Kullanım Sırasında Servo Motorlarda Yaygın Sorunlar
Servo sistemleri, elektromekanik ürünlerin kritik bileşenleridir ve en yüksek dinamik yanıt ve tork yoğunluğu seviyelerini sunar. Bu nedenle, tahrik sistemlerinin geliştirilme eğilimi, geleneksel hidrolik, DC, adımlı ve AC değişken frekanslı tahrikleri AC servo tahriklere dönüştürerek daha kısa çevrim süreleri, daha yüksek verimlilik, daha iyi güvenilirlik ve daha uzun ömür gibi yeni bir sistem performansı seviyesine ulaşmaktır. Servo motorlardan daha iyi performans elde etmek için kullanım özelliklerini anlamak esastır.
Kullanım Sırasında Servo Motorlarda Yaygın Sorunlar
Sorun 1: Gürültü ve Kararsızlık
Müşteriler, makinelerde servo motorlar kullandıklarında genellikle aşırı gürültü ve kararsız çalışma ile karşılaşırlar. Birçok kullanıcının ilk tepkisi, servo motorun kalitesinin düşük olduğunu varsaymaktır; çünkü bazen onu bir adım motoru veya değişken frekanslı motorla değiştirmek, gürültüyü ve kararsızlığı önemli ölçüde azaltır. Yüzeyel olarak bu durum servo motorun kusurlu olduğu izlenimini verir; ancak çalışma prensibinin dikkatli bir analizi, bu sonucun tamamen yanlış olduğunu gösterir.
Bir AC servo sistemi şunları içerir: bir servo sürücü, bir servo motor ve bir geri bildirim sensörü (genellikle servo motorlar entegre optik kodlayıcıya sahiptir). Tüm bu bileşenler kapalı çevrimli bir kontrol sistemi içinde çalışır: sürücü dışarıdan parametre bilgilerini alır, ardından motora belirli bir akım sağlar; motor bu akımı torka dönüştürerek yükü hareket ettirir. Yük, kendi özelliklerine göre hareket eder veya hızlanır/yavaşlar. Sensörler yükün konumunu ölçer ve sürücü, hedef değer bilgisi ile gerçek konum değerini karşılaştırır. Daha sonra motor akımı ayarlanarak gerçek konum değeri, hedef değer bilgisiyle tutarlı hâle getirilir. Ani bir yük değişikliği hız değişimine neden olduğunda kodlayıcı bu hız değişimini algılar ve servo sürücüye anında yanıt verir. Sürücü daha sonra servo motoruna sağlanan akımı yük değişikliğine uyacak şekilde ayarlar ve hedef hızına geri döner. Bir AC servo sistemi, yüksek tepki veren, tamamen kapalı çevrimli bir sistemdir. Yük dalgalanmaları ile hız düzeltmesi arasındaki gecikme süresi çok kısadır. Dolayısıyla sistemin tepki süresini gerçekten sınırlayan faktör, mekanik bağlantı cihazlarının iletim süresidir.
Sorun İki: Eylemsizlik Uyumlaştırma
Eylemsizlik sorunları, servo sistem seçimi ve ayarlaması sırasında sıkça karşılaşılan durumlardır!
Bunlar özellikle şu şekillerde kendini gösterir:
1. Bir servo sistemi seçerken, motor torku ve nominal hız gibi faktörlerin yanı sıra, mekanik sistemin motor miline dönüştürülen eylemsizliğini de hesaplamamız gerekir. Daha sonra, gerçek mekanik hareket gereksinimlerine ve işlenen parçaların kalite gereksinimlerine göre uygun eylemsizlik değerine sahip bir motor seçilir.
2. Ayarlama işlemi sırasında (manuel modda), eylemsizlik oranı parametresini doğru şekilde ayarlamak, mekanik ve servo sistemlerinin en iyi performansını tam olarak kullanabilmemiz için ön koşuldur. Bu durum, yüksek hız ve yüksek hassasiyet gerektiren sistemlerde özellikle belirgindir (Delta servo eylemsizlik oranı parametreleri 1-37 arasıdır, JL/JM).
Etki: Aktarım ataleti, servo sistemin doğruluğunu, kararlılığını ve dinamik tepkisini etkiler. Büyük bir atalet, büyük bir mekanik sabit ile sonuçlanır; bu da yavaş tepki ve sistemin doğal frekansında azalma anlamına gelir ve rezonansa eğilimli hâle getirir. Bu durum, servo bant genişliğini sınırlandırır ve servo doğruluğu ile tepki hızını olumsuz etkiler. Ataletin uygun şekilde artırılması yalnızca düşük hızda sürüklenme performansını iyileştirmek açısından faydalıdır. Dolayısıyla mekanik tasarım aşamasında, sistemin rijitliği üzerinde olumsuz etki yaratmadan atalet mümkün olduğunca azaltılmalıdır.
Bir mekanik sistemin dinamik özelliklerini nasıl belirleyeceğiniz: Bir mekanik sistemin dinamik özelliklerini ölçerken, eylemsizlik ne kadar küçükse sistemin dinamik tepkisi o kadar iyidir; eylemsizlik ne kadar büyükse motor üzerindeki yük o kadar artar ve kontrol etmek o kadar zorlaşır. Ancak mekanik sistemin eylemsizliği, motorun eylemsizliğiyle uyumlu olmalıdır. Farklı mekanizmaların eylemsizlik uyumlandırma ilkeleri farklıdır ve bu seçimlerin farklı etkileri vardır.
Örneğin, bir CNC freze tezgâhı servo motor kullanarak yüksek hızda kesme işlemi gerçekleştirirken yük eylemsizliğindeki artış aşağıdaki sonuçlara neden olur:
1. Kontrol komutları değiştiğinde motor, yeni komutla belirlenen hıza ulaşmak için daha uzun süre ihtiyaç duyar;
2. Tezgâh iki eksen boyunca hızlı yay şeklinde kesme işlemi yaptığında önemli hatalar oluşur. Genel olarak normal koşullarda JL≦JM ise yukarıdaki sorunlar ortaya çıkmaz;
3. JL ≥ 3 × JM olduğunda, motorun kontrol edilebilirliği önemli ölçüde azalır; bu durum özellikle yüksek hızda kavisli kesim sırasında belirgindir.
Farklı mekanik hareketler ve işlenebilirlik kalitesi gereksinimleri, JL ile JM arasındaki ilişkiyi farklı şekillerde belirler. Eylemsizlik uyumunun belirlenmesi, mekanik süreç özelliklerine ve işlenebilirlik kalitesi gereksinimlerine dayanmalıdır.
Soru 3: Servo Motor Seçimi
Mekanik iletim şeması seçildikten sonra, servo motorun modeli ve boyutu seçilmeli ve onaylanmalıdır.
(1) Seçim Koşulları
Genellikle bir servo motor seçerken aşağıdaki koşulların karşılanması gerekir:
1. Motorun maksimum hızı > sistemin gerektirdiği maksimum hız.
2. Motor rotor eylemsizliği, yük eylemsizliğiyle uyumlu olmalıdır.
3. Sürekli yük çalışma torku ≤ motorun anma torku.
4. Motorun maksimum çıkış torku > sistemin gerektirdiği maksimum tork (ivmelenme sırasında oluşan tork).
(2) Seçim Hesaplaması
1. Eylemsizlik eşleştirme hesaplaması (JL/JM)
2. Dönme hızı hesaplaması (yük ucundaki hız, motor ucundaki hız)
3. Yük torku hesaplaması (sürekli yük çalışma torku, ivmelenme sırasında tork)
