای موتورهای سروو هستند.

اگرچه تمرکز قبلاً بر روی خود سروموتور بوده است، اما بیشتر عملکرد بهبود یافته از رمزگذار ناشی می شود. این دستگاه یک عکس فوری دقیق از موقعیت روتور ایجاد می کند. رمزگذارهای مختلف دارای “رزولوشن” متفاوتی هستند، وضوح بالاتر به این معنی است که موتور با دقت بیشتری متوقف می شود.

سروو موتور مورد استفاده امروزه نسبت به نسل های اولیه تغییر کرده است. اکنون آنها با جدیدترین فناوری آهنربا ساخته شده اند و به درایوهای سرعت متغیر متصل شده اند که عملکردی را به آنها می دهد که مطابقت با آنها دشوار است.

سروو موتور خطی یا چرخشی؟

امروزه دو نوع سروو موتور در صنعت استفاده می شود: سروو موتور خطی و سروو موتور چرخشی که هر کدام از آنها مزایایی دارند.

سروو موتورهای خطی (Linear Servo Motors) و سروو موتورهای چرخشی (Rotary Servo Motors) دو نوع اصلی از سروو موتورها هستند که به صورت مختصر می‌توان به ویژگی‌های آن‌ها اشاره کرد:

1.سروو موتور خطی (Linear Servo Motors)

این نوع سروو موتورها برای تأمین حرکت خطی (حرکت به طول) استفاده می‌شوند.
زمانی که نیاز به حرکت خطی دقیق و با سرعت بالا در یک محور خطی وجود دارد، این نوع موتورها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
– مثال‌هایی از کاربردهای سروو موتورهای خطی شامل دستگاه‌های CNC (کنترل عددی رایانه‌ای)، رباتیک صنعتی، دستگاه‌های پزشکی و ابزارهای اتوماسیون صنعتی می‌باشند.

2. سروو موتور چرخشی (Rotary Servo Motors)

این نوع سروو موتورها برای تأمین حرکت چرخشی (حرکت دورانی) استفاده می‌شوند. زمانی که نیاز به حرکت چرخشی دقیق و با سرعت بالا در یک محور چرخشی وجود دارد، این نوع موتورها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مثال‌هایی از کاربردهای سروو موتورهای چرخشی شامل رباتیک، ماشین‌آلات صنعتی، دستگاه‌های پزشکی و تجهیزات هوشمند خانگی می‌باشند.

به طور کلی، انتخاب بین سروو موتورهای خطی و چرخشی بستگی به نیازها و مشخصات فنی پروژه یا کاربرد مورد نظر دارد، به طوری که هر کدام از این دو نوع موتور برای کاربردهای خاصی مناسب‌تر می‌باشد.

 با یک موتور خطی، از مزایای زیر بهره مند خواهید شد

سرعت های بالاتر

شتاب های بالاتر

رانندگی مستقیم

عملاً سایش ندارد

دقت موقعیت بالا

ممکن است به نظر برسد که موتورهای خطی همه مزایا را دارند و تمام نیاز شما را برطرف خواهند کرد اما کاربردهای زیادی وجود دارد که فقط موتور سروو چرخشی از عهده آن برمی­آید. این به این دلیل است که موتورهای خطی گرم می شوند. محصول جانبی انرژی تلف شده گرمای تولید شده باعث رشد حرارتی می شود که بر بار، یاتاقان ها، گریس و سنسورها تأثیر می گذارد. با گذشت زمان این امر بر طول عمر قطعات تأثیر منفی می گذارد. علاوه بر این، رشد حرارتی احتمالاً باعث ایجاد مشکلاتی با اتصال و افزایش اصطکاک می شود.

سروو موتور چرخشی دارای مزایای زیر هستند:

استفاده مداوم

برگشت پذیر

سرعت متناسب با ولتاژ اعمال شده

گشتاور متناسب با جریان

بسیار کارآمد

با این حال، واقعیت این است که موتورهای دوار و خطی برای تنظیمات برنامه های دشوار استفاده می شوند. به عنوان مثال، سروو موتورهای دوار با مکانیزم‌های چوب‌گردانی (تراش)، ریسندگی صنعتی، ماشین‌های بافندگی، بافندگی و ماشین‌های بافندگی استفاده می‌شوند. سروو موتورهای خطی با تجهیزات انتخاب و مکان و بازرسی با حرکت کوتاه، کاربردهای برشی پروازی و حرکت طولانی تر، ترن هوایی، جابجایی افراد و سیستم های پرتاب وسیله نقلیه استفاده می شوند.

تفاوت سروو موتورها با موتورهای القایی

برای بیای مزایای سروو موتورها نسبت به موتورهای القایی ابتدا باید بدانیم هر کدام چه ویژگی هایی دارند و چگونه تعریف میشوند؟

میتوان گفت موتورهای القایی اغلب بدون نیاز به بازخورد خارجی کار می‌کنند و معمولاً برای کاربردهایی که نیاز به حرکت دورانی با سرعت ثابت و یا متغیر دارند استفاده می‌شوند.  موتورهای القایی به دلیل ساختار ساده و کارایی بالایشان برای کاربردهای صنعتی گسترده‌ای مانند پمپ‌ها، فن‌ها، کمپرسورها و ماشین‌آلات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. موتورهای القایی معمولاً به صورت ساده‌تر و با استفاده از کنترل‌های محیطی مانند اینورترها (Inverters) یا کنترل‌های فرکانسی (Frequency Controllers) کنترل می‌شوند.

از مزایای موتورهای القایی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1. قدرت و توانایی بالا: موتورهای القایی معمولاً دارای قدرت و توان بالایی هستند که برای کاربردهایی که نیاز به قدرت و توان بالا دارند، مناسب هستند.

2. ساختار ساده: این نوع موتورها اغلب از ساختار ساده‌تری نسبت به سروو موتورها برخوردارند که می‌تواند در هزینه تولید و نگهداری آن‌ها تأثیر مثبتی داشته باشد.

3. قابلیت اتصال به شبکه‌های بزرگتر: موتورهای القایی معمولاً به خوبی در شبکه‌های بزرگتر و قدرتمندتری از جمله شبکه‌های برق صنعتی ادغام می‌شوند.

این موتورها از یک بازخورد مکانیکی یا الکترونیکی برای کنترل دقیق حرکت و موقعیت خروجی استفاده می‌کنند. این بازخورد به آن‌ها امکان می‌دهد تا به صورت دقیق و پیش‌فرض‌شده به یک موقعیت خاص حرکت کنند. به خاطر دقت و کنترل بالایشان برای کاربردهایی که نیاز به حرکت دقیق و کنترل موقعیت دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند رباتیک صنعتی، CNC (کنترل عددی رایانه‌ای)، دستگاه‌های پزشکی و دستگاه‌های تست و اندازه‌گیری. به دلیل استفاده از بازخورد موقعیت، قابلیت کنترل دقیق‌تر و پیشرفته‌تری را دارند و معمولاً از کنترل PID و سیستم‌های کنترل مجتمع (PLC) برای کنترل دقیق استفاده می‌شوند.

از مزایای موتورهای سروو میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1. دقت بالا: سروو موتورها دارای دقت بالایی در کنترل حرکت و موقعیت هستند که برای کاربردهایی که نیاز به دقت و کنترل بالا دارند، بسیار مناسب هستند.

2. کنترل موقعیت: بازخورد موقعیتی که در سروو موتورها استفاده می‌شود، امکان کنترل دقیق‌تر و پیشرفته‌تری را فراهم می‌کند که در بسیاری از کاربردها بسیار حیاتی است.

3. سرعت تغییرات موقعیت: سروو موتورها قادر به تغییر سریع موقعیت هستند که برای کاربردهایی که نیاز به تغییر سریع موقعیت دارند، مناسب هستند.

4. استفاده از انرژی کمتر: در برخی از حالات، سروو موتورها می‌توانند با استفاده از انرژی کمتری کار کنند، به خصوص زمانی که در حالت استراحت هستند.

سروو موتورها می توانند عملکرد بالاتر، سرعت های سریعتر و اندازه های کوچکتر را نسبت به سیستم های موتور القایی ارائه دهند. علاوه بر این در کنار درایوهای فرکانس متغیر، سروموتورها می توانند 30 درصد انرژی کمتری در کاربردهای موقعیت یابی مصرف کنند.

برعکس، سیستم‌های موتور القایی (کم‌هزینه، ناهموار، قابل اعتماد و شناخته شده) می‌توانند جایگزینی برای سیستم‌های موتور سروو برای کاربردهای خاص ارائه کنند. البته این مبتنی بر استفاده از کنترل‌های الکترونیکی مشابه است (با آخرین فناوری و تقریباً همان هزینه) که باعث می‌شود هزینه موتورها موضوع متمایزکننده باشد.

کوشان الکترونیک و سروو موتور:

مجموعه کوشان الکترونیک در زمینه انواع موتور سروو زیمنس و سایر برندها به عنوان یکی از اجزا مهم و پرکاربرد برق صنعتی فعال می باشد. در این زمینه شما میتوانید برای استعلام قیمت سروو موتور زیمنس صنعتی، هماهنگی برای تعمیر سروو موتور صنعتی، نصب سروو موتور صنعتی، راه اندازی سروو موتور صنعتی، فروشو دریافت مشاوره در رابطه با این موتورها با افراد متخصص در کوشان الکترونیک تماس بگیرید.