AC Servo Motor Nedir? Yapısı – Çalışma Prensibi 

AC servo motor: Servo motorlar kendi içerisinde AC servo motor ve DC servo motor olarak ikiye ayrılmaktadır. Genel olarak iki fazlı sincap kafesli indüksiyon tipi motorlara ac servo motor denir. Hızlı bir motor çeşidi olan AC servo motorlar zorlu çalışma şartlarında dahi kararlılığını bozmadan çalışmalarını sürdürürler.

Temelde gerilimin genliğini belli sınırlar içerisinde değiştirmekle hızı değiştirilse de bu motorlar sabit hızlı cihazlardır. İki fazlı asenkron motorlar, büyük güçlü yapılmaktadır. Çoğunlukla otomatik kontrol sistemlerinde kullanılacak servo motor olarak kullanılmak amacı için küçük güçlü yapılır. Kollektör (collector) ve fırça olmadığı için  servo motor tamiri kolay, arıza yapma olasılıkları azdır. AC servo motorlar, iki fazlı ve üç fazlı olmak üzere iki tipte incelenir.

Bir alternatif akım servo motor, aslında ayrık fazlı AC motorla aynıdır. Aralarındaki fark; servo motorun sincap kafesli rotorundaki çubuklar daha incedir. AC servo motorun iki sarımı vardır. Bunlar; kontrol ve ana sargıdır. Servo motorun iki farklı alan sargıları tanımlanırken sabit faz ve kontrol fazı da denilmektedir.

AC Servo Motor Yapısı 

AC servo motorlar, tasarım özelliklerinde belirli istisnalar dışında, temelde iki fazlı asenkron motorlardır. Esas olarak iki ana birimden, statör ve rotordan oluşur. AC servo motorların yapısı iki fazlı servo motorun statöründe eksenleri arasında 90° lik elektriksel açı olan kontrol ve referans sargısı olmak üzere iki tane sargı bulunur.

Rotor genellikle iki tiptedir; biri sincap kafesli, diğeri ise sürgülü kap tipidir. Sincap kafes tipi rotorda, uzunluk büyükken çap küçüktür ve alüminyum iletkenlerle yapılmıştır, bu nedenle daha hafiftir.

Rotoru ise sincap kafesli sargı taşır ama yüksek dirence sahip olması gibi birtakım özellikler kazandırılmıştır. AC servo motorların rotor devresi oldukça yüksek dirence sahip olacak biçimde üretilir. Bu işlem sincap kafes çubuklarında veya çubukların bağlantı noktalarında yüksek dirençli maddelerin kullanılması ile yapılır.

Aşağıdaki resimde görülen şekilde a’ da fırçasız (brushless) servo motorun rotoru, b’ de düşük momentlere karşı kobalt malzemenin kullanılması, c’ de yüksek ısıyla rotorunun hazırlanışını, d’ de ise statör ve sargılarının montaj yapılması görülüyor.

Büyük güçlü AC servo motorlar, genelde iki veya 3 fazlı olarak imal edilir. Bu motorların rotorları, kısa devre çubuklu veya doğal mıknatıslıdır.

AC Servo Motor Çalışma Prensibi

İki fazlı veya 3 fazlı servo motorlar nasıl çalışır? İki fazlı veya 3 fazlı servo motorların çalışması asenkron veya senkron motorlara benzer. 3 fazlı motorların hız kontrolü, pals frekans çevirici devresi üstünden pals genişlik modülasyonu (PWM) devreleri ile yapılır.

Küçük güçlü (1 -10W), küçük boyutta iki fazla çalışacak şekilde AC servo motor imalatı yapılır. AC motorların iç yapısında aralarında, 90° lik elektriksel açı yapacak biçimde yerleştirilen iki bobin ve sincap kafesine benzeyen rotor vardır. Servo motor firmaları tarafından servo motor rotorları, savrulma ve atalet momentlerinin küçük olması için uzun, çapları ise küçük imal edilir. Statör sargılarına uygulanan gerilimin frekansı  50-60-400-1000 Hz olabilir.

Servo motorların iki fazlı olanlarında sargılardan biri kontrol sargısı diğeri ise referans sargısıdır. Referans sargısına sabit değerli, sabit frekanslı alternatif akım verilir. Kontrol sargısına yükselteç devresinden gelen kontrol gerilimi uygulanır. Kontrol sargısına uygulanan akım, faz kaydırma devreleri ile 90° kaydırılarak uygulanır. İki sarımda meydana gelen manyetik alanlar sonucu rotor dönmeye başlar.

PWM sinyaller bir uzaktan kumanda veya mikrokontrolcüden sağlanmaktadır. Servo motor, her 20 ms içerisinde bir pals değeri okur. Pals uzun veya kısa olması motorun dönüşünü belirler. Örneğin 1.5 ms’ lik bir pals, motorun 90º pozisyonunu almasını sağlayacaktır (nötr pozisyon).

Servo motorlar hareket etmek için bir komut aldıkları zaman istenilen pozisyona hareket ederler o pozisyonda kalırlar ve bulundukları pozisyonu korurlar. Dışarıdan bir güç uygulandığı zaman bu güce direnç gösterirler. Pozisyonlarını korumaları için palsin tekrar edilmesi gerekebilir. Servo motorun hareket etmelerini sağlayan pals genişlikleri minimum ve maksimum aralıkları değişkendir. Ama genel olarak minimum pals genişliği 1 ms, maksimum pals genişliği ise 2 ms’dir.

Şekilde PWM değerleri verilmiştir. 1 ms de 0 º görev döngüsü (duty cycle) değerinde, 2 ms değerinde ise 180° pozisyonunu almış olur. (Bu limit bazen 360° de olabilmektedir.)

AC servo motor avantajları;

• Yüksek güvenilirlik
• Bakımlarının az olması
• Hareket halinde elektrik kontaklarının olmayışı

AC servo motor dezavantajları;

• Düşük verimlilik
• Yüksek ısı yayılımı – kafes ısısını düşük tutmak için bir fan motoru şarttır.
• AC kare dalga güç kaynağı ihtiyacı

AC servo motorlar 1kW’a kadar büyüklükte yapılırlar ve genellikle servo sistemlerde kullanılır.

Özellikleri

AC Servo motor çeşitlerinin başlıca özellikleri:

• AC servo motor yüksek güç gereksinimi ve frekans değeri ihtiyacı olan projelerde tercih edilir.
• Yüksek enerjili manyetik bir alana sahip olan AC servo motorlar kullanıldığı alanlarda verim elde edebilmesi açısından büyük avantaj sağlar.
• Hareket kontrolü gerektiren uygulamalarda hızlı ve seri bir şekilde konumlanmasına olanak tanımaktadır.
• AC servo motorlar, indiksiyon tipi motorlar arasında yer almaktadırlar.
• AC indüksiyon motorları iki fazlı ve 3 fazlı olarak üretilmektedir.

Servo Motor Karşılaştırması (AC Servo Motor – DC Servo)

• AC servo motorlar fırçasız, DC servo motorlar fırçalı olarak bilinmektedir.
• Servo motorların kullanıldığı sistemlerde arıza meydana geldiğinde DC servo motor kullanılıyorsa fırçalarına bakılmalıdır.
• Çalışmalar sırasında fırçalar kirlendiği için zamanla sorun yaratmaktadır. Kullanım süresi arttıkça kirlenmeden dolayı servo motordan alınan verimde düşmektedir.
• AC servo motorlar fırçasız oldukları için kullanıldığı projelere büyük katkılar sağlar.
• Çok fazla bakım gerektirmediği için AC servo motorlar daha çok tercih sebebidir.
• Servo motor çalışırken fırçalar sürtünme etkisi meydana getirir.
• Bu da çalışmadan alınan verimi doğrudan etkiler.
• AC servo motorlar fırçasız olduğu için DC servo motorlara göre daha iyi bir sürtünmesiz çalışırlar.
• DC servo motorlarda fırça ve kollektörlü olduğu için AC servo motorlara göre boyları daha uzundur.
• AC servo motorlar hem yüksek güç hem de düşük güç gerektiren projelerde kullanılırken DC servo motorlar yüksek güç gerektiren uygulamalarda kullanılır.
• Her iki ihtiyaca cevap verebildiği için AC servo motorlar daha çok tercih edilmektedir.

AC Servo Sürücü

AC servo sürücüler sinüsoidal darbe genişlik modülasyonu ile çalışan, dijital veya analog yapıda ac sürücülerdir. Geri besleme olarak hall sensör, çözümleyici artırımlı encoder veya mutlak  (sin/cos) encoder kullanılır. Dinamik performansı yüksek kullanımı bilgi gerektiren DC servo sürücülere göre AC servo sürücü (servo driver) fiyatları daha pahalıdır. İnverterlerde kullanılan transistörler rotor konum bilgisine uygun göre uygun sırada iletime veya kesime geçirilerek motor kontrolü yapılır.

AC Servo Motor Fiyatları

Hassasiyeti bakımından yüksek verim sağlayan AC servo motorlarda dönme açısının miktarı ne kadar düşük olursa hassasiyeti de o kadar yüksek olmaktadır. AC servo motor fiyatları da motorun teknik özelliklerine, gücüne ve boyutuna göre değişiklik göstermektedir. AC servo motorun uygulanacağı projenin istediği enerjiye göre servo motor ve servo sürücüsü belirlenir.