servo motorlar ve Örnek bİr uygulama
TRANSCRIPT
T.C. MARMARA ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
SERVO MOTORLAR VE ÖRNEK
BĐR UYGULAMA TASARIMI
Okay HANCI (Elektrik Öğretmeni)
YÜKSEK LĐSANS TEZĐ
ELEKTRĐK EĞĐTĐMĐ ANABĐLĐM DALI
DANIŞMAN
Yrd. Doç. Dr. Hasan ERDAL
ĐSTANBUL 2007
T.C.
MARMARA ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
SERVO MOTORLAR VE ÖRNEK
BĐR UYGULAMA TASARIMI
Okay HANCI (Elektrik Öğretmeni) (141101220040124)
YÜKSEK LĐSANS TEZĐ
ELEKTRĐK EĞĐTĐMĐ ANABĐLĐM DALI
DANIŞMAN
Yrd. Doç. Dr. Hasan ERDAL
ĐSTANBUL 2007
I
ÖNSÖZ
Motor kontrol sistemleri alanındaki teknolojik gelişmeler ile günümüzde
sunulan endüstriyel çözümler; birim zamanda üretilen ürün ya da iş miktarını
arttırmış, üretim kalitesini daha iyi hale getirmiş ve gerekli iş gücünü de azaltmıştır.
Günümüzde motor ve motor kontrolü alanındaki gelişmelerin büyük kısmı servo
sistemler üzerinedir.
Bu çalışmada; servo motorlar ve sistem bileşenleri detaylı olarak incelenerek,
bu sistemler hakkında bir Türkçe kaynak oluşturulmuştur. Ayrıca tasarlanan deney
seti ve uygulama örnekleri, servo sistemlerin daha iyi öğrenilmesi bakımından
önemli kaynak niteliğindedir. .
Bu tezin hazırlanmasında ve akademik çalışmalarımın her safhasından
danışmanlığımı yaparak, benden yardımlarını esirgemeyen değerli hocam Sayın
Yrd. Doç. Dr. Hasan ERDAL’ a, çalışmalarımda bana yardımcı ve destek olan Lenze
personeline, arkadaşlarıma, aileme, Y. NALKESEN’ e teşekkürlerimi sunarım.
Kasım – 2007 Okay HANCI
II
ĐÇĐNDEKĐLER
SAYFA NO
ÖNSÖZ ...............................................................................................I
ĐÇĐNDEKĐLER..................................................................................II
ÖZET..................................................................................................VI
ABSTRACT .......................................................................................VIII
YENĐLĐK BEYANI ...........................................................................IX
SEMBOL LĐSTESĐ ...........................................................................X
KISALTMALAR...............................................................................XI
ŞEKĐL LĐSTESĐ ................................................................................XII
TABLO LĐSTESĐ ..............................................................................XIV
BÖLÜM I. GĐRĐŞ VE AMAÇ..........................................................1
I.1.GĐRĐŞ.....................................................................................................1 I.2.AMAÇ ...................................................................................................2
BÖLÜM II. SERVO MOTORLAR.................................................4
II.1.GĐRĐŞ ...................................................................................................4 II.1.1 Hız Kontrol Sistemi ..................................................................5 II.1.2 Pozisyon (Konum) Kontrol Sistemi........................................5 II.1.3 Moment Kontrol Sistemi .........................................................6 II.1.4 Hibrit Kontrol Sistemi .............................................................6
II.2.SERVO SĐSTEMLERDE KULLANILAN MOTOR TĐPLERĐ VE ÖZELLĐKLERĐ .........................................................7
II.2.1 DC Servo Motorlar ...................................................................12 II.2.1.1. Giriş..................................................................................12 II.2.1.2 Fırçalı DC Servo Motor ....................................................14 II.2.1.3 Fırçasız DC Servo Motor ..................................................16
III
II.2.1.4 DC Servo Motora Ait Matematiksel Đfadeler ...................21 II.2.2 AC Servo Motorlar ..................................................................22
II.2.2.1. Asenkron Servo Motor ....................................................23 II.2.2.2 Senkron Servo Motor .......................................................26
II.2.3 Đki Fazlı AC Servo Motor.........................................................32 II.2.4 Servo Motorların Etiketleri .....................................................33 II.2.5 Servo Motorlarda Kullanılan Mıknatıslar .............................37 II.2.6 Servo motorlar Kullanıldığı Uygulamalar .............................38
II.2.6.1 Uçan Testere .....................................................................38 II.2.6.2 Elektronik Kam.................................................................39 II.2.6.3 Robot Uygulaması ............................................................41 II.2.6.4 Baskı Uygulaması.............................................................42
II.3.SERVO SĐSTEM BĐLEŞENLERĐ ....................................................42 II.3.1 GĐRĐŞ .........................................................................................42 II.3.2 Dişli Kutusu (Redüktör) Mekanizması ...................................43
II.3.2.1 Helisel Redüktörler ...........................................................44 II.3.2.2 Konik Dişli Redüktörler....................................................46 II.3.2.3 Sonsuz Dişli Redüktörler ..................................................49 II.3.2.4 Planet Dişli Redüktörler....................................................50 II.3.2.5 Redüktör Sisteminin Ek Bileşenleri ..................................51 II.3.2.6 Redüktör Seçimi Kriterleri ................................................52
II.3.3 Elektromekanik Fren Mekanizması........................................53 II.3.3.1 Fren Seçimi .......................................................................55 II.3.3.2 Örnek Bir Fren Seçimi ......................................................57
II.3.4 Soğutma Sistemi........................................................................58 II.3.4.1 Anma Tipleri .....................................................................58 II.3.4.2 Çalışma Tipleri..................................................................59 II.3.4.3 Soğutma Düzenekleri ........................................................60 II.3.4.4 Soğutma Kullanılmasının Motor Performansına Etkisi.......................................................63
II.3.5 Geri Besleme Sistemi ...............................................................65 II.3.5.1 Analog Geri Besleme ........................................................65 II.3.5.2 Sayısal Geri Besleme ........................................................69
BÖLÜM III. SERVO DENEY SETĐ ...............................................74
III.1. GĐRĐŞ ...............................................................................................74 III.2. SERVO DENEY SETĐNĐN ÖZELLĐKLERĐ ...............................74 III.3. UYGULAMADA KULLANILAN ELEMANLAR......................75
III.3.1 Geri Beslemeli Geleneksel Tip Asenkron Motor.......................75 III.3.2 Servo Sürücü..............................................................................76
III.3.2.1 Servo Sürücü kontrol kısmının yapısı ve işlemesi...........78 III.3.2.2 Servo Sürücünün GDC Programı ile Parametrelerinin Ayarlanması .....................................................................79
III.3.3 Mecapion Enkoder .....................................................................84 III.4 SERVO SÜRÜCÜ ĐLE MOTOR KONTROL PROGRAMININ GERÇEKLEŞTĐRĐLMESĐ ...............................85
III.4.1 Motorun Analog Referans ile Hız Kontrolünün Gerçekleştirilmesi .....................................................................85 III.4.2 Motorun Sayısal Girişlerle Yön Kontrolü..................................95 III.4.3 Motorun Artan Azalan Çalıştırılması.........................................99
IV
III.4.4 Motorun Adım Çalıştırılması.....................................................102
BÖLÜM IV. SONUÇLAR...............................................................107
BÖLÜM V. TARTIŞMA VE DEĞERLENDĐRMELER.................109
KAYNAKLAR ................................................................................................110
EKLER...............................................................................................................112
EK A-1 NdFeB Mıknatısa Ait Teknik Değerler........................................112 EK A-2 SmCo Mıknatısa Ait Teknik Bilgiler ...........................................112 EK A-3 Ceramic, Alnico, Flexible a Ait Teknik Veriler ..........................113 EK A-4 Mıknatıs Tiplerinin Fiyat Karşılaştırılması..................................114 EK A-5 Mıknatıs Tiplerinin Günümüze Kadar Olan Enerji Değerleri Gelişimi.............................................................114 EK B-1 Lenze Marka 1 Aktarma Dişlili Helisel Dişli Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin Aktarma Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri ..115 EK B-2 Lenze Marka 2 Aktarma Dişli 03 Gövde Helisel Dişli Redüktörün Aktarma Oranı-Dişli, Boşluğu Eğrilesi....................115 EK B-3 Lenze 2 Aktarma Dişlili Helisel Dişli Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin Aktarma Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri..............116 EK B-4 Lenze 3 Aktarma Dişlili Helisel Dişli Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin Aktarma Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri..............116 EK C-1 Lenze 2 Aktarma Dişlili Şaft Montajlı Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin Aktarma Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri..............117 EK C-2 Lenze 3 Aktarma Dişlili Şaft Montajlı Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin Aktarma Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri..............117 EK D-1 Lenze 3 Aktarma Dişlili Helisel Konik Dişli Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin Aktarma Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri ..118 EK D-2 Lenze 4 Aktarma Dişlili Helisel Konik Dişli Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin Aktarma Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri ..118 EK E Redüktörlerin Servis Faktörü-Günlük Çalışma Süresi-Dur Kalk Sayısı Eğrileri ...................................................119 EK F-1 Elektromekanik Frenlerin Büyüklüklerinin Đşletme Frekansı-Sürtünme Enerjisi Diyagramları ...................................120 EK F-2 Intorq Elektromekanik Frenin Fren Büyüklüklerinin Anahtarlama Süreleri ve Anahtarlama Enerjisi Değerleri ...........121 EK G-1 Lenze MDSKS 071-13, 185Hz Fansız Senkron Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi .......................................................121 EK G-2 Lenze MDFKS 071-13, 180Hz Harici Fanlı Senkron Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi .......................................................122 EK G-3 Lenze MDSKA 080,70Hz FansızAsenkron Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi ......................................................................123 EK G-4 Lenze MDFKA 080,60Hz Fanlı Asenkron Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi ......................................................................123 EK G-5 Lenze MDSKA 080,140Hz Asenkron Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi ......................................................................124 EK G-6 Lenze MDFKA 080,120Hz Harici Fanlı Asenkron Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi .......................................................124 EK H Lenze Sürücünün Fonksiyon Bloklar...........................................124
V
EK I Lenze 9300 Serisi Servo Đnverterin Teknik Özellikleri ...............128
ÖZGEÇMĐŞ
VI
ÖZET
SERVO MOTORLAR VE ÖRNEK BĐR
UYGULAMA TASARIMI
Servo motorlar endüstride birçok alanda yaygın olarak kullanılan elektrikli
tahrik elemanlarıdır. Özellikle son yıllarda gelişen otomasyon teknolojileri ile bu
motorlar daha da önem kazanmaya başlamıştır. Tekstil, matbaa, plastik, otomotiv,
robotlar, CNC tezgahları vb. birçok alanda servo motorlar vazgeçilmez elemanlardır.
Bu motorların yaygın olarak kullanılmasına karşın detaylı bir Türkçe kaynak yok
denecek kadar azdır. Bu çalışmada özellikle endüstride kullanılan servo motorlar
detaylı olarak incelenmiş, yapıları, çalışma prensipleri ve uygulama örnekleri ele
alınmıştır. Böylece detaylı bir Türkçe kaynak oluşturulmuştur. Bunun yanında bir
AC servo motor ve sürücü ile hız kontrolü uygulamasına yönelik deney seti
tasarlanmıştır.
Tasarlanan bu deney seti kullanılarak AC servo motorun kapalı çevrimli
davranışları incelenmiştir. Yapılan bu çalışma özellikle kontrol alanında eğitim gören
öğrenciler için servo motorların öğrenilmesi açısından önemli bir kaynak
özelliğindedir.
Kasım, 2007 Okay HANCI
VII
ABSTRACT
SERVO MOTORS AND DESIGN OF AN EXAMPLE SERVO MOTORS AND DESIGN OF AN EXAMPLE SERVO MOTORS AND DESIGN OF AN EXAMPLE SERVO MOTORS AND DESIGN OF AN EXAMPLE
APPLICATIONAPPLICATIONAPPLICATIONAPPLICATION
Servo motors are drive components with electricity which are widely used in
many areas of industry. These motors have gained importance with the help of
automation technologies which have been developing especially in last years. Servo
motors are irresistible elements of textile, printing, plastic, process, automotive,
CNC and etc. Although these motors are being used widely, it is hard to find
detailed sources in Turkish. In this study, servo motors which are used especially in
industry are analysed in a detailed way and their structures, working principles and
application examples are taken into consideration and a detailed Turkish source has
been constituted by this way. Besides this, an experiment set is planned for AC servo
motor and with a driver speed control application.
By using this experiment set, closed loop behaviours of AC servo motor have
been searched. This study is a crucial source for learners studying in control
departments to understand the nature of servo motors.
November, 2007 Okay HANCI
VIII
YENĐLĐK BEYANI
SERVO MOTORLAR VE ÖRNEK BĐR UYGULAMA TASARIMI
Teknolojik gelişmelere paralel olarak tahrik sistemlerinde de hızlı bir değişim
söz konusudur. Özellikle son yıllarda endüstriyel bilgisayarlar, mikro işlemciler,
bilgisayar tabanlı yazılımların oluşturduğu kontrol elemanları (sürücüler) tahrik
sistemlerinde oldukça yaygın kullanılmaktadır. Bu elemanların kullanılmasıyla
sistem kontrolü kaliteli, hızlı, esnek, hassas ve genişletilebilir hale gelmiştir.
Geleneksel motorlarda yapısal olarak rotorunda mıknatıs kullanılması, gövde
dizaynı gibi değişikliklerle ve soğutma fanı, geri besleme elemanı vb. ek bileşenlerin
kullanılmasıyla motorlar; geniş hız ayar aralıklı, yüksek performanslı, hassas ve daha
verimli hale gelmiştir. Bu özelliklere sahip motorlar günümüzde servo motorlar
olarak isimlendirilmektedir ve ek bileşenler ile standartlaştırılarak bir bütün yapı
olarak üretilmektedir.
Tahrik sistemlerinde büyük bir öneme sahip servo motorlar; tekstil endüstrisi,
robotlar, plastik makineleri, CNC tezgahlar vb. sistemlerde yaygın olarak
kullanılmaktadır. Servo motorların önemine karşılık hakkında Türkçe kaynak yok
denecek kadar azdır. Bu çalışma ile servo motorlar ve bu motorlara bağlanan ek
sistem elemanları hakkında bir Türkçe kaynak oluşturulmuştur. Ayrıca servo
sistemin daha iyi kavranılmasını sağlamak için bir servo sistem deney seti
tasarlanmıştır.
Kasım, 2007 Yrd. Doç. Dr. Hasan ERDAL Okay HANCI
IX
SEMBOL LĐSTESĐ
A : Baskı Yayı
A1 : Endüvi Sargı Ucu
A2 : Endüvi Sargı Ucu
maxa : Maksimum Açısal Đvme (1/s 2 )
B : Manyetik Akı Đndüksiyonu (Tesla, Gauss)
rB : Artık Mıknatısiyet (kA/m)
maxBH : Manyetik Kalite (kTA/m)
d : Yoğunluk (kg/cm 3 )
Dy : Dinamiklik
E : Geri Besleme Sinyali
RE : Giriş Referansı
0E : Hata
F1 : Alan Sargı Ucu
F2 : Alan Sargı Ucu
FR : Bobin
f : Frekans (Hz)
nf : Nominal Motor Frekansı (Hz)
1f : Stator Frekansı (Hz)
2f : Rotor Frekansı (Hz)
Hci : Đçsel Karşıt Güç (MA/m)
CH : Karşıt Mıknatısiyet Gücü (T)
I : Akım (A)
nI : Nominal Motor Akımı (A)
motI : Motor Akımı (A)
X
J : Eylemsizlik Momenti (kgm2)
loadJ : Frenin Bağlı Olduğu Safta Aktarılan Eylemsizlik Momenti (kgm2)
JMot : Motor Eylemsizlik Momenti (kgm2)
k : Sabit Katsayı
K : Güvenlik Faktörü
Kp : Pozisyon Sensörünün Çarpanı
l : Boy, Uzunluk (mm)
L : Motor Uzunluğu (mm)
1M : Giriş Momenti (Nm)
2M : Çıkış Momenti (Nm)
aM : Yavaşlama Moment Değeri (Nm)
kM : Frenin Moment Değeri (Nm)
loadM : Yükün Moment Değeri (Nm)
MotorM : Motor Maksimum Moment Değeri (Nm)
MMax : Maksimum Motor Momenti (Nm)
nM : Nominal Motor Döndürme Momenti (Nm)
RedüktörM : Redüktör Maksimum Moment değeri (Nm)
req1M : Motor Đçin Gerekli Fren Moment Değeri (Nm)
req2M : Seçilen Frenin Moment Değeri (Nm)
m Rot : Rotorun Ağırlığı (kg)
m Top : Toplam Ağırlık (kg)
n : Devir sayısı (rpm)
1n : Giriş Devri (rpm)
2n : Çıkış Devri (rpm)
dn : Senkron Devir (rpm)
n n : Nominal Rotor Devri (rpm)
P : Motor Gücü (W, kW)
p : Çift Kutup Sayısı
1P : Giriş Gücü (W, kW)
XI
2P : Çıkış Gücü (W, kW)
Pd : Dinlenme Periyodu
Pf : Frenleme periyodu
2m PP = : Alınan Mekanik Güç (W, kW)
Po : Yüksüz Çalışma Periyodu
rP : Konum Geri Besleme Sinyali
Ps : Yol Verme Periyodu
Psy : Sabit Periyot
Pv1 : Farklı Hız Periyodu
Py : Yüklenme Periyodu
Pyv : Yavaşlama Periyodu
R : Endüvi Sargı Direnci (Ω)
1R : Stator Direnci (Ω)
AR : Sargı Direnci (Ω)
FeR : Demir Kayıp Direnci (Ω)
2ıR : Rotor Direnci (Ω)
r : Yarı Çap (mm)
s : Kayma
airS : Hava Aralığı
Sh : Đşleme Frekansı, Periyodik Frenleme Đşleminin Sayısı (1/h)
Tmax : Maksimum Çalışma Sıcaklığı (°C)
1t : Yakalama Zamanı (sn)
2t : Bırakma Zamanı (sn)
3t : Kayma Zamanı (Frenin Kendi Ekseninden Çıkış Eksenine Gidinceye
Kadar Geçen Zaman (sn)
11t : Gecikme Zamanı ( Fren Voltajı Kesildikten Sonra Momentin
Başlaması Đçin Geçen Süre) (sn)
12t : Frenleme Momentinin Yükselme Zamanı (sn)
Ht : Đvmelenme Zamanı (sn)
U : Uygulanan Gerilim (V)
1U : Stator Gerilimi (V)
XII
U : Stator Gerilimi (V)
eU : Stator Gerilimi (V)
iU : Endüvinin Dönüş Yönüne Bağlı Olarak Đndüklenen Gerilim (V)
nU : Nominal Motor Gerilimi (V)
sU : Giriş Geriliminin Tepe Değeri (V)
Q : Anahtarlama Başına Olan Sürtünme Enerjisi (Joule)
permQ : Maksimum Müsaade Edilen Anahtarlama Başına Olan Sürtünme
Enerjisi (Joule)
σX1 : Stator Kaçak Reaktansı (Ω)
σX 2ı : Rotor Kaçak Reaktansı (Ω)
1Xh : Kaçak Reaktans (Ω)
w : eU nin Açısal Frekansı
rw : Rotor Açısal Hızı (rad/s)
θ : Rotor Konumu (rad)
Rθ : Konum Giriş Referansı
φ : Manyetik Akı (Maxwell)
η : Verim
0∆n : Frenin Başlangıç Bağıl Hız Değeri (rpm)
γ : Rotor Açısı (Derece)
XIII
KISALTMALAR
AC : Alternatif Akım
ACSM : AC Servo Motor
AlNiCo : Alüminyum Nikel Kobalt
ASM : Asenkron Servo Motor
CW : Saat Yönü
CCW : Saat Yönünün Tersi
DC : Doğru Akım
DCSM : DC Servo Motor
DD : Düz Dişli
DHDR : Düz (Şaft Montajlı) Helisel Dişli Redüktör
EYBF : Elektromekanik Yay Baskılı Frenler
FCDCSM : Fırçalı DC Servo Motorlar
FZDCSM : Fırçasız Sabit Mıknatıslı DC Servo Motor
HDR : Helisel Dişli Redüktör
HD : Helisel Dişli
HES : Hall Etkili Sensör
HKS : Hibrit Kontrol Sistemi
IFACSM : Đki Fazlı AC Servo Motor
IEC : International Electrotechnical Commission
GBS : Geri Besleme Sistemi
GDC : Global Drive Control
KDSSM : Kare Dalga Gerilimle Beslemeli Senkron Servo Motor
KDSS : Kendiliğinden Doğal Soğutma Sistemi
KDR : Konik Dişli Redüktör
LSS : Lenze 9300 Servo Sürücü
MKS : Moment Kontrol Sistemi
XIV
NdFeB : Endertoprak-Demir
PDR : Planet Dişli Redüktör
PKS : Pozisyon Kontrol Sistemi
PLC : Programable Logic Controller
RDDCSM : Rotoru Disk Biçiminde Fırçasız DC Servo Motor
RE : Resolver
SDR : Sonsuz Dişli Redüktör
SDS : Servo Deney Seti
SDSSM : Sinüs Dalga Gerilim Beslemeli Senkron Servo Motor
SKD : Spiral Konik Dişli
SMSSM : Sabit Mıknatıslı Senkron Servo Motor
SmCo : Samaryum Kobalt
SSM : Senkron Servo Motor
SS : Servo Sürücü
TG : Tako Genaratör
XV
ŞEKĐL LĐSTESĐ
SAYFA NO
Şekil II.1 Servo Sistem Prensip Şeması..........................................................4
Şekil II.2 Servo Motor Hız Kontrol Sistemi...................................................5
Şekil II.3 Servo motor pozisyon kontrol Sistemi ...........................................5
Şekil II.4 Servo Motor Moment Kontrol Sistemi ...........................................6
Şekil II.5 Servo Motor Pozisyon Kontrol ve hız Kontrol Hibrit Sistemi .......6
Şekil II.6 Geri Beslemeli Geleneksel Tip AC Asenkron Motor.....................7
Şekil II.7 Servo Motor ve Kesit Görünüşü ....................................................8
Şekil II.8 Geleneksel Tip Motorlarla, Servo Motorun Yükselme
Zamanlarının,Dinamikliliklerinin, Atalet Momentlerinin,
Motor ve Rotor Kütlelerinin Karşılaştırılması ...............................10
Şekil II.9 Đçi Dolu Silindir. .............................................................................10
Şekil II.10a Rotoru Boyuna Uzatılmış Servo Motor ..........................................11
Şekil II.10b Rotoru Disk Şeklinde Servo Motor ................................................12
Şekil II.11 Servo Motorların Sınıflandırılması.................................................12
Şekil II.12a DC Servo Motor .............................................................................13
Şekil II.12b DC Servo Motor Sisteminin Temel Prensip Şeması.......................13
Şekil II.13a Fırçalı DC Servo Motorun Yapısının Kesit Görünüşü ..................14
Şekil II.13b Fırçasız DC Servo Motorun yapısı .................................................14
Şekil II.14a Fırçalı DC Servo Motorun Endüktörü ............................................15
Şekil II.14b Fırçalı DC Servo Motorun Endüvisi...............................................15
Şekil II.15 Fırçalarda Akım Dönmesi...............................................................16
Şekil II.16a Fırçasız DC Servo Motorlar............................................................17
Şekil II.16b Fırçasız DC Servo Motorun Yapısı ................................................17
Şekil II.17 Fırçasız DC Servo Motor Sürücü Devresi ......................................18
Şekil II.18 Rotorunun Boyu Uzatılmış DC Servo Motor .................................18
XVI
Şekil II.19 Fırçasız DC Servo Motorun Kutup Pabuçları.................................19
Şekil II.20a Rotoru Disk Biçiminde Fırçasız DC Servo Motor .........................20
Şekil II.20b Rotoru Disk Biçiminde Fırçasız DC Servo Motor un Đç Yapısı .....20
Şekil II.21 Fırçalı DC Servo Motorun Eşdeğer Devresi...................................21
Şekil II.22 Fırçalı DC Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi..............................22
Şekil II.23 AC Motor Servo Motor Prensip Şeması .........................................22
Şekil II.24 Asenkron Servo Motor ...................................................................23
Şekil II.25a Asenkron Servo Motorun Statoru...................................................23
Şekil II.25b Asenkron Servo Motorun Rotoru ...................................................24
Şekil II.26 Asenkron Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi. ..............................25
Şekil II.27 Asenkron Servo Motorun T Eş Değer Devresi...............................25
Şekil II.28 Senkron Servo Motor......................................................................26
Şekil II.29 Senkron Servo Motorun Yapısı ......................................................27
Şekil II.30 Senkron Motoru Besleme Gerilimleri ............................................28
Şekil II.31 Kare Dalga Beslemeli Senkron Servo Motorun Besleme Akım
Gerilim Diyagramları......................................................................29
Şekil II.32 Kare Dalga Beslemeli Senkron Motorun Prensip Şeması ..............29
Şekil II.33 Sinüs Dalga Beslemeli Senkron Motorda Akım-Gerilim
Diyagramları ...................................................................................30
Şekil II.34 Sinüs Dalga Beslemeli Senkron Motorun Prensip Şeması .............31
Şekil II.35 Sinüs Dalga Beslemeli Senkron Motorun Hız Moment Eğrisi.......31
Şekil II.36 Đki Fazlı AC Senkron Servo Motorun Yapısı .................................32
Şekil II.37 Đki Fazlı AC Senkron Servo Motorla Yapılan Radar Kontrol
Uygulaması .....................................................................................33
Şekil II.38a MCS Tip Servo Motora Ait Örnek Bir Etiket ................................33
Şekil II.38b MDS Tip Servo Motora Ait Örnek Bir Etiket ................................34
Şekil II.39 AC Servo Motorun Etiketinde Bulunan Bilgiler ............................35
Şekil II.40 DC Servo Motorun Şablon Bir Etiketi............................................36
Şekil II.41 AlNiCo ve SmCo 5 Mıknatısların Hacim-Eylemsizlik Momenti-
Manyetik Kuvvet Đlişkisi ................................................................38
Şekil II.42 Uçan Testere Uygulaması...............................................................39
Şekil II.43 Mekanik Kam .................................................................................40
Şekil II.44 Elektronik Kam Uygulamasının Kullanıldığı Dolum Hattı............40
XVII
Şekil II.45 Elektronik ve Mekanik Kamın Yol-Zaman Grafiği........................41
Şekil II.46 Robot Uygulaması ..........................................................................41
Şekil II.47 Baskı Makinesi(Matbaa) Uygulaması ...........................................42
Şekil II.48 Dişli Çark Sistemi...........................................................................43
Şekil II.49 Helisel Dişli Redüktör ....................................................................44
Şekil II.50 Düz Helisel Dişli Redüktör.............................................................46
Şekil II.51 Konik Dişli Redüktörlü AC motor .................................................47
Şekil II.52 Konik Düz Dişliler..........................................................................47
Şekil II.53 Konik Helisel Dişliler .....................................................................48
Şekil II.54 Spiral Konik Dişliler.......................................................................48
Şekil II.55a Sonsuz Dişli Redüktörün Görünüşü ...............................................49
Şekil II.55b Sonsuz Dişli Redüktörün Dişli Yapıları. ........................................49
Şekil II.56a Planet Dişli Mekanizması ...............................................................50
Şekil II.56b Planet Dişli Redüktör......................................................................51
Şekil II.57 Redüktör Sisteminin Bileşenleri .....................................................52
Şekil II.58 Balatalı Fren Mekanizması Temel Prensip Şeması ........................53
Şekil II.59 Elektromekanik Yay Baskılı Frenin Yapısı ....................................54
Şekil II.60 Elektromekanik Yay Baskı Frenli Motor .......................................55
Şekil II.61 Frenleme-Uyarma Gerilimi-Zaman Đlişkisi ....................................56
Şekil II.62 Dahili Soğutmalı AC Motor ..........................................................61
Şekil II.63.a Harici Soğutmalı AC Servo Motor ................................................62
Şekil II.63b Harici Soğutmalı Kare Gövde Motor ............................................62
Şekil II.64 Geri Besleme Sistemi ....................................................................65
Şekil II.65 Resolver’ ın görünüşü ....................................................................66
Şekil II.66 Resolver’ın Temel Prensip Şeması .................................................66
Şekil II.67 1U Ve 2U Stator Geriliminin Zamana Göre Değişimi. .................67
Şekil II.68 Servo Motor Sürücüsüne Resolver Bağlantısı ................................68
Şekil II.69 DC Tako Genaratörün Motora Bağlantısı.......................................68
Şekil II.70 Enkoderin Yapısı ............................................................................69
Şekil II.71 Enkoderin Motora Montajı .............................................................70
Şekil II.72 Enkoder ile Hareketli Malzeme Üzerinden Hat Hızının
Ölçülmesi Uygulaması ...................................................................70
Şekil II.73 Artımsal Geri Beslemenin Çıkış Sinyalleri ...................................71
Şekil II.74 Gray Kodları ...................................................................................72
XVIII
Şekil II.75 Dual Kodları. ..................................................................................72
Şekil II.76 Hall Etkili Sensörün Yapısı ............................................................73
Şekil III.1 Tasarlanan Deney Seti ....................................................................74
Şekil III.2a Servo Deney Seti Sürücü Bağlantısı...............................................75
Şekil III.2b Servo Deney Seti Kontrol Paneli ...................................................75
Şekil III.3a Deney Setinde Kullanılan Motorun Etiketi ....................................76
Şekil III.3b Deney Setinde Kullanılan AC Motor .............................................76
Şekil III.4 Lenze 9300 Serisi Servo Sürücü ....................................................77
Şekil III.5 Servo Sürücü Temel Prensip Şeması ..............................................77
Şekil III.6 9300 Serisi Servo Sürücünün Kontrol Sistemi ve Yapısı ...............79
Şekil III.7 Servo Sürücü ve Bilgisayar Bağlantısı. ..........................................80
Şekil III.8 GDC Programının Görünümü.........................................................80
Şekil III.9 Servo Sürücü Kullanılan Sinyal Tipleri .........................................82
Şekil III.10 MCTRL Fonksiyon Bloğu..............................................................83
Şekil III.11 NSET Fonksiyon Bloğu..................................................................84
Şekil III.12a Servo Deney Setinde Kullanılan Mecapion S48-8-0500VT
Enkoder...........................................................................................85
Şekil III.12b Enkoderin 9300 Servo Sürücüye Bağlantısı ...................................85
Şekil III.13 GDC Programının Cihaz Arama Ekranı .........................................86
Şekil III.14 Lenze Servo Sürücünün Programı Okunduktan Sonraki
GDC Ekranı ....................................................................................87
Şekil III.15 GDC Programında Code List..........................................................87
Şekil III.16 GDC Fonksiyon Blok Ayar Bölümü ..............................................88
Şekil III.17 GDC ile AIN 1 Ayarlanması ..........................................................89
Şekil III.18 GDC ile NSET-N Hız Girişinin 1 Analog Giriş 1
Olarak Ayarlanması ........................................................................89
Şekil III.19 GDC ile MCTRL-NSET Hız Girişinin Ayarlanması .....................90
Şekil III.20 Potansiyometre 1 in %50 Ötelenmesi............................................90
Şekil III.21 S1 Butonunun Acil Durdurma olarak Ayarlanması........................91
Şekil III.22 Sayısal Giriş Sinyal Seviyelerinin Ayarlanması.............................92
Şekil III.23 Analog Çıkış 1 den Giriş Hız Referansının Alınması ....................92
Şekil III.24 Analog Çıkış 2 den Motor Anlık Hızının Alınması........................93
Şekil III.25 Motor Đvmelenme Sürülerinin Ayarlanması ...................................93
Şekil III.26 Fonksiyon Bloklarının Processing List de Tanımlanması ..............94
XIX
Şekil III.27 GDC Dialog Diagnostic Ekranı ......................................................94
Şekil III.28 GDC Monitör Ekranı ......................................................................95
Şekil III.29 R/L/Q Fonksiyon Bloğuna 1 ve 2 Numaralı Sayısal
Girişlerin Bağlantısı........................................................................96
Şekil III.30 S3 Butonunun %100 Hız Referansı Olarak Ayarlanması...............97
Şekil III.31 AIN1 in NSET N Girişine Bağlanması .........................................97
Şekil III.32 TRIP SET ve TRIP RESET Fonksiyonlarının Ayarlanması .........98
Şekil III.33 Motor Anlık Hızının Analog Çıkış 1 den Alınması........................98
Şekil III.34 MPOT Fonksiyon Bloğunun Girişlerinin S1,S2 ve S3
Butonları Olarak Ayarlanması .......................................................100
Şekil III.35 S4 Butonun %100 Hız Referansı Olarak Ayarlanması...................101
Şekil III.36 S5 Butonun Hata Silme Olarak Ayarlanması .................................102
Şekil III.37 MCTRL Fonksiyon Bloğunun PHI –ACT Çıkışının PHINT 1
Fonksiyon Bloğuna Bağlantısı........................................................104
Şekil III.38 PHINT 1 Fonksiyon Bloğunun OUT Ucunun PHCMP 1
Fonksiyon Bloğuna Bağlantısı........................................................104
Şekil III.39 PHCMP 1 Fonksiyon Bloğunun FCODE Fonksiyon Bloğuna
Bağlantısı ve Karşılaştırma Đşleminin Seçilmesi ............................105
Şekil III.40 DIGDEL 1 Fonksiyon Bloğunun Çıkışının PHINT 1
Fonksiyon Bloğunun Reset Girişine Bağlantısı..............................105
Şekil III.41 PHCMP 1 Fonksiyon Bloğunun OUT ucunun DCTRL
Fonksiyon Bloğunun CINH 1 Girişine Bağlanması .......................106
XX
TABLO LĐSTESĐ
SAYFA NO
Tablo II.1 Asenkron, Senkron ve DC Motor Etiket Değerleri .......................9
Tablo II.2 Asenkron ve Senkron Motorların Karşılaştırılması ........................32
Tablo II.3 MDS Tip Motorun Etiketinde Yazılı Bilgiler.................................34
Tablo II.4 AC Servo Motorun Etiketinde Bulunan Bilgiler ............................35
Tablo II.5 DC Servo Motorun Etiketinde Bulunan Bilgiler ............................36
Tablo II.6 Mıknatısın Akı ve Manyetik Kalite Değerleri Tablosu ..................37
Tablo II.7 Helisel Dişli Redüktörün Dişli Sayısı ve Aktarma Oranı ...............45
Tablo II.8 Helisel Aktarma Dişli Sayısının Verime Olan Etkisi .....................45
Tablo II.9 Düz Helisel Dişli Redüktörün Dişli Sayısı ve Aktarma Oranı .......46
Tablo II.10 Düz Helisel Aktarma Dişli Sayısı Đle Verim Đlişkisi ......................46
Tablo II.11 Konik Dişli Redüktörün Aktarma Dişlisi Sayısı, Aktarma
Oranı ve Verim Değerleri ...............................................................48
Tablo II.12 Sonsuz Dişli Redüktörün Aktarma Dişlisi Sayısı, Aktarma
Oranı ve Verim Değerleri ...............................................................50
Tablo II.13 Planet Dişli Redüktörün Aktarma Dişlisi, Dişli Boşluğu ...............51
Tablo II.14 IC Soğutma Biçimi Kodlamaları ....................................................61
Tablo II.15 Fanlı ve Fansız Senkron Servo Motorun Etiket Değerleri..............63
Tablo II.16 Fanlı ve Fansız Asenkron Servo Motorun Etiket Değerleri ...........64
Tablo III.1 Lenze Servo Sürücünün Temel Ayar Parametreleri .......................81
Tablo III.2 Motor Ayar Parametreleri...............................................................88
1
BÖLÜM I
GĐRĐŞ VE AMAÇ
I.1. GĐRĐŞ
Günümüzde teknoloji alanındaki gelişmeler hızla artmaktadır. Bu artışa paralel
olarak endüstride kullanılan otomasyon sistemleri de üretimi daha verimli, daha hızlı,
daha kaliteli ve daha düşük maliyetli duruma getirmeyi hedeflemektedir. Üretim
tesislerinde kullanılan makinelerin kontrol ve tahrik üniteleri de teknolojiye paralel
olarak hızlı bir gelişim süreci yaşamaktadır. Geleneksel kontrol üniteleri olarak
kullanılan kontaktör, röle gibi elektromekanik elemanlarla kontrol edilen sistemler
günümüzde yerini; PLC’ lere (Programable Logic Controller), Mikroişlemci tabanlı
yazılımlara, Endüstriyel PC lere bırakmaktadır. Elektrikli tahrik elemanı olarak
kullanılan geleneksel DC ve AC motorlar ile yapılan uygulama çözümleri de
günümüzde basit uygulamalar hariç pek kullanılmamaktadır. Çünkü motor
kontrolünde geçmişteki hedef hız ayarıydı. Geleneksel tip DC motorun hız ayarı alan
gerilimi ya da endüvi geriliminin değiştirilmesiyle gerçekleştirilmekteydi. AC
motorlarda ise yarı iletken teknolojisinin gelişmediği dönemlerde hız ayarı pek
yapılamamaktaydı, yapılan hız ayarı da; çok kutuplu motor (Dahlender)
kullanılmasıyla kademeli olarak kutup sayısının değiştirilmesiyle veya motorların
çıkışına bağlanan kayış-kasnak (Varyatör) düzenekleriyle gerçekleştirilmekteydi.
Güç elektroniği alanında, özellikle de yarı iletken teknolojisindeki ilerlemeler sonucu
frekans değiştirici motor sürücülerinin (inverter) geliştirilmesiyle, AC motorların
hızı ayarı momentin sabit kalmasıyla gerçekleştirilebilir hale gelmiştir. DC
motorların yapılarında bulunan fırçalardan dolayı kaynaklanan ısınma, ark vb.
2
problemler ve bakıma ihtiyaç duymalarından dolayı, yapısal değişikliğe gidilmiş ve
fırçasız DC motorlar geliştirilmiştir. Ayrıca yarı iletken teknolojisinin gelişmesiyle
DC besleme geriliminin temini için kullanılan ara elemanların maliyeti de ortadan
kalkmıştır.
Günümüzde ise motor ve motor kontrol sistemlerinden beklenti ve hedef; daha
geniş hız ayar aralığı, dinamik kalkış-duruş, iyi bir hız-moment davranışı, hassasiyet
ve yüksek verimliliktir. Geleneksel tip AC ve DC motorlarla bu beklenti ve hedeflere
cevap kısmen verilmektedir. Ancak son yıllarda geleneksel motorların yapılarındaki
değişikliklerle geliştirilen ve servo olarak adlandırılan motorlar ve kontrol
sistemleriyle bu beklenti ve hedeflere cevap verilmektedir.
Servo olarak adlandırılan sistemlerde ilk zamanlarda tako geri beslemeli
geleneksel DC motorlar kullanılmıştır. Ancak bu sistemler günümüz servo sistemleri
kadar verimli değildiler. Frekans inverterlerinin gelişmesiyle AC servo sistemler
kullanılmaya başlamıştır. Bu yıllardan sonra servo sistemlerde de aynı paralellikte
gelişme yaşanmış ve motor kontrol sistemleri hedefe ulaşmış ve beklentilere cevap
verilebilmiştir. Bu gelişmelerle günümüzde AC servo motor (ACSM) lar, DC servo
motor (DCSM) lara göre daha fazla tercih edilir hale gelmiştir. Günümüzde birçok
endüstriyel uygulamada ACSM lar kullanılmaktadır.
I.2. AMAÇ
Günümüzde endüstriyel uygulamalar gün geçtikçe daha da yaygınlaşmaktadır.
Endüstriyel uygulamalarda teknolojinin kullanılmasıyla, birim zamanda üretilen ürün
miktarının ya da yapılan işin artması, üretilen ürün ya da iş de kalite, birim maliyetin
düşürülmesi hedeflerine cevap verilmektedir. Bu hedef, uygulamalarda kullanılan
makine elemanlarının tümü için geçerlidir.
Uygulamalarda mekanik enerji kaynağı olarak genelde elektrik motoru
kullanılmaktadır. Son yıllarda servo motorların gelişimiyle ve fiyatlarının da
ucuzlamasıyla tahrik sistemlerinde kullanımları artmaktadır. Servo motorlar ve servo
kontrol üniteleriyle sistemler; verimli, kaliteli, hassas, doğru ve hızlı hale gelmiştir.
Ancak endüstride büyük öneme sahip olmalarına karşın servo motorlar hakkında
Türkçe kaynak pek azdır. Mevcut kaynaklar da firmaların el kitaplarıdır.
Bu çalışmada servo motorların yapısı, özellikleri, türleri ve servo motoru
oluşturan sistem elemanları incelenerek detaylı bir Türkçe kaynak oluşturulması ve
3
eğitimde kullanılmak üzere bir AC servo sistem deney seti tasarımıyla, eğitime katkı
amaçlanmıştır.
4
BÖLÜM II
SERVO MOTORLAR
II.1. GĐRĐŞ
Servo sözcüğü Latincede “servus” sözcüğünden türetilmiş; “hizmetçi”, “köle”,
“yardımcı” anlamına gelmektedir [1]. Servo sistem Şekil II.1 de görüldüğü gibi esas
olarak bir kapalı çevrimli kontrol sistemidir ve bu yapı içerisinde olmazsa olmaz
eleman geri besleme elemanıdır. Bunun yanında diğer bir önemli eleman sürücü
elemandır ve bu iki eleman olmadan servo sistem oluşturulamaz.
Y3~RM i
Şebeke Sürücü Motor
Dişli Mekanizması
Yük
Sensör/Enkoder
PWM
Şekil II.1 Servo Sistem Prensip Şeması [2].
Günümüzde servo sistemler kontrol yapısına göre;
• Hız kontrol
• Pozisyon (konum) kontrol
• Moment kontrol
• Hibrit (Melez) kontrol
sistemi olmak üzere 4 e ayrılır [3].
5
II.1.1. Hız Kontrol Sistemi
Hız kontrol sistemi; motor hızının ayarlandığı yapıdır ve tüm servo sürücülerde
bulunan birimdir. Motorun geri besleme elemanıyla alınan anlık hız verisi, sürücü
devresine iletilir ve bu veri ayarlanan değer ile karşılaştırılarak, eşit olması
gerçekleştirilir. Hız kontrol sistemi Şekil II.2 de verilmiştir [3].
rw
Şekil II.2 Servo Motor Hız Kontrol Sistemi [3].
II.1.2. Pozisyon (Konum) Kontrol Sistemi
Pozisyon kontrol sistemi (PKS); motor milinden geri besleme elemanıyla
alınan anlık hız değerinin konum bilgisine çevrilip, bir Kp sabitiyle çarpılarak konum
geri besleme bilgisine çevrilmesi esasına dayanır. PKS yapısında hız kontrol
sistemini de içerir. Şekil II.3 de PKS nin prensip blok şeması görülmektedir [3].
s
1rw θ
rP
Şekil II.3 Servo Motor Pozisyon Kontrol Sistemi [3].
Servo pozisyon kontrolörler; günümüzde boy kesim, taşıma-aktarma hatları,
uçan testere vb. uygulamalarda kullanılmaktadır.
6
II.1.3. Moment Kontrol Sistemi
Moment kontrol sistemi (MKS) nin amacı; motorun momentinin istenen
değerde sabit tutulmasıdır. Motor akımı; motor momentiyle orantılı olduğundan;
moment kontrolünü gerçekleştirmek için motor anlık akımından ( motI ) bir geri
bildirim alınır. Şekil II.4 de MKS görülmektedir.
motI
Şekil II.4 Servo Motor Moment Kontrol Sistemi [3].
Sürücü devresi istenen çalışma moment değerini ayarlamak için moment
değeriyle oransal bir akım değerini yapısında bulunan karşılaştırma elemanında,
anlık motor akımıyla matematiksel işleme sokar. Bu işlemde farkın sıfır olması
durumunda motorun moment kontrolü sağlanmış olur. MKS özellikle sarıcı-boşaltıcı
uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
II.1.4. Hibrit Kontrol Sistemi
Hibrit kontrol sistemi (HKS); çeşitli kontrol sistemlerinin bir arada
kullanılmasından oluşur ve kontrol türleri bir anahtar vasıtasıyla seçilerek devreye
sokulur. HKS ne hız kontrol ve pozisyon kontrol sistemini örnek olarak verebiliriz.
Şekil II.5 te hız kontrol ve pozisyon kontrol hibrit sistemi görülmektedir.
rP
θrw
Şekil II.5 Servo Motor Pozisyon Kontrol ve Hız Kontrol Hibrit Sistemi [3].
7
II.2. SERVO SĐSTEMLERDE KULLANILAN MOTOR
TĐPLERĐ VE ÖZELLĐKLERĐ
Servo sistemlerde genellikle bu sistemler için tasarlanmış ve servo motor olarak
adlandırılan özel yapıdaki motorlar kullanılır. Bununla birlikte geleneksel tip AC ve
DC motorlar da, bir geri besleme elemanın yapılarına ilavesiyle servo sistemlerde
kullanılmaktadır. Ancak bu motorlar; ısıl davranış, dinamiklik, hız ayar aralığı vb.
özellikler açısından servo motorlar kadar pek elverişli değildirler. Bu özelliklerin
gerekmediği sistemlerde servo motorlara göre fiyatlarının daha düşük olmasından
dolayı tercih edilmektedirler. Şekil II.6 da geri beslemeli geleneksel tip AC asenkron
motor görülmektedir.
Şekil II.6 Geri Beslemeli Geleneksel Tip AC Asenkron Motor
Şekil II.7 de örnek bir servo motorun resmi, içyapısı ve kesit görünüşü
görülmektedir.
8
Şekil II.7 Servo Motor ve Kesit Görünüşü
Günümüzde servo sistemlerinde kullanılan geleneksel tip motorlar ile servo
motorlar aynı güç ve hız değerlerinde olmalarına rağmen; hız ayar aralığı, atalet
momenti, kalkınma zamanı, maksimum moment, açısal ivme ve gövde uzunluğu
9
yönünden hem birbirleriyle, hem de kendi aralarında farklılık gösterirler. Bu durum
Tablo II.1 verilmiştir.
Tablo II.1 Asenkron, Senkron ve DC Motor Etiket Değerleri [1].
Tip Geleneksel
Asenkron Motor
Geleneksel Fırçalı
DC Motor
Sabit Mıknatıslı
Senkron Servo Motor
P (kW) 7,5 8,3 7,5
n n (rpm) 2900 3200 3000
Kimliği DFV 132 M2 GFVN 160 M DFY 112 ML
Soğutma Kendinden Kendinden Kendinden
L (mm) 400 625 390
m Top (kg) 66 105 38,6
m Rot (kg) 17 29 8,2
J Mot (410−kgm
2) 280 496 87,4
M n (Nm) 24,7 24,7 24
M Max (Nm) 2,6 MN / 1,8 MN
MN
1,6 MN 3.MN
maxω (1/s2) 1588 797 8238
Max. Dy %
Servo Motor=%100
20
10
100 t H (ms) 191 420 38
Tablo II.1 de; maxω , Ht ve Dy hesaplanan değerlerdir ve Denklem II.1, II.2 ve
II.3 kullanılarak bulunmuştur.
Mot
Maxmax
J
M=ω (II.1)
Maz
nMotH
M9,55
nJt
⋅
⋅= (II.2)
100%α
αDy
servo
⋅= (II.3)
Tablo II.1 de görüldüğü gibi motorlar, aynı güç ve hız değerlerinde olmasına
rağmen; motor ve rotor kütlesi en büyük ve motor boyu en uzun DC motordur.
Endüvisinin kütlesinden dolayı da; atalet momenti en yüksek yine DC motordur. Bu
yüzden kalkınma zamanı ve dinamikliği diğer motor tiplerine göre pekiyi değildir.
Ayrıca yüklenme kapasiteleri de düşüktür. Ancak motor güçleri ve rotor devirleri
10
birbirine hemen hemen eşit olduğundan tüm motor tipleri için, rotorlarından alınan
döndürme momenti yaklaşık birbirine eşittir. Şekil II.8 de Tablo II.1 e ilişkin
sonuçlar ifade edilmiştir.
Şekil II.8 Geleneksel Tip Motorlarla, Servo Motorun Yükselme Zamanlarının,
Dinamikliliklerinin, Atalet Momentlerinin, Motor ve Rotor Kütlelerinin Karşılaştırılması [1].
Tablo II.1 ve Şekil II.8 den de görüldüğü gibi; motorun dinamik olması, kalkış
zamanının ve atalet momentinin (Eylemsizlik) düşüklüğü rotor yapılarındaki
farklılıktan dolayıdır. Yapı olarak silindire benzeyen rotor için örnek bir profil Şekil
II.9 da verilmiştir.
Şekil II.9 Đçi Dolu Silindir
11
Đçi dolu silindirin eylemesizlik momenti Denklem II.4 de ifade edilmiştir.
42 rdl2
r2
mJ ⋅⋅⋅=⋅=
π (II.4)
O halde Denklem II.4 e göre motorun eylemsizlik momenti; rotorun çapının
kısaltılması ya da kütlesinin azaltılmasıyla sağlanabilir. Kütlenin azaltılması; rotorun
yapısında daha düşük yoğunluğa sahip bir madde kullanma ya da kullanılan maddenin
miktarının azaltılmasıyla mümkündür. Ancak kullanılan maddenin değiştirilmesi,
o elemanın manyetik alan içerisindeki davranışının iyi olması şartıyla
gerçekleştirilebilir. Eylemsizlik momentinin azaltılması için rotorunun çapının
azaltıldığı motorların, boyları uzundur. Rotor kütlelerinin azaltıldığı motorlar ise; enine
geniştirler ve rotoru tepsi ya da disk biçiminde olarak adlandırılırlar. Şekil II.10a da
rotoru boyuna uzatılmış servo motor ve Şekil II.10b de rotoru enine uzatılmış servo
motor görülmektedir.
Şekil II.10a Rotoru Boyuna Uzatılmış Servo Motor
12
Şekil II.10b Rotoru Disk Şeklinde Servo Motor
Tablo II.1 ve Şekil II.8 den de görüldüğü gibi sabit mıknatıslı senkron motorun
çalışma eğrisi diğer motor türlerine göre oldukça iyidir. Bu yüzden geleneksel tip
asenkron ve sabit mıknatıslı senkron motorlar tahrik sistemlerinde, geleneksel tip DC
motorlara göre tercih edilmektedir.
Servo motorlar besleme gerilimine ve yapılarına göre Şekil II.11 de görüldüğü
gibi sınıflandırılabilir [1].
Şekil II.11 Servo Motorların Sınıflandırılması [1].
II.2.1. DC Servo Motorlar
II.2.1.1. Giriş
DC Motorlar ilk geliştirilen ve uygulanan elektrik makinesidir. DC motor
teknolojisinin günümüzde geldiği nokta; yüksek moment, geniş hız kontrol aralığı,
taşınabilirlik, iyi hız-moment karakteristiği, basit ve doğru model ve kontrol tiplerine
13
kolay adapte olabilmedir. Şekil II.12a da DCSM a ait resimler ve Şekil II.12b de
DCSM un temel prensip şeması görülmektedir.
Şekil II.12a DC Servo Motor
Şekil II.12 b DC Servo Motor Sisteminin Temel Prensip Şeması
DCSM lar günümüzde motor üreticileri tarafından 100 kW a kadar standart
olarak üretilirler [4]. Ancak uygulamalarda küçük güçlüler daha çok tercih
edilmektedir. DC motorların temel çalışma prensibi endüvi manyetik alanıyla,
endüktör manyetik alanının etkileşimi ile dönme hareketinin oluşmasıdır. Geleneksel
tip DC motorlar sargılı kutuplu olarak üretilmekteydi. Ancak DCSM larda kutup
sargısı yoktur. Bunun yerine sabit mıknatıs kutup vardır. Yarı iletken
teknolojisindeki gelişmelere bağlı olarak DCSM larda yapısal değişikliğe gidilerek,
14
sabit mıknatıs kutuplar dönen kısımda da kullanılarak fırçasız DCSM lar üretilmeye
başlanmıştır. Ancak bu motorlar elektronik olarak sürülmesi gereken motorlardır.
Şekil II.13a da fırça kullanılarak endüvisine gerilim uygulanıp, manyetik alan
oluşturulan DCSM lara; Fırçalı DC servo motorlar (FCDCSM), Şekil II.13b de
kutuplarında sabit mıknatıs kullanılan ve yapıda fırça bulunmayan DCSM lara;
fırçasız ya da sabit mıknatıslı DC servo motor (FZDCSM) denir.
Şekil II.13a Fırçalı DC Servo Motorun Yapısının Kesit Görünüşü [5].
Şekil II.13b Fırçasız DC Servo Motorun yapısı [5].
II.2.1.2. Fırçalı DC Servo Motor
FCDCSM de sabit kısım olan endüktör mıknatıstan oluşur. Endüvide sargılara
fırçalar yardımıyla endüviye gerilim uygulanır ve endüvi sargılarından bir akım
geçer. Endüktör ve endüvi manyetik alanlarının birbirini etkilemesi sonucu, endüvide
15
bir döndürme kuvveti oluşur. Şekil II.14a da FCDCSM un kutuplarının, Şekil II.14b
de FCDCSM un endüvisinin resmi görülmektedir.
Şekil II.14a Fırçalı DC Servo Motorun Endüktörü
Şekil II.14b Fırçalı DC Servo Motorun Endüvisi
16
FCDCSM un endüvisinden dönme esnasında alternatif akım geçer. Endüvi
iletkenleri tarafsız bölgeden geçerken akım yön değiştirir ve aktığı yönden döner. Bu
olaya “ akım dönmesi (komütasyon) ’’ denir. Đki komşu dilime bağlı her endüvi
bobininde akımın yön değiştirmesi esnasında, bir yandan fırça bu bobini kısa devre
eder, diğer yandan da bu bobinde “reaktans gerilimi” diye adlandırılan bir
özindükleme gerilimi oluşur. Bu durum Şekil II.15 de gösterilmiştir.
Şekil II.15 Fırçalarda Akım Dönmesi
Kısa devre süresi mili saniye düzeyindedir. Reaktans gerilimi makinenin
dönme hızına etki eder ve endüvi akımıyla doğru orantılıdır. Akım dönmesine karşı;
yardımcı kutup kullanarak ve fırça kaydırılarak önlem alınır. FCDCSM larda akımı;
ısınma ve akım dönmesi sınırlandırır. Üst limit hızı da yalnız mekanik değil, akım
dönmesi bakımından da sınırlanır [8]. FCDCSM da fırçalar sürtünmeden dolayı ısınır
ve makinenin ısı değerini yükseltir. Fırçaların diğer bir dezavantajı da dönme
esnasında ark oluşturmasıdır. Ayrıca fırçalar zamanla aşınmalarından dolayı bakıma
ihtiyaç duyarlar.
II.2.1.3. Fırçasız DC Servo Motor
Günümüzde DCSM ların fırçasız tipleri daha fazla kullanılmaktadır. Çünkü
fırçalı yapıda sürtünmeye bağlı ısınmalar, mekanik yüklenme, ark oluşumu, çalışılan
yere bağlı fırçaların kirlenmesi ve bunun sonucunda temas problemleri vb. sorunlar
vardır. FZDCSM larda ise bu problemler yoktur ve bakım gerektirmezler ve daha
uzun ömürlüdürler. FZDCSM lar günümüzde mıknatıslar olarak karşımıza çıkar.
Şekil II.16a da FZDCSM lara ait resimler ve Şekil II.16b de FZDCSM un içyapısı
görülmektedir.
17
Şekil II.16a Fırçasız DC Servo Motorlar
Şekil II.16b Fırçasız DC Servo Motorun Yapısı
FZDCSM da Şekil II.16b den de görüldüğü gibi dönen kısım kutuplardır.
Gerilim gövdeye yerleştirilmiş endüvi sargılarına uygulanır. FCDCSM ların yapıları
özel olduğundan dolayı inverter ile birlikte kullanılır. Şekil II.17 de FZDCSM u
sürmede kullanılan tam dalga DC sürücü görülmektedir.
18
Şekil II.17 Fırçasız DC Servo Motor Sürücü Devresi [6].
FZDCSM lar sinüs dalga gerilimle de beslenebilmektedir. Sinüs dalga
gerilimle beslenen motorlar SMSSM olarak da adlandırılır. Bu yüzden fırçasız servo
motorların tipinin tanımlanması, besleme gerilimine göre yapılmaktadır.
FZDCSM un rotorunda kullanılan mıknatısın seçimi; hava aralığı
indüksiyonuna, mıknatısın manyetik kalitesine, mıknatıs ömrüne ve mıknatısın
maliyetine göre belirlenir. FCDCSM ların atalet momentlerinin azaltılması; rotorları
uzatılarak (boyları) ve disk biçiminde olmak üzere iki şekilde de yapılmaktadır [7].
a. Rotoru Uzatılmış Sabit Mıknatıslı Fırçasız DC Servo Motor
Rotoru uzatılmış DC servo motorların, Şekil II.9 ve Denklem II.4 de ifade
edildiği gibi, rotorunun boyu uzatılarak eylemsizlik momentleri düşürülmüştür.
Şekil II.18 de rotorunun boyu uzatılmış FZDCSM un resmi görülmektedir.
Şekil II.18 Rotorunun Boyu Uzatılmış DC Servo Motor
19
Rotoru silindir biçiminde olan bu motorlarda hava aralığı indüksiyonunun
yükselmesiyle oluşan karşıt mıknatısiyeti önlemek için, Şekil II.19 da görüldüğü gibi
kutuplara pabuçlar yerleştirilmiştir.
Şekil II.19 Fırçasız DC Servo Motorun Kutup Pabuçları [7].
Kutup pabuçlarında genellikle Alimünyum Nikel Kobalt (AlNiCo) mıknatıs
kullanılır. Samaryum Kobalt (SmCo) ve Endertoprak-Demir (NdFeB) mıknatıs
tiplerinin maliyetinin yüksek oluşu, yapıyı sınırlandırır. FZDCSM ların kutupları ise,
tabaka halindedir ve bu kısımlara yerleştirilmiş sargılardan oluşmaktadırlar. Saç
kalınlıkları 0,2 - 0,3 mm civarındadır. Saçların ince olmasından dolayı, motordaki
fuko akımlarıyla oluşan ısı düşüktür [2].
b. Rotoru Disk Biçiminde Sabit Mıknatıslı Fırçasız DC Servo Motor
Rotoru disk biçiminde fırçasız DC servo motor (RDDCSM) rotorunun
şeklinden dolayı bu adı almıştır. Rotorun tamamı demir değildir. Yapısında yalıtkan
malzeme de kullanılmıştır. Manyetik akı eksenel doğrultuda geçmektedir. Yassı
gövdenin iki yanındaki kapaklar arasında ince endüvi dönmektedir. Kapaklarda
sayıları 6 ile 10 arasında değişen sabit mıknatıslar vardır. Pratikte Baryum Ferit veya
Endertoprak mıknatıslar kullanılır. Mıknatıslar tek yanlı yerleştirildiğinde hava
aralığı mıknatıslar ile karşılarındaki kapak arasındaki uzaklık olup, iki yanındaki
açıklıkların toplamına eşittir. Manyetik direncin büyük olmasını önlemek için disk
endüvi ince yapılır. Kaçak akıların büyük olmasını önlemek için komşu kutuplar
arasındaki uzaklık, hava aralığından daha çok olmalıdır [8]. Disk bakalit veya
genellikle cam epoksiden yapılır. Şekil II.20a da RDDCSM ların resimleri ve
Şekil II.20b de içyapısı görülmektedir.
20
Şekil II.20a Rotoru Disk Biçiminde Fırçasız DC Servo Motor [9].
Şekil II.20b Rotoru Disk Biçiminde Fırçasız DC Servo Motorun Đç Yapısı [7].
Disk yüzeyine bakır saclar yerleştirilerek iletken yüzeyine uygun biçimde
kaynaklanmıştır. Sargıların bu şekilde yerleştirilmesinden dolayı, sargılar direk hava
ile temas edeler ve ek bir soğutma düzeneğine ihtiyaç duymazlar. Hava aralığı büyük
olduğundan hava aralığındaki akı yoğunlukları düşüktür. Rotorları hafif olduğundan
eylemsizlik momentleri yüksek değildir. Rotorda demir oluk bulunmayışından dolayı
pozisyon kontrol uygulamalarında oldukça iyidirler ve 1 rpm altında bile
kullanılmaktadırlar. Genellikle hız aralığı 1 - 6000 rpm dir [7].
21
II.2.1.4. DC Servo Motora Ait Matematiksel Đfadeler
Motorların akım, gerilim, güç vb. değerlerini ifade etmede bir eşdeğer devre
kullanılır. DCSM un eş değer devresi Şekil II.21 de görülmektedir.
Şekil II.21 Fırçalı DC Servo Motorun Eşdeğer Devresi
Şekil II.21 de endüviye uygulanan gerilim Denklem II.5 de ifade edilmektedir.
Ai RIUU ⋅+= (II.5)
Burada iU Denklem II.6 da ifade edilmiştir.
nkU i ⋅⋅= φ (II.6)
Sargılarından geçen I akımı, FCDCSM un gücü ve döndürme momenti Denklem II.7
ve II.8 da ifade edilmektedir.
A2
i RIIUU.I ⋅+⋅= (II.7)
IφkM ⋅⋅= (II.8)
FZDCSM de eşdeğer devre Şekil II.21 de verilen FCDCSM un eşdeğer
devresinden farkı yapısında tek sargının olmasıdır. Dolayısıyla eşdeğer devre sadece
alan sargısından oluşmaktadır. Şekil II.22 de FCDCSM için hız-moment eğrisi
görülmektedir.
22
0n
0n2
Nφ
Kn
NU0,25
NU75,0
NU5,0
NφNφ
Nφ
Şekil II.22 Fırçalı DC Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi
II.2.2. AC Servo Motorlar
AC servo motorlarda besleme gerilimi stator sargılarına uygulanır.
Yapılarında fırça yoktur ve rotora hava aralığıyla iletim sağlanmaktadır. Motor hızı
kutuplara uygulanan gerilimin frekansına bağlıdır. Şekil II.23 de AC servo motorun
temel prensip şeması görülmektedir.
Şekil II.23 AC Motor Servo Motor Prensip Şeması
Şekil II.11 de belirtildiği gibi asenkron servo ve senkron motor olarak 2 alt
gruba ayrılır.
23
II.2.2.1. Asenkron Servo Motor
Optimize edilmiş geleneksel asenkron motorlar, servo sistemlerde günden güne
artarak kullanılmaktadır. Şekil II.24 de Asenkron servo motor (ASM) a ait
fotoğraflar ve içyapısı görülmektedir.
Şekil II.24 Asenkron Servo Motor
Statorları; ince saç paketlerin preslenmesiyle oluşturulmuştur ve burada
oluklara yerleştirilmiş alan sargıları bulunmaktadır. Bu yapı geleneksel asenkron
motorlarla hemen hemen aynıdır. Geri besleme elemanı mile akupledir. Geleneksel
asenkron motorların stator saç kalınlıkları genellikle 0,5 mm civarındadır. Ancak
ASM ların statorları 0,3 mm kalınlıkta saçlardan da imal edilmektedir [10]. Şekil
II.25a da ASM un statoru ve Şekil II.25b de ASM un rotoru görülmektedir.
Şekil II.25a Asenkron Servo Motorun Statoru
24
Şekil II.25b Asenkron Servo Motorun Rotoru
ASM nin rotoru sincap kafeslidir. Sincap kafesli tip kullanılmasının sebebi;
yapılarının basit, eylemsizlik momentlerinin düşük olmasıdır. ASM larda alan
zayıflaması söz konusudur. Bu alan zayıflaması oransal olarak besleme gerilimine
karşı, besleme frekansının arttırılmasıyla gerçekleştirilebilir [7].
ASM lar günümüzde 1000kW a ve 10000 N(m) a kadar imal edilmektedir [4].
ASM larda kayma söz konusudur. Kayma; motorun senkron devri ile milinden alınan
devrin birbirinden farklı olması durumudur ve Denklem II.9 da görüldüğü gibi;
d
nd
n
nns
−= (II.9)
Burada dn ile ifade edilen senkron devir, Denklem II.10 de ifade edilmektedir.
p
f60nd
⋅= (II.10)
ASM lar yapılarının basit ve ekonomik oluşundan dolayı tahrik sistemlerinde
yaygın kullanılmaktadır. Optimize edilerek servo sistemlerde kullanılan ASM lar
yüksek hız, yüksek yüklenme kapasitesi, düşük atalet momenti avantajlarını
getirmiştir [2]. Şekil II.26 da ASM un çeşitli frekanslardaki moment eğrisi
görülmektedir.
25
Motor
Genaratör
nn dn
MaxM
NM
0
s 1
n
0
1f2f3f4f Nf'f ''f '''f
NM
MaxM
Şekil II.26 Asenkron Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi
Şekil II.26 da görüldüğü gibi dn değeri için kayma sıfırdır. Ancak ASM un
rotorundan alınan hız değeri nn dir ve kayma söz konusudur. Genaratör çalışma;
frenleme esnasında kaymanın sıfırdan küçük olduğu durumlardır. Her iki çalışma
türünde de maksimum moment değeri; maksimum akımla sınırlıdır. ASM larda
kesim değerinden büyük frekanslarda alan zayıflaması olur. Bu frekans değerinden
sonra moment eğrisi düşüş gösterir [2]. Şekil II.27 da ASM un T eşdeğer devresi
görülmektedir.
1I 1R σ1X σ2'X
2)s('R2
1Xh FeR1U
1f
Şekil II.27 Asenkron Servo Motorun T Eş Değer Devresi.
ASM için güç Denklem II.11 de ifade edilmiştir.
ϕCosIU3P1 ⋅⋅⋅= (II.11)
Motordan alınan mekanik güç ise;
26
dn2m nM2PP ⋅⋅== π (II.12)
ifade edilir. ASM için verim ve döndürme momenti Denklem II.13 ve II.14 da
görülmektedir.
1
2
P
P=η (II.13)
n
mn
n
P9550M
⋅= (II.14)
II.2.2.2. Senkron Servo Motor
Geleneksel tip senkron motorlar bazı yapısal değişikliklerle ve bir geri besleme
elemanının yapıya ilavesiyle senkron servo motor (SSM) lar olarak
adlandırılmaktadır. SSM lar fırçasızdırlar ve rotorları sabit mıknatıslıdır. Bu yüzden
SSM lar “permanent magnet senkron servo motor” ya da “sabit mıknatıslı senkron
servo motor” olarak isimlendirilirler. Şekil II.28 de SSM a ait fotoğraflar ve Şekil
II.29 da SSM un yapısı görülmektedir.
Şekil II.28 Senkron Servo Motor
27
Bağlantı Soketleri
Geri Besleme Elemanı
Sabit Mıknatıslı Rotor
Rulman ve Yataklar
Stator Sargıları
Şekil II.29 Senkron Servo Motorun Yapısı
SSM ların rotorlarının atalet momentinin düşük olması için; boyuna uzatılmış
ya da enine uzatılmış olarak imal edilirler. Senkron ifadesi; rotor ile stator devrinin
birbirine eşit olmasından ( dn nn = ) gelir ve Denklem II.9 a göre kayma sıfırdır.
Senkron motorlarda stator ve rotor devrinin eşitliği; motorun yükte ya da boş
çalışmasında da aynıdır. Geleneksel tip senkron motorlar aşırı yük altında çalışsalar
bile; rotor daima stator hızını yakalamak ister ve bu esnada aşırı akım çekerler. SSM
da rotor hızının, stator hızını yakalaması motor sürücüsü tarafından motora
uygulanan frekansın veya motor geriliminin arttırılmasıyla gerçekleştirilir. Gerilimin
arttırılması, moment yükseltilmesi olarak da ifade edilmektedir.
SSM ların kutup sargıları ASM ların kutup sargılarıyla aynıdır. SMSSM a
sürücü devresi tarafından Şekil II.30 de görüldüğü gibi 2 farklı besleme gerilim
uygulanır.
28
Şekil II.30 Senkron Motoru Besleme Gerilimleri
Kare dalga gerilimle beslemeli senkron servo motor (KDSSM) lar; FZDCSM
olarak da adlandırılırlar [1,4]. Sinüs dalga gerilim beslemeli senkron servo motor
(SDSSM) un devir sayısının değiştirilmesi Denklem II.10 da ifade edildiği gibi;
frekans ve kutup sayısı ile ilişkilidir.
a. Kare Dalga Beslemeli Sabit Mıknatıslı Senkron Servo Motor (Fırçasız DC Servo
Motor)
SMSSM kare dalga gerilim ile beslenirse, FZDCSM olarak da
adlandırılmaktadır. KDSSM larda rotora akuple bir konum algılayıcısı mevcuttur. Bu
basit bir konum sensörü benzeri cihaz olabilir. Kare dalga beslemenin büyük bir
avantajı da, kolay konum sinyali oluşturma ve kontrol sinyalini akıma çevirmedir.
Şekil II.31 de SMSSM a ait kare dalga besleme şeması görülmektedir [1].
29
Şekil II.31 Kare Dalga Beslemeli Senkron Servo Motorun Besleme Akım Gerilim Diyagramları
Burada rotor konumu algılamada geri besleme elemanı kullanılmıştır. Şekil
II.32 de verilen sistem elemanları KDSSM içindir. Her bir andaki kontrol için anlık
geri bildirim dönüş bilgisi alınmaktadır [1].
Şekil II.32 Kare Dalga Beslemeli Senkron Motorun Prensip Şeması [1].
30
KDSSM ler günümüzde 100 kW ve 10000 N a kadar üretilmektedirler [4].
b. Sinüs Dalga Beslemeli Sabit Mıknatıslı Senkron Servo Motor
Sabit mıknatıslı SDSSM lar, fırçasız AC senkron motor olarak
adlandırılmaktadır. Kontrol sinyalinin uygulanışı kare dalga besleme sinyali ile
prensip olarak aynıdır. Aralarındaki fark; aynı anda 3 fazdan eş zamanlı akım
aktığından, uygulanan gerilim ve akım sinüs formludur [1]. Şekil II.33 de SDSSM un
prensip şeması ve akım-gerilim diyagramları görülmektedir.
Şekil II.33 Sinüs Dalga Beslemeli Senkron Motorda Akım- Gerilim Diyagramları
Sinüs dalga beslemede genellikle Resolver (RE) geri besleme sistemi kullanılır.
RE dan alınan değer; sayısal geri besleme elemanlarından alınan değerlerden daha
yüksek çözünürlüktedir [1]. Şekil II.34 de SDSSM un prensip şeması görülmektedir.
31
Şekil II.34 Sinüs Dalga Beslemeli Senkron Motorun Prensip Şeması
SDSSM ler günümüzde 1000 kW ve 100000 N a kadar üretilmektedirler [4].
SDSSM ların hız – moment davranışları belirli hız limitleri içinde oldukça iyidir.
Şekil II.35 de SDSSM un hız-moment eğrisi görülmektedir.
Motor
Genaratör
dn
MaxM
MaxM
0n
1f2f3f4f Nf
Şekil II.35 Sinüs Dalga Beslemeli Senkron Motorun Hız Moment Eğrisi
Moment değeri senkron hızlarda geçerlidir ve bu da kullanılan servo sürücüyle
kolaylıkla sağlanmaktadır. SMSSM lar hız-moment karakteristiğinden dolayı, hız
kontrol uygulamalarında diğer motor tiplerine göre daha çok tercih edilmektedirler.
Motorun kullanıldığı uygulamalara; elektronik kam, kesim hatları ve robotları örnek
olarak verebiliriz [11]. Optimize edilmiş senkron motorların uygulamalarda; düşük
hızlarda yüksek moment, yüksek hızlanma ivmesi ve yüksek verimli olmaları en
önemli avantajlarıdır. Senkron motorların, asenkron motor ve DC motorlarla
karşılaştırması Tablo II.2 ve Tablo II.3 de görülmektedir.
32
Tablo II.2 Asenkron ve Senkron Motorların Karşılaştırılması [11].
Asenkron Servo Senkron Servo Akım Değeri Yüksek Düşük Moment Düşük Yüksek Atalet Momenti Büyük Küçük Hız aralığı Geniş Dar
II.2.3. Đki Fazlı AC Servo Motor
Đki fazlı AC servo motor (IFACSM) geleneksel tip motorlardan farklı olarak,
yapısında birbirine 90 derece elektriki açı ile yerleştirilmiş 2 sargıdan oluşmaktadır.
Referans faz sargısı sabit değerli bir alternatif akım kaynağından beslenir. Yapıdaki
ikinci sargı kontrol sargısıdır ve referans fazıyla aynı frekans değerli 90 derece elektriki
faz farklı gerilimle beslenir. Şekil II.36 da IFACSM un yapısı görülmektedir [6].
°∠0Vm
°±∠ 90Va
Şekil II.36 Đki Fazlı AC Senkron Servo Motorun Yapısı [6].
IFACSM besleme gerilimlerinin genliği eşit olduğunda ( ma VV = ), 3 fazlı
asenkron motora benzemektedir. Rotorları sincap kafeslidir. Rotorunun direnci düşük
olan IFACSM un hız moment davranışı pekiyi değildir. Bu yüzden rotorları yüksek
dirençli imal edilirler. Şekil II.37 de IFACSM ile yapılan radar kontrol sistemi
görülmektedir [6].
33
Şekil II.37 Đki Fazlı AC Senkron Servo Motorla Yapılan Radar Kontrol Uygulaması [6].
II.2.4. Servo Motorların Etiketleri
Elektrik motorları, günümüzde motor üreticilerinin kendileri ve uluslararası
standartlar tarafından belirlenen kriterlere göre üretilmektedir. Üretici adı, motorun
gücü, rotor devri, ısı sınıfı vb. özellikler motorun üzerinde bulunan etikette
yazmaktadır. Böylece kullanıcılar motora ait önemli bilgilere kolaylıkla
ulaşabilmektedir. Şekil II.38a ve Şekil II.38b de servo motorlara ait örnek etiketler
verilmiştir.
Şekil II.38a MCS Tip Servo Motora Ait Örnek Bir Etiket
34
Şekil II.38b MDS Tip Servo Motora Ait Örnek Bir Etiket
Motor etiketlerinde olması gereken bilgiler; motor gücü, rotor devri, üretici adı,
motor milinden alınan moment, motor besleme frekansı, motor akımı, motor sıcaklık
algılayıcısının tipi, varsa fren ve frene ait bilgiler, geri besleme tipi, koruma sınıfı,
motor üretici kodu, motor üretici referans kodu, motor besleme tipi vb. olarak
sıralanabilir [11]. Tablo II.3 de, Şekil II.38b de verilen motor etiketinde yazılı
bilgiler görülmektedir.
Tablo II.3 MDS Tip Motorun Etiketinde Yazılı Bilgiler
35
Şekil II.39 da AC servo motorlara ait şablon bir etiket görülmektedir.
Şekil II.39 AC Servo Motorun Etiketinde Bulunan Bilgiler [11].
Şekil II.39 da verilen ACSM ların etiketinde yazan bilgiler Tablo II.4 de
görülmektedir
Tablo II.4 AC Servo Motorun Etiketinde Bulunan Bilgiler [11].
NO AÇIKLAMA
1 3 Fazlı Motor 2 Üretici Tip Kodu 3 Motorun IP koruma sınıfı 4 Üretici referans numarası 5 Motor Numarası 6 Isı Sınıfı 7 Besleme Gerilimi 8 Anma Akımı 9 Anma Frekansı 10 Anma Rotor Devri 11 Anma Momenti 12 Anma Gücü 13 Güç katsayısı ( Cosφ )
14 Geri besleme elemanının 1 turda verdiği pals değeri, Çözünürlük (pals/tur)
15 Motor bağlı olan frenin besleme gerilimi 16 Motor bağlı olan frenin anma akımı 17 Motor bağlı olan frenin tutma moment değeri
AC Servo motorlarda Şekil II.39 da görülen ve Tablo II.4 de yazılı değerlere
ilave olarak bazı motorlarda, geri besleme elemanının tipi de yazmaktadır. Ancak bu
veriler genellikle motor tipinde harf olarak ifade edilmektedir. Örneğin şekil 38b de
verilen servo motor etiketindeki RS ifadesi; üretici firma tarafından RE olarak
kodlanmıştır. Ayrıca ısı algılama elemanı olarak genellikle PTC veya NTC kullanılır
36
ve bu da bazı motor etiketlerinde belirtilmektedir. Motorun Avrupa (CE), Amerikan
(UL) veya Alman (VDE) vb. standartlara uygunluğu, etikette Şekil II.38b de de
görüldüğü gibi kodlanmış olarak yazılıdır.
DCSM ların etiketinde yer alan veriler ACSM lardan farklıdır. Frekans, güç
katsayısı vb. veriler DCSM etiketinde bulunmaz. Şekil II.40 da DCSM a ait örnek bir
şablon etiket görülmektedir.
Şekil II.40 DC Servo Motorun Şablon Bir Etiket [12].
Şekil II.40 da ifade edilen veriler Tablo II.5 de görülmektedir.
Tablo II.5 DC Servo Motorun Etiketinde Bulunan Bilgiler
NO AÇIKLAMA
1 Motor Türü DC 2 Üretici Tip Kodu 3 Üretici Motor Seri Numarası 4 Motor Gücü 5 Anma Endüvi Devir Sayısı 6 Endüktör Anma Gerilimi 7 Endüktör Anma Akımı 8 Endüktör Anma Maksimum Akımı 9 Endüvi Gerilimi 10 Endüvi Akımı
11 Form Faktörü ( Endüvi Akımının RMS değere çevrim katsayısı)
12 IP Koruma Sınıfı 13 Isı Sınıfı
14 Üretici Adı ve Bilgileri, Motorun CE, UL vb. Uluslararası Standartlara Uygunluğu
37
FZDCSM larda kutuplar mıknatıstan oluştuğu için, kutup sargılarına
(Endüktör) ait veriler bulunmaz. DCSM larda da geri besleme elemanın türü
çoğunlukla motor tip kodunda ifade edilmektedir.
II.2.5. Servo Motorlarda Kullanılan Mıknatıslar
Günümüzde motor teknolojisinde mıknatısların önemi giderek artmaktadır.
Mıknatısların kullanılmasıyla elektrik motorlarının özellikle hız-moment davranışları
daha iyi hale gelmiştir. Mıknatısların DC motorların yapılarında kullanılmasıyla;
fırça arızaları, ark, ısınma vb. dezavantajları da ortadan kalkmıştır.
Elektrik makinelerinde kullanılan mıknatıslar; manyetik akı yoğunlukları,
maliyet, karşıt mıknatısiyet gücü ve manyetik kalitesi değerlerine göre seçilmektedir.
Bununla birlikte mıknatısın, rotorun eylemsizliğine olan etkisi de düşünülmelidir.
Motorlarda kullanılacak en ideal mıknatısın seçimi için, mıknatısın maxBH (manyetik
kalite) değerinin yüksek, cH karşıt güç değerinin minimum olması kriteri aranır.
Günümüzde motorlarda Alüminyum Nikel Kobalt (AlNiCo), Samaryum Kobalt veya
Endertoprak Kobalt (SmCo), Endertoprak-Demir (NdFeB) ve Sert Ferrit (Baryum
Ferrit) mıknatıslar kullanılır. Bu mıknatıslar ait veriler Tablo II.6 de verilmiştir.
TabloII.6 Mıknatısın Akı ve Manyetik Kalite Değerleri Tablosu [13].
Mıknatıs Tipi
Derecesi rB cH ciH maxBH maxT (°C)
NdFeB 39H 12800 12300 21000 40 150 SmCo 26 10500 9200 10000 26 300 NdFeB B10N 6800 5780 10300 10 150 Alnico 5 12500 640 640 5.5 540 Seramik 8 3900 3250 3250 3.5 300 Flexible 1 1600 1370 1380 0.6 100
SmCo mıknatısların verdiği manyetik kuvvet değeri, diğer mıknatıs tiplerinin
değerlerine göre oldukça iyidir. Ancak SmCo mıknatısların fiyatları AlNiCo
mıknatısların fiyatının 3-4 katıdır. SmCo mıknatısların bir diğer dezavantajı da,
eylemsizlik momentlerinin yüksek olmasıdır. Eylemsizlik momentine ilişkin
karşılaştırma Şekil II.41 de verilmiştir [7].
38
Şekil II.41 AlNiCo ve SmCo 5 Mıknatısların Hacim-Eylemsizlik Momenti-Manyetik
Kuvvet Đlişkisi [7].
AlNiCo mıknatıslar yüksek remenanz indüksiyonlarında kullanıma
uygundurlar. AlNiCo mıknatıslar daha çok doğru akım motorlarında kullanılırlar.
Endertoprak kobalt mıknatıslar manyetik özellikleri iyidir, ancak pahalıdırlar. Artık
mıknatısiyetleri 1,15 Teslaya kadar çıkmıştır. Endertoprak demir mıknatıslar ise
kobalt içermedikleri için fiyatları Endertoprak kobalt mıknatıslar kadar yüksek
değildir. Artık mıknatısiyetleri 1,25 Tesla yı geçer. Ancak sıcaklık davranışları
pekiyi değildir. Ek A da servo motorlarda kullanılan mıknatıslara ait tablolar
verilmiştir [7].
II.2.6. Servo motorlar Kullanıldığı Uygulamalar
Servo motorlar günümüzde çok farklı tahrik çözümlerinde oldukça yaygın
kullanılmaktadır. Sürücü devresiyle birlikte kullanılan motor veya motor grupları;
PLC, PC vb. otomasyon elemanlarıyla beraber makinenin kontrol ve tahrik sistemini
oluşturlar. Servo motorlar plastik endüstrisi, robotlar, taşıma hatları, CNC vb. birçok
uygulamada kullanıldıklarından dolayı, bu bölümde bunlardan bir kaçı verilecektir.
II.2.6.1. Uçan Testere
Uçan testere; hareketli parçaları durdurmadan kesme uygulamasıdır ve
genellikle üretim hatlarının sonunda bulunur. Hareketli eleman genellikle boru, tahta
ve demir profildir. Sistemde 3 temel tahrik elemanı vardır ve Şekil II.42 de
görülmektedir.
39
Şekil II.42 Uçan Testere Uygulaması [10].
Şekil II.42 de verilen uçan testere sisteminde 1 numaralı motor mal hattını, 2
numaralı motor testere arabasını, 3 numaralı motorda testereyi hareket ettirir.
Sistemin en önemli özelliği; senkronizasyon ve istenen kesim boyunun otomatik
ayarlanmasıdır. Testere kesime başlamadan önce vagon, hareketli parçayla aynı
doğrultuda hareket eder ve senkron olur. Senkronizasyon sağlandıktan sonra kesim
işlemi hareket eksenine 90 derece olarak yapılır.
II.2.6.2. Elektronik Kam
Elektronik kam uygulaması; dolum, kesim vb. uygulamalarda oldukça yaygın
kullanılmaktadır. Kam hareketi; 360 derecelik dairesel harekette yolun farklı hızlarda
alınmasıdır. Geleneksel sistemlerde mekanik elemanların şeklinden faydalanarak
yapılan sistemler, günümüzde servo motorlarla daha iyi yapılmaktadır. Mekanik
kamın yapısı Şekil II.43 de görülmektedir.
40
Şekil II.43 Mekanik Kam
Günümüzde elektronik kam uygulaması; tahrik sistemlerinde günden güne artarak
tercih edilmektedir. Kullanıldıkları sistemlere hız, hassasiyet, esneklik, kalite
getirmiştir. Ancak geleneksel kam sistemlerine göre oldukça pahalıdır. Şekil II.44 de
Elektronik kamın kullanıldığı dolum hattı görülmektedir.
Şekil II.44 Elektronik Kam Uygulamasının Kullanıldığı Dolum Hattı [10].
Elektronik ve mekanik kam uygulaması birbirine göre farklılık göstermektedir.
Elektronik kamda hız-zaman grafiği ayarlanabilmektedir. Mekanik kamda ise hız
zaman grafiği sabittir ve ayarlanamaz. Şekil II.45 de elektronik kam ve mekanik
kamın hız-zaman grafiği görülmektedir.
41
Hız
Zaman
Mekanik Kam
Elektronik Kam
Şekil II.45 Elektronik ve Mekanik Kamın Yol-Zaman Grafiği [10].
II.2.6.3. Robot Uygulaması
Robotlar endüstride özellikle otomotiv, montaj ve kaynak sistemlerinde
kullanılmaktadır. Bu uygulamalar yalnız servo sistem ile yapılabilmektedir. Robot
sistemlerinde birden fazla eksen vardır ve her eksen bir servo motorla tahrik
edilmektedir. Bu uygulamaların en temel özelliği; eksenlerin pozisyon kontrolü ve
senkronizasyonudur. Şekil II.46 da örnek bir robot uygulaması görülmektedir.
Şekil II.46 Robot Uygulaması
42
II.2.6.4. Baskı Uygulaması
Günümüzde baskı makineleri servo motorların oldukça fazla kullanıldığı
sistemlerdir. Yapı esas olarak renk baskı silindirlerinden oluşur. Servo motor
sistemlerinin gelişiminden önce tek motor kullanılarak her bir renk silindirine
mekanik aktarma ile senkronizasyon sağlanmaktaydı. Ancak günümüzde silindirlerin
her biri farklı servo motorla tahrik edilmekte ve birbiriyle senkron hareket
etmektedir. Şekil II.47 de baskı makinesi uygulaması görülmektedir.
Baskı Silindirleri
Servo MotorSürücü Sistemi
Şekil II.47 Baskı Makinesi (Matbaa) Uygulaması [10].
II.3. SERVO SĐSTEM BĐLEŞENLERĐ
II.3.1. Giriş
Servo motorlar endüstriyel uygulamalarda sistemin yapısına bağlı olarak bir ek
elemanla birlikte kullanılırlar. Düşeydeki hareketlerde ya da yükten dolayı motorun
dönmemesi için fren mekanizmasına, düşük hız - yüksek moment istenen durumlarda
redüktöre, hız ve pozisyon kontrol uygulamaları için bir geri besleme elemanına, ağır
işletme şartlarında çalışıyor ve motor ısınıyorsa; soğutma sistemine ihtiyaç duyarlar.
Bu bölümde servo motorlara takılan fren mekanizmaları, geri besleme elemanları,
redüktörler ve soğutma sistemi incelenecek ve özellikleri ele alınacaktır.
43
II.3.2. Dişli Kutusu (Redüktör) Mekanizması
Redüktör; elektrikteki trafo gibi görev yapan bir elemandır. Servo sistemlerde
genellikle düşük hız, yüksek moment istenen yerlerde kullanılır. Girişteki hız dişli
sayılarıyla orantılı olarak düşürülür ve buna karşılık moment de aynı oranda
arttırılmış olur. Redüktörün giriş kısmına genellikle motor eleman bağlanır. Ancak
bazı uygulamalarda fiziksel bir tahrik elemanı da bağlanabilir. Şekil II.48 de redüktör
yapısında bulunan dişliler görülmektedir.
Şekil II.48 Dişli çark sistemi
Redüktörün giriş tarafındaki devir sayısının ( 1n ), çıkış tarafındaki devir
sayısına ( 2n ) oranına aktarma oranı denir ve “i” ile ifade edilir.
2
1
n
ni = (II.15)
Burada ifade edilen devir sayısı değişiminin momente etkisi Denklem II.16 ve II.17
de verilmiştir.;
⋅
⋅=
1
11
n
P30M
π (II.16)
⋅
⋅=
2
22
n
P30M
π (II.17)
44
dir. Denklen II.16 ve II.17 den;
12 MiM ⋅⋅= η (II.18)
bulunur.
Geçmişte çıkışta düşük moment, yüksek hız gerektiren uygulamalarda aktarma
oranı 1 den küçük redüktörler kullanılmaktaydı. Ancak günümüzde inverter
teknolojisinin ilerlemesiyle, aktarma oranı 1 den küçük redüktörler çok fazla
kullanılmamaktadır. Bunun yerine AC sistemlerde istenen devirin arttırılması, motor
süren inverterin çıkış frekansının arttırılmasıyla yapılmaktadır. Redüktörler
dişlilerinin tiplerine göre adlandırılırlar. Servo mekanizmalarda yaygın olarak
kullanılan redüktör tipleri; helisel dişli, konik dişli, sonsuz dişli, şaft montajlı helisel
dişli ve planet dişli redüktördür.
II.3.2.1. Helisel Redüktörler
Helisel redüktörler, çıkış milinin şekline ve dişlilerinin birbirine göre
konumuna göre 2 ye ayrılırlar.
a. Helisel Dişli Redüktör
Helisel dişli redüktör (HDR) ler, giriş miliyle aynı eksende çıkışa hareketi
iletirler. HDR ün yapısı Şekil II.49 de görülmektedir.
Şekil II.49 Helisel Dişli Redüktör [14].
Helisel dişli (HD) ler; düz dişli (DD) lere göre daha düzgün ve daha az
gürültülü çalışmalarından dolayı tercih edilirler. HD lerde aynı anda birden fazla diş
kavramadadır. Bu yüzden aynı diş sayısına sahip DD lere göre daha fazla yük
taşıyabilirler. Bununla birlikte dişler eğik olduğundan dolayı, yük altında eksenel
45
yönde kuvvetler etki eder. Dişler arasında sürtünme de fazladır [15]. Dişlerin açısı
arttıkça, çark çapı ve eksenler arasındaki mesafe de artar. HDR lerin en önemli
özelliklerinden biri de; dişlilerdeki helisel diş açılarının eşit olmasıdır. Tablo II.7 de
HDR ün aktarma dişli sayısı ve aktarma oranı aralığı görülmektedir.
Tablo II.7 Helisel Dişli Redüktörün Dişli Sayısı ve Aktarma Oranı [16].
Aktarma Dişli Sayısı Aktarma Oranı
1 1,6.... 11
2 3.....56
3 40....400
HDR lerde aktarma dişli sayısının artışı verime negatif yönde etki etmektedir.
Tablo II.8 da HDR ün aktarma dişli sayısı ile verim karşılaştırması görülmektedir.
Tablo II.8 Helisel Aktarma Dişli Sayısının Verime Olan Etkisi [17].
Aktarma Dişli Sayısı Verim
1 ~ 0,98
2 ~ 0,96
3 ~ 0,94
Redüktörlerde giriş miline uygulanan hareket çıkış milinden belirli bir açı
değerinden sonra alınır. Bu fark hareket redüktör dişli boşluğu (backlash) olarak
adlandırılır ve açı ya da açının alt birimi olan dakika ile ifade edilir. Ek B de Helisel
dişli redüktörlere ait aktarma sayısı, redüktör büyüklüğü ve dişli boşluğu değerlerinin
tablosu görülmektedir.
b. Düz (Şaft Montajlı) Helisel Dişli Redüktör
HDR ün diğer bir çeşidi de; düz helisel dişli redüktör (DHDR) dür. DHDR de
en az iki aktarma dişlisi vardır ve tahrik mili ile çıkış mili aynı doğrultudadır.
Dişlilerin birbirine göre konumundan dolayı düz redüktör olarak adlandırılmaktadır.
Şekil II.50 de DHDR görülmektedir.
46
Şekil II.50 Düz Helisel Dişli Redüktör
DHDR ün dişlilerin konumundan dolayı aktarma oranı aralığı büyüktür. Tablo
II.9 ve Tablo II.10 da DHDR için aktarma dişli sayısı ile aktarma oranı ilişkisi
verilmiştir.
Tablo II.9 Düz Helisel Dişli Redüktörün Dişli Sayısı ve Aktarma Oranı [16].
Aktarma Dişli Sayısı Aktarma Oranı
2 4....90
3 60...900
Tablo II.10 Düz Helisel Aktarma Dişli Sayısı Đle Verim Đlişkisi [17].
DHDR ün aktarma sayısına ve redüktör büyüklüğüne göre dişli boşluğu değerleri
Ek C de verilmiştir.
II.3.2.2. Konik Dişli Redüktörler
Konik dişli redüktör (KDR) girişe uygulanan hareketi çıkış tarafına 90 ° olarak
iletir. Şekil II.51 de KDR e bağlanmış AC motor görülmektedir. KDR ler dişlerinin
yapısına göre; düz konik dişli, konik helisel ve konik spiral dişli olarak 3 alt gruba
ayrılır.
Aktarma Dişli Sayısı Verim
2 ~ 0,96
3 ~ 0,94
47
Şekil II.51 Konik Dişli Redüktörlü AC motor
a. Konik Düz Dişliler
Konik düz dişliler; birbirine göre 90° yerleştirilmiş düz dişli grubundan
oluşmaktadırlar. Şekil II.52 de diş yapıları ve konumları görülmektedir.
Şekil II.52 Konik Düz Dişliler
b. Konik Helisel Dişliler
Konik helisel dişliler; birbirine göre 90° yerleştirilmiş helisel dişli gruplarından
oluşurlar. Dişliler arasındaki kavrama büyük olduğundan, daha düzgün ve daha az
gürültülü çalışırlar. Şekil II.53 de yapısı görülmektedir
48
Şekil II.53 Konik Helisel Dişliler
c. Spiral Konik Dişliler
Spiral konik dişli (SKD) ler birbirine 90° yerleştirilmiş spiral dişli gruplarından
oluşmaktadır. Spiral dişlilerin mukavemetleri yüksektir ve bu yüzden çok ağır
uygulamalarda da kullanılırlar. Ayrıca çalışmaları da hassastır. Şekil II.54 de SKD
ler görülmektedir.
Şekil II.54 Spiral Konik Dişliler
d. Konik Dişli Redüktörlerin Aktarma Oranları ve Verimleri
KDR de 3 veya 4 adet aktarma dişlisi bulunur. Tablo II.11 de aktarma dişlisi
sayısı, aktarma oranı ve verim değerleri verilmiştir.
Tablo II.11 Konik Dişli Redüktörün Aktarma Dişlisi Sayısı, Aktarma
Oranı ve Verim Değerleri [16, 17].
Aktarma Dişli Sayısı Aktarma Oranı Aralığı Verim
3 7....315 ~ 0,94
4 100...1400 ~ 0,92
49
KDR ün aktarma sayısı ve redüktör büyüklüğüne göre dişli boşluğu değerleri
Ek D de verilmiştir.
II.3.2.3. Sonsuz Dişli Redüktörler
Sonsuz dişli redüktör (SDR) ler birbirine 90 derece yerleştirilmiş bir sonsuz
vida ve dişliden oluşmaktadır. Maliyetleri düşüktür ve çalışmaları gürültüsüzdür.
Aynı çevrim oranına sahip diğer redüktörlere göre daha düşük hacim kaplarlar. SDR
ler 2 aktarma dişlisiyle en çok 100 aktarma oranına kadar imal edilirler. Ancak verim
ve dişli boşluğundan dolayı 2 aktarma dişlisi kullanılarak, aktarma oranının 5... 50
aralığında olması tavsiye edilir. Dişliler arasında kayma ve aşınma diğer redüktör
tiplerine göre daha fazladır. Şekil II.55a da de SDR ün resmi ve Şekil II.55b de dişli
yapıları görülmektedir.
Şekil II.55a Sonsuz Dişli Redüktörün Görünüşü
Şekil II.55b Sonsuz Dişli Redüktörün Dişli Yapıları
50
SDR ün aktarma dişli sayısı, aktarma oranı ve verim değerleri Tablo II.12 de
görülmektedir.
Tablo II.12 Sonsuz Dişli Redüktörün Aktarma Dişlisi Sayısı, Aktarma
Oranı ve Verim Değerleri [16,17].
Aktarma Dişli Sayısı Aktarma Oranı Aralığı Verim
2 5,6... 200 0,60 - 0,93
3 125... 1800 0,60 - 0,93
Şekil II.55a da görüldüğü gibi SDR de, sonsuz vida tahrik edilir. Ancak 3
aktarma dişlisi kullanılırsa, tahrik direkt sonsuz vida yerine, ara bir dişliye uygulanır.
SDR ler diğer redüktör tiplerinin aksine, çıkış tarafından verilen hareketi giriş
tarafına iletmezler. Bu özelliğinden dolayı SDR ler, yük tarafından motorun
dönmemesi istenen uygulamalarda (genaratör çalışma) tercih edilirler. Ayrıca
maliyetleri diğer redüktörlere göre düşüktür [17, 18].
II.3.2.4. Planet Dişli Redüktörler
Planet dişli redüktör (PDR) ler servo mekanizmalarda özel uygulamalarda
kullanılmaktadırlar. Diğer dişli mekanizmalarından farklı olarak PDR de tüm dişliler
hareketlidir. Şekil II.56a da PDR ün yapısı ve Şekil II.56b de resmi görülmektedir.
Şekil II.56a Planet Dişli Mekanizması
51
Şekil II.56b Planet Dişli Redüktör
Planet dişli sistemler; d3 iç dişlisi, d2 dış dişlisi ve d1 ara dişli olmak üzere 3
elemandan oluşmaktadır. D3 merkez dişlisiyle aynı anda tüm dişliler birlikte
dönmektedir. Hareket esnasında planetler, hem d2 dış dişlisi ile birlikte, hem de
kendi eksenleri etrafında dönerler. PDR lerin diş boşlukları az ve verimleri yüksektir.
Bu yüzden özellikle hassas pozisyon uygulamalarında kullanılırlar. Ayrıca diğer
redüktör tiplerine göre de pahalıdırlar [19]. Tablo II.13 de PDR ün aktarma dişli
sayısı, aktarma oranı, verim ve dişli boşluğu değerleri görülmektedir.
Tablo II.13 Planet Dişli Redüktörün Aktarma Dişlisi, Dişli Boşluğu [19].
II.3.2.5. Redüktör Sisteminin Ek Bileşenleri
Tahrik edilecek sisteme redüktörün bağlantısı için ek elemanlar
kullanılmaktadır. Bu ek elemanlar Şekil II.57 de görülmektedir
Tip Aktarma
Oranı
Maksimum Tork ve Dişli
Boşluğu
Aktarma dişlisi
sayısına göre
verim
MPR (N) 3-100 Maksimum 1000Nm
1 aktarma dişlisi 6’/3’
2 aktarma dişlisi 8’/5’
1 dişli >%97
2 dişli >%95
52
Şekil II.57 Redüktör Sisteminin Bileşenleri
Redüktöre bağlanan çıkış flanşı; redüktörün sisteme montajı için kullanılan bir
bağlantı elemanıdır. Schrink disk; redüktörün çıkış milidir ve dönme esnasında bağlı
olduğu elemanı sıkarak montajı sağlar. Giriş ara bağlantı yatağı; motorun redüktöre
bağlantısı için kullanılan ara montaj elemanıdır.
II.3.2.6. Redüktör Seçim Kriterleri
Sistemler için redüktör seçimi aşağıdaki kriterlere göre yapılmaktadır.
a. Çıkış Momenti
Redüktör milinden alınan momenttir ve sistem için gereken moment değerine
eşit ya da büyük olmalıdır. Redüktör çıkış momenti Denklem II.18 de ifade
edilmiştir.
b. Çıkış Devri
Çıkış devri; redüktör milinden alınan dakikadaki devir sayısıdır ve sistem için
gerekli hız değerine uygun olmalıdır. Redüktör çıkış devri; Denklem II.15 de ifade
edilmiştir.
Delik mil Delik mil Schrink disk
Çıkış Flanşı
Delik mil
Delik mil Schrink disk
Çıkış Flanşı
Giriş ara bağlantı yatağı
Mil çıkışlı
Servo- motor
AC Motor
53
c. Redüktör Uyumluluğu
Redüktör uyumluluğu, redüktörden alınacak momentle, motorun verdiği
moment arasındaki ilişkidir ve Denklem II.19 da gösterilmektedir.
Motor
düktörRe
M
Mc = (II.19)
Denklem II.19 da ifade edilen c katsayısı; Ek E de verilen servis faktörü
tablosundaki değerden küçük olmamalıdır.
d. Motor Çalışma Frekansı
AC motorlarda frekans ile yapılan hız kontrolünde, frekansın arttırılmasıyla
motorun etiket döndürme moment değeri, belli bir frekans değerinden sonra azalma
gösterir. Bu yüzden redüktörün 1n giriş hız değeri (Motor hız değeri) ile 1M
redüktör giriş moment değeri (motor moment değeri) göz önünde bulundurulmalıdır.
II.3.3. Elektromekanik Fren Mekanizması
Elektromekanik yay baskılı fren (EYBF) ler; asansör, vinç, pozisyonlama,
konveyör vb. uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. EYBF, motor miline
akuple edilerek kontrol dışı elektrik kesilmesinde motorun durdurulması ya da
motorun tahrik ettiği yük tarafından dönmemesi için kullanılır. Elektromekanik
frenin temel prensip şeması Şekil II.58 de görülmektedir.
Şekil II.58 Balatalı Fren Mekanizması Temel Prensip Şeması
54
Motorlarda kullanılan EYBF ler; fren bobini, baskı yayı, kenar montaj elemanı
(Flanş), balata, dişli eleman olmak üzere olarak 4 ana parçadan oluşmaktadır. Şekil
II.59 da EYBF nin yapısı görülmektedir.
Şekil II.59 Elektromekanik Yay Baskılı Frenin Yapısı [20].
Şekil II.59 da yapısı verilen EYBF için;
1. Hareketli yay baskı flanşı
2. Baskı yayları
3. Balata
4. Balata dişlisi
5. Kablo
6. Tespit flanşı
7. Fren bobini
8. Bağlantı cıvataları
9. Ayar cıvataları
G. Açma-kapama aralığı
55
ifade eder.
Fren bobini enerjisiz iken baskı yaylarının balatayı itmesiyle, balata ve flanş
yüzeyleri birbirine sürtünür. Oluşan bu sürtünme kuvvetiyle de mile bağlı olan balata
dişlisi hareket edemez ve motor mili kilitlenmiş olur. Fren bobini enerjilendiğinde
oluşan manyetik alandan dolayı balata, fren bobini tarafından çekilir. Balatanın bu
hareketiyle, motor miline bağlı olan balata dişlisi serbest kalarak motor dönebilir
pozisyona gelir. Elektromekanik frene uygulanan gerilim genellikle DC dir. Gerilim
seviyeleri genellikle 24, 48, 105 ve 205V standart olarak üretilmektedir. Şekil II.60
da motor akuple bir EYBF görülmektedir.
Şekil II.60 Elektromekanik Yay Baskı Frenli Motor
II.3.3.1. Fren Seçimi
Hareketli motor mili ya da hareketli bir milin durdurulması frenleme olarak
ifade edilir. Frenleme için gerekli fren moment değeri, reqM olarak ifade
edilmektedir. Motora bağlanacak olan EYBF in moment değerini hesaplamak için;
frenleme zamanı, devir sayısı, anahtarlama sıklığı verilerinin bilinmesi gerekir.
Ortam sıcaklığı, havanın nemlilik oranı, toz vb. ortam şartları da frenlemeye etki
etmektedir. Ayrıca sürtünme yüzeylerinde yağ ve benzeri maddelerin bulunması yine
frenlemeyi etkilemektedir. Şekil II.61 de frenleme işleminin zamana bağlı değişimi
görülmektedir.
56
Şekil II.61 Frenleme-Uyarma Gerilimi-Zaman Đlişkisi [21].
Aşağıda EYBF nin tutma momentinin hesaplanması için gerekli bağıntılar;
Ka1req MKMM ≤⋅= (II.20)
−⋅
⋅=
2
tt55,9
nJM
123
0loada
∆ (II.21)
K
2
tt55,9
nJM
123
0load2req ⋅
−⋅
⋅=
∆ (II.22)
( ) KLa2req MKMMM ≤⋅±= (II.23)
KL12
3
0L2req MKM
2
tt55,9
nJM ≤⋅
±
−⋅
⋅=
∆ (II.24)
K
0
req MKn
P9550M ≤⋅⋅=
∆ (II.25)
57
LK
K
2
0L
MM
M
5,182
nJQ
±⋅
⋅=
∆ (II.26)
olarak ifade edilir.
II.3.3.2. Örnek Bir Fren Seçimi
3 kW gücünde, 1450 rpm nominal devirli bir motorun milinde 0,52 2kgm
toplam eylemsizlik momenti, 2 sn. kayma zamanı, 15 Nm yük kayma momenti ve
6 sn anahtarlama frekansı için fren moment değerini ve çalışma sonunda ortaya
çıkacak sürtünme enerjisini hesaplamak için verilen değerler Denklem II.27 de
yerine koyulursa;
N4021450
39550M 1req =⋅⋅=
bulunur.
Hesaplanan reqM değeri; Ek F de verilen Intorq marka frenin kataloğundan
Kreq MM > şartına bakılarak gerekli fren büyüklüğü ve tipi seçilir. Belirlenen fren
için Ek F de verilen tablodan 12t değeri alınır ve Denklem II.24 de yerine koyularak;
Nm50215
2
025,0255,9
145052,0M 2req =⋅
−−⋅
⋅=
NmMNmM reqK 5060 =>=
bulunur.
Yukarıda hesaplanan 2reqM sonucuna göre bulunan Ek F den seçilen 14
gövde fren yukarıda belirtilen motor için uygundur. Seçilen 14 gövde frenin
kullanılmasıyla ortaya çıkacak enerjiyi hesaplamak için değerler Denklem II.26 da
yerine koyulursa;
=Q J4792)1560(
60
5,182
145052,0 2
=+
⋅⋅
bulunur.
58
II.3.4. Soğutma Sistemi
Elektrik makinelerindeki enerji dönüşümü esnasında makineye verilen güç ile
alınan güç arasında fark vardır. Aradaki bu fark kayıp olarak adlandırılır. Bu kayıplar
motor sıcaklığının artmasına neden olur. Kayıplar sabit ve yüke bağımlı olarak ikiye
ayrılırlar. Sabit kayıplar; demir, sürtünme ve rüzgar kayıplarıdır. Yüke bağımlı olanlar
ise; sargılardan geçen akımla orantılı olan bakır kayıplarıdır. Motorun sıcaklığının
artmasına diğer bir etkende; motorun sıvı içi, fırın vb. ağır şartlarda çalışmadır. Artan
sıcaklıktan dolayı motor yapısında bulunan rulman, yatak, komütatör vb. elemanların
ömrü ve çalışma performansı olumsuz yönde etkilenmektedir. Bu yüzden motorların
ısısının, ek soğutma düzenekleriyle optimum değerlerde tutulması amaçlanır. Ayrıca
elektrik makinelerinin çalışma sıcaklıkları International Electrotechnical Commission
(IEC) normlarında belirlenmiştir. Elektrik motorlarında kullanılacağı sistemde; ek
soğutma düzeneklerinin kullanılacağına; motorun anma ve çalışma tipinin
belirlenmesiyle karar verilir.
II.3.4.1. Anma Tipleri
Motorların anma değerlerindeki çalışma durumuna, yüke ve çalışma
periyoduna bağlı olarak aşağıda verildiği gibi tanımlanır
• Maksimum sürekli anma değeri: Normal çalışma gereksinimleri
karşılanırken, sınırsız periyotta makinenin çalıştırabileceği yük olarak
tanımlanır.
• Kısa süreli anma değeri: Normal çalışma gereksinimleri karşılanırken,
çevre sıcaklığından başlanarak, belirli periyot için (10, 20, 60 veya 90 dakika)
makinenin çalıştırılabileceği yük olarak tanımlanır.
• Eşdeğer sürekli anma değeri: Normal çalışma gereksinimleri karşılanırken
ve her bir parçanın sıcaklık değerini aşmadan, makinenin çalıştırılabileceği
yük ve şartlardır.
• Görev tipi anma değeri: S3 ve S8 çalışma tipinden birine uygun olarak
normal çalışma tipi karşılanırken, makinenin çalıştırılabileceği yüklenme
durumudur.
59
II.3.4.2. Çalışma Tipleri
Motorların çalışma esnasındaki durumu; yüke ve çalışma periyoduna bağlı
olarak aşağıda verildiği gibi tanımlanır.
• Sürekli çalışma (S1 tip): Bu çalışma tipinde; ısıl dengeye ulaşılabilecek
kadar yeterli bir sürede makineye sabit bir yük uygulanır. Makinenin
parçalarının sıcaklığının 2 °C den daha yüksek değişmediği durum olarak
kabul edilir. Çalışma periyodu; sabit anma yük değerinde sınırsızdır.
• Kısa süreli çalışma (S2 tip): Bu çalışma tipinde; belirlenen bir zaman
aralığında, sabit bir yükte ve kalan zamanda dinlenmeyi içerir. Makine
parçalarının ısıl dengeye ulaşması için gerekli zamandan daha az çalışma ve
soğuması için gerekli zamanın daha fazla olması tanımlanır. Çalışma
periyodu bu sınırlar içinde geçerlidir ve ortalama 60 dakika olarak belirtilir.
• Kesintili periyodik çalışma (S3 tip): S3 çalışma tipi; S2 tip ile bağıntılı
olarak alternatif değişim gösterir. Yük faktörü veya görev faktörü olarak da
bilinen dönüşümlü süreç faktörüyle belirlenir. Dönüşüm süreç faktörü;
yüklenme periyodu Py nin, dönüşüm sürecine (Py+Pd) oranı olarak ifade
edilir (Pd: Dinlenme periyodu) ve %35 olarak belirtilir.
• Yol vermeli kesintili periyodik çalışma (S4 tip): S4 çalışma tipi bir
yavaşlama periyodu (Pyv), sabit periyot (Psy), ve dinlenme periyodundan
(Pd) oluşur. Her periyot sonunda makine sargılarında ek bir ısınma olmadan
doğal ya da mekanik frenleme ile durdurulur. Görev faktörü (Pyv+Psy)/
(Pyv+Psy+Pd) dir ve %35 olarak belirtilir. S4 tip için Jm=0,25 2kgm ve
Jy=0,9 2kgm dir.
• Elektrik frenlemeli kesintili görev (S5 tip): S5 çalışma tipi; S4 çalışma tipi
gibi sabit yük periyodu (Psy), saykıl yol verme periyodu (Ps) ve dinlenme
periyodundan (Pd) oluşur. S4 çalışmanın tersine makine doğal değil, hızlı
elektriksel frenleme ile durdurulur. S5 Elektrik frenlemeli kesintili çalışma
tipinin görev faktöründe frenleme periyodu da (Pf) da vardır. Görev faktörü;
(Py+Ps+Pf)/(Py+Ps+Pd+Pf) dir ve %35 olarak belirtilir. S5 tip için
Jm=0,25 2kgm , Jy=0,9 2kgm dir.
60
• Sürekli çalışma periyodik görev (S6 tip): S6 çalışma tipi; her saykıl bir
sabit yüklenme periyodu (Psy) ve yüksüz çalışma periyodundan (Po) oluşur.
Görev faktörü (Psy)/(Psy+Po) dır ve %35 olarak belirtilir.
• Elektriksel frenmeli sürekli çalışma periyodik görev (S7 tip): S7 çalışma
tipi; yol vermeli yük periyodu, sabit yük periyodu, hızlı elektriksel frenleme
periyodu oluşur. Burada görev faktörü %100 dür. Dinlenme periyodu yoktur
ve Jm=0,25 2kgm , Jy=3,5 2kgm dir.
• Moment / hız değişimi ile ilgili sürekli çalışma periyodik görev (S8 tip);
S8 çalışma tipi; Psy1, Psy2...vb farklı sabit yük periyotlarından, Pv1,
Pv2...vb farklı hız periyotlarından ve Pf1, Pf2.... vb. farklı frenleme
periyotlarından oluşur. S8 çalışma için Jm=0,25 2kgm , Jy=3,5 2kgm dir.
10kW için %25, 20kW için %30, 15 kW için %45 tir.
• Periyodik olmayan yük ve hız değişimli görev (S9 tip): S9 çalışma tipi; sık
ve aşırı yüklenmeleri içine alır. Yük ve hız değeri için herhangi bir periyot
yoktur [22].
II.3.4.3. Soğutma Düzenekleri
Soğutma sistemlerinin amacı makinenin ısının optimum seviyeye
düşürülmesidir. Elektrik motorlarında sistemin basitliği ve maliyetinin düşük olması
bakımından, hava soğutma metodu kullanılır. Ancak çok nadir olarak su soğutma
sistemi de kullanılmaktadır. Hava soğutmalı motorlarda, içeri giren hava ile çıkan
hava arasında ortalama 18°C ile 27°C arasında bir sıcaklık farkı oluşur. Bu veriye
göre makinenin kayıpları başına 0,033 ile 0,05 snm /3 (veya 2 ile 3 dakm /3 )
arasında soğutma gerekir [22].
Elektrik makinelerinde kullanılan hava soğutma sistemi IEC 34-6 numaralı
uluslararası şartnamede belirlenmiştir. IEC34-6 da yer alan değerler Tablo II.14 de
görülmektedir [22].
61
Tablo II.14 IC Soğutma Biçimi Kodlamaları
Kod Açıklama
IC01 veya IC0 Kendinden pervaneli normal vantilasyon
IC11 veya IC1 Kanal girişli vantilasyon
IC41 veya IC4 Kapalı pervane soğutmalı
IC05 Ek beslenen pervaneli vantilasyon
IC06 Cebri fan soğutmalı
IC17 Kanal içinde ayrıca beslenen kanal girişli
vantilasyon
IC40 Yüzeyden soğutmalı
IC48 Hava akışı ile yüzeyden soğutmalı
a. Doğal Soğutma
Doğal soğutma sisteminin uygulandığı motorlarda vantilasyon yoktur. Bu
soğutma metodu aşırı yüklenmelerin olmadığı durumlarda ve küçük güçlü
motorlarda kullanılır.
b. Kendiliğinden Doğal Soğutma (Dahili)
Kendiliğinden doğal soğutma sistemi (KDSS) motorun miline monte edilmiş
bir pervane düzeneğinden oluşur. Makine dönme hızıyla orantılı olarak motorun
yüzeyine hava akışı sağlanır. Şekil II.62 de KDSS görülmektedir.
Şekil II.62 Dahili Soğutmalı AC Motor
c. Harici Soğutma
Harici soğutma metodu; motorun miline ya da gövdesine yerleştirilmiş
motorun dönüş hızından bağımsız, harici tahrikli pervane düzeneğinden
62
oluşmaktadır. Şekil II.63a ve II.63b de harici soğutmalı servo motor resimleri
görülmektedir.
Şekil II.63.a Harici Soğutmalı AC Servo Motor
Şekil II.63b Harici Soğutmalı Kare Gövde Motor
63
II.3.4.4. Soğutma Sisteminin Motor Performansına Etkisi
ACSM sistemlerinde kullanılan hava soğutma sisteminin motor performansına
etkisi; Tablo II.15 da etiket değerleri verilen motorlar için incelenecektir.
Tablo II.15 Fanlı ve Fansız Senkron Servo Motorun Etiket Değerleri [23].
N
o
Tip 3000nM
Nm
nn
rpm
Mn
N
m
maxM
Nm
nP
kW
U
V
nI
A
maxI
A
nf
Hz
J
2kgcm
1 MDSKSRS
071-13,
185
8,8 3700 8,3 35,2 3,2 32
5
7,0 32 185 8,0
2 MDFKSRS
071-13,
180
11,7 3600 11 35,2 4,1 32
5
9,2 32 180 8,0
Tablo II.15 de verilen 1 ve 2 numaralı SSM sargı yapısı, boyutu, rotoru vb.
özellikleri aynıdır. 2 motorun arasındaki fark; sadece harici soğutma fanıdır. Her iki
motora ait servo sürücüyle yol verilerek elde edilmiş olan hız- moment eğrileri Ek G
de verilmiştir. Tablo II.15 deki 1 ve 2 numaralı motorlara ait Ek G de verilmiş olan
çalışma eğrilerine göre, aynı motora sadece harici soğutma fanı eklenerek; daha fazla
döndürme momenti ve daha fazla elektriksel mekanik güç alındığı görülmektedir.
ASM lara soğutma fanın etkisini görmek için Tablo II.17 de etiket değerleri verilen
motorlar incelenecektir.
Tablo II.16 Fanlı ve Fansız Asenkron Servo Motorun Etiket Değerleri [23].
No Tip nn
rpm
nM
Nm
maxM
Nm
mP
kW
nU
V
nI
A
nf
Hz
Cosϕ J
2kgcm
1 MDSKARS
080-22, 70
2000 6,7 60 1,4 390 3,3 70 0,75 19,2
2 MDSKARS
080-22, 140
4000 5,4 60 2,3 390 5,6 140 0,75 19,2
3 MDFKARS
080-22, 60
1635 12,0 60 2,1 390 4,8 60 0,81 19,2
4 MDFKARS
080-22, 120
3455 10,8 60 3,9 390 9,1 120 0,80 19,2
64
Tablo II.17 de verilen 1 ve 2 numaralı doğal soğutmalı ASM ların etiket
değerlerine göre frekansın artışı; motor gücü ve motor akımının artmasına neden
olmuştur. Aynı artış 3 ve 4 numaralı harici fan soğutmalı motorlarda da
görülmektedir. Etiket frekansları birbirine yakın olan 1 ve 3 numaralı motor arasında
fark; sadece soğutma fanı ve etiket frekansıdır. Tablo II.16 da verilen 1-3 ile 2-4
numaralı motorlar için moment, verim ve güç değerlerine soğutma fanının etkisi
aşağıda verilmiştir.
• Momente olan etkisi: Tablo II.16 de 1 numaralı motor 6,7 Nm döndürme
momentine sahip iken, 3 numaralı motor 12 Nm döndürme momentine
sahiptir. Harici fan kullanılması; döndürme momentinin artışına sebep
olmuştur.
• Güce olan etkisi: Tablo II.16 de 1 nolu motor 1,4 kW, 3 nolu motor 2,1kW
nominal güce sahiptir. Bu verilere göre; harici fan kullanılarak aynı motordan
daha fazla güç alınmaktadır.
• Verime olan etkisi: Tablo II.16 verilen motorların verimlerinin
karşılaştırılmaları aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır.
1 numaralı motor için güç ve verim;
kW67,175,03,33903P1 =⋅⋅⋅=
83,0%10067,1
4,1=⋅=η
bulunur. 2 numaralı motor için güç ve verim;
kW934,275,08,53903P1 =⋅⋅⋅=
78%100934,2
3,2=⋅=η
bulunur. 3 numaralı motor için güç ve verim;
kW623,281,08,43903P1 =⋅⋅⋅=
80%100623,2
1,2=⋅=η
65
bulunur. 4 numaralı motor için güç ve verim;
kW911,480,01,93903P1 =⋅⋅⋅=
79%100911,4
9,3=⋅=η
bulunur.
Hesaplanan bu verilere göre; aynı devir sayısında, aynı çalışma koşullarında ve
aynı etiket değerlerine sahip motorlarda harici soğutma fanın kullanılmasıyla;
motordan daha fazla güç ve güce bağlı olarak döndürme momentinin alındığı
görülmektedir. Tablo II.16 de verilen motorların hız-moment eğrileri Ek G de
verilmiştir
II.3.5. Geri Besleme Sistemi
Geri besleme sistemi (GBS); servo motor ya da servo sistemlerde mutlak
bulunması gereken kısımdır. GBS kapalı çevrim olarak da adlandırılmaktadır. Motor
sistemlerinde anlık hız değerinin algılandığı bölümdür ve genellikle motor miline
akupledir. Şekil II.64 de GBS elemanlarının sınıflandırılması görülmektedir.
Şekil II.64 Geri Besleme Sistemi
II.3.5.1. Analog Geri Besleme
Analog geri besleme elemanları, servo motor sistemlerde kullanılan ve motor
hız değerini değişken sinyal olarak veren sistem bileşenleridir. Servo motorlarda
analog geri besleme elemanı olarak RE ve tako genaratör (TG) kullanılmaktadır.
66
a. Resolver
RE; döner transformatör prensibine göre çalışan GBS elemanıdır. Yapısı; ana
sargı ve rotor olmak üzere 2 kısımdan oluşur. Ana sargıları; birbirine 90° açı farkı
ile yerleştirilmiştir. Şekil II.65 de RE ın fotoğrafı verilmiştir.
Şekil II.65 Resolverin Görünüşü
RE, servo motorlarda motor milinin üzerine monte edilir ve mutlak konum
değerini dönüş sinyali olarak iletir. Bu yüzden RE sinyalinden devir ve konum
değerinin işlenmesi için bir yön değeri çıkar. Şekil II.66 da RE in temel prensip
şeması görülmektedir.
Şekil II.66 Resolver in Temel Prensip Şeması
67
Statorun primer gerilimini fırçasız rotora taşıyabilmek için, stator ve rotora bir
ilave sargı yerleştirilmiştir. Farklı rotor konumlarında stator sargılarına farklı
büyüklüklerde gerilimler uygulanır. Sargılarda endüklenen U1 gerilimi; γ=0° de
maksimum değerini alır ve sonra yükselerek γ=180° de yine maksimum değere
ulaşır. 1U gerilimi cosinüs salınımı yapar. U2 gerilimi, U1 gerilimine göre 90°
geridedir. 0° deki değeri 0 V tur. 90° de maksimum değerine ulaşır ve daha sonra
tekrar azalarak sinüs salınımı yapar. Denklem II.27, II.28ve II.29 da RE a uygulanan
ve indüklenen gerilimler ifade edilmektedir.
SinwtUU se ⋅= (II.27)
γCosSinwtUU s1 ⋅⋅= (II.28)
γSinSinwtUU s2 ⋅⋅= (II.29)
Şekil II.67 de verilen 1U ve 2U stator gerilimlerinin zamana göre değişimi Şekil
II.63 de görülmektedir.
Şekil II.67 1U Ve 2U Stator Geriliminin Zamana Göre Değişimi
RE ın sargılarında indüklenen cosinüs formlu 1U gerilimi ve sinüs formlu 2U
stator gerilimi, motor kontrol devresine ara bağlantı kablosuyla taşınır. Şekil II.68 de
Lenze 9300 servo sürücü (LSS) ye RE ın bağlantısı görülmektedir [1].
68
Şekil II.68 Servo Motor Sürücüsüne Resolver Bağlantısı
b. Tako Genaratör
TG ler; genellikle DC servo sistemlerde kullanılan geri besleme elemanıdır ve
yapıları oldukça basittir. Şekil II.69 da görüldüğü gibi sabit mıknatıslardan oluşan
kutuplar ve bobinlerin arasında dönen rotordan oluşur.
Şekil II.69 DC Tako Genaratörün Motora Bağlantısı
Motorun dönmesiyle TG de bir gerilim indüklenir. Bu gerilim motorun hızıyla
orantılıdır. TG den alınan bu gerilim değeri, sürücü devresine iletilir ve motorun
kapalı çevrim hız denetimi sağlanır.
69
II.3.5.2. Sayısal Geri Besleme
Sayısal geri besleme elemanları günümüzde uygulamalarda ve motor
sistemlerinde oldukça yaygın kullanılmaktadır. Servo motorlarda enkoderler ve hall
etkili sensörler yaygın olarak kullanılmaktadır.
a. Enkoder
Sayısal geri besleme elemanı olan enkoderler, tahrik sistemlerinde hız ve
konum bilgisini sinyal olarak verirler. Yapısında bulunan ışık kaynağından çıkan
ışınlar gözenekli bir plakadan geçerek bir foto elemente çarpar. Bu plaka enkoder
miline göre hareket eder. Bu hareketin sonucunda foto elementteki ışığın durumu
değişir. Şekil II.70 de enkoderin yapısı görülmektedir.
Şekil II.70 Enkoderin Yapısı
Enkoderlerin hassasiyetleri; tur başına verdikleri sinyal sayısına göredir. Tur
başına verdikleri sinyal miktarları genellikle; 256, 512, 1024, 2048, 5096, 8192
olarak imal edilirler. Enkoderlerin uygulama alanı diğer geri besleme elemanlarından
farklıdır. Enkoderler sadece motorlarda değil; yürüyen bant hatları, sarım ruloları,
silindirler vb. endüstriyel uygulamalarda da kullanılır. Şekil II.71 de geri besleme
elemanının motora montajı ve Şekil II.72 de enkoderin hareketli malzeme üzerinde
kullanılması görülmektedir.
70
Şekil II.71 Enkoderin Motora Montajı
Şekil II.72 Enkoder ile Hareketli Malzeme Üzerinden Hat Hızının Ölçülmesi Uygulaması
Enkoderler yapılarına göre 2 ye ayrılırlar.
a.1. Artımsal Geri Besleme
Artımsal geri beslemenin yapısında döner cam ya da plastik bir disk vardır.
Yansıtılan ışığın diske çarpmasıyla diskin durumu belirten 6 adet çıkış sinyali alınır.
Bu çıkış sinyalleri genelde A, B, C fazları ve bunların tersleri C,B,A dir. Şekil II.73
de enkoder fazlarının dönme esnasındaki durumu görülmektedir.
71
Şekil II.73 Artımsal Geri Beslemenin Çıkış Sinyalleri
Şekil II.73 te görüldüğü gibi A fazı ile B fazı arasında 90° açı farkı vardır. A
fazının düşen kenarına karşılık, B fazının yükselen kenarı gelmektedir. C fazı ise
motorun her turunda 1 kez sinyal verir. Bu yüzden C fazına sıfırlama fazı da
denilmektedir. Artımsal sistemin dezavantajı sinyal bozukluğundan veya benzer
problemlerden dolayı çıkışta sonuç vermemesidir.
a.2. Mutlak Geri Besleme
Metraj ölçüm sistemlerinde her pozisyonun konum ve açı değeri, bir cam veya
plastik diskin üzerinde bulunan kodlarla tanımlanır. Bu kod şekilleri; renk kodlarıyla
temsil edilir. Işık algılayıcı; ışığın formuna ve siyah bölge farklılıklarına bakar. Bu
kombinasyonun ilişkisi mutlak nümerik değerdir. Böylece pozisyon değeri direkt
uygulanabilmekte ve sayıcıya gerek duyulmamaktadır.
a.2.1. Gray Kod
Gray kodlama; bir adım kod sistemidir. Her bir pozisyon diğer pozisyona geçiş
adımıdır. Kesin olmayan kontrolle, pozisyondan pozisyona geçişte yalnızca bir bit
verir. Bir pozisyondan diğer pozisyona geçişin bir kaç gecikmesi vardır. Gelen
72
pozisyon değerlerinden her seferinde yanlış bir pozisyon değeri gelmeyebilir. Gray
kod değerlendirmeden önce binary koda çevrilmesi gerekmektedir. Şekil II.74 de
diskin üzerindeki gray kodlar görülmektedir [24].
Şekil II.74 Gray Kodları
a.2.2. Dual Kod
Dual kod; etkinin (Potenz) sayısal değerini 2 tabanına göre kurar. Ölçme
pozisyonlarının geçişlerinden dolayı birçok bit, eş zamanlı değiştiği için birden fazla
adım kodu söz konusudur. Bazı kodların kontrolüyle, diskten üretim toleranslarıyla
veya hata yoklamalarıyla değer gelebilir. Hangi kısa zamanlı hatalı pozisyon değeri
gelmişse, bu izlenebilir. Bu kodlama sistemi çok fazla kullanılmamaktadır. Şekil
II.75 de dual kodlama görülmektedir [24].
Şekil II.75 Dual Kodları
b. Hall Etkili Sensörler
Hall etkili sensör (HES); servo mekanizmalarda kullanılan ve yapısında; sabit
bir mıknatıs ve sargıdan oluşan bir geri besleme elmanıdır. Bazı kaynaklarda
manyetik sensör olarak da adlandırılmaktadır. HES ün rotoru, motora akuple dönen
kısımdır ve sabit mıknatıstan oluşur. Dış gövdede bulunan sargılarda, rotorun
dönüşüne bağlı olarak gerilim indüklenir ve bu gerilim, sensörler vasıtasıyla
algılanarak sürücü devresine iletilir. Şekil II.76 da HES ün yapısı görülmektedir.
73
Şekil II.76 Hall Etkili Sensörün Yapısı
HES lerin yapıları basittir ve genellikle küçük DCSM larda kullanılır. Motordan
birim tur başına alınan sinyal sayısı (çözünürlük), sensör sayısına bağlıdır. Bu yüzden
HES ler çok hassas uygulamalarda kullanılmazlar.
74
BÖLÜM III
SERVO DENEY SETĐ
III.1. GĐRĐŞ
Bu bölümde, tasarlanan servo deney seti ve bir uygulama örneği anlatılmaktadır.
III.2. SERVO DENEY SETĐNĐN ÖZELLĐKLERĐ
Tasarlanan deney setinde miline enkoder bağlı geleneksel tip AC motor
kullanılmıştır. Motoru sürmede servo sürücü (SS) kullanılarak, bir servo sistem
oluşturulmuştur. SS nün besleme gerilimi 3 faz 380 V tur. SS ile motor arasında, güç
bağlantısı ve geri besleme bağlantısı vardır. SS nün kontrol sinyalleri için harici bir
referans kaynağı bulunmaktadır. Motor hız kontrolü; SS nün analog girişine
uygulanan 0....+10V DC gerilim aralığında çalışan potansiyometre ile yapılmaktadır.
Sürücünün sayısal girişlerine bağlı S1, S2, S3, S4, S5 butonları vardır.
Şekil III.1Tasarlanan Deney Seti
75
µ
µ
Şekil III.2a Servo Deney Seti Sürücü Bağlantısı
Şekil III.2b Servo Deney Seti Kontrol Paneli
Şekil III.2b de görüldüğü gibi hazırlanan el konsoluna, SS nün tüm giriş ve çıkışları
taşınmıştır. Böylece deney setinin kullanımında kolaylık sağlamaktadır.
III.3. UYGULAMADA KULLANILAN ELEMANLAR
Bu bölümde deney setinde kullanılan elemanlar hakkında bilgi verilecektir.
76
III.3.1. Geri Beslemeli Geleneksel Tip Asenkron Motor
Servo deney seti (SDS) nde GAMAK GM71-4b etiket numaralı, 0,37 kW,
1410rpm, 380V nominal değerlere sahip, 4 kutuplu sincap kafesli asenkron motor
kullanılmıştır. Motor yıldız bağlıdır. Şekil III.3a da SDS nde kullanılan AC motorun
etiketi ve Şekil III.3b SDS nde kullanılan AC motorun fotoğrafı görülmektedir.
Şekil III.3a Deney Setinde Kullanılan Motorun Etiketi
Şekil III.3b Deney Setinde Kullanılan AC Motor
III.3.2. Servo Sürücü
Deney setinde Lenze 9300 serisi servo sürücü (LSS) kullanılmıştır ve Şekil III.4
de genel görünüşü verilmiştir.
77
Şekil III.4 Lenze 9300 Serisi Servo Sürücü
LSS güç kartı ve kontrol kartı olmak üzere 2 temel kısımdan oluşmaktadır.
Kontrol kartı yazılım programının olduğu kısımdır ve hem kendini hem de güç
kartının kontrolünü yapar. SS nün temel yapısı Şekil III.5 de görülmektedir.
Şekil III.5 Servo Sürücü Temel Prensip Şeması
78
Kontrol kartı; güç devresinin kontrolünü DC bara ile 3 faz çıkışı arasında
gerçekleştirir. Bu kısımda akım trafoları, gerilim ölçüm kısmı vb. yardımcı kontrol
elemanları bulunmaktadır. Giriş besleme gerilimi Şekil III.5 te de görüldüğü gibi DC
gerilime çevrilmektedir. Ayrıca sürücünün üzerinde +UG, -UG girişleriyle de sürücü
DC gerilimle beslenebilmektedir. Bu girişlerden uygulanan DC gerilimi DC bara
kısmına iletilir ve besleme değeri 550V tur. Sürücüde X7 ve X8 soketlerinde motoru
aşırı ısınmalara karşı koruyan termistörün bağlantısı için girişler mevcuttur.
Deney setinde kullanılan LSS nün kontrol kartında programlanabilir; 5 sayısal
giriş, 4 sayısal çıkış, 2 analog giriş, 2 analog çıkış, 1 enkoder girişi ve 1 RE girişi
bulunmaktadır. Sayısal girişlerin besleme değerleri + 24V DC ve sayısal çıkıştanda
+24V DC alınmaktadır. Analog giriş ve çıkışın gerilim aralığı -10V.....+10V tur.
Enkoder ve resolver girişleri motorun geri besleme tipine göre kullanılır. Ayrıca
sürücüler arasında veri göndermede kullanılan, sayısal frekans girişi ve çıkışı vardır.
Bu giriş ve çıkışlar genellikle senkronizasyon uygulamalarında kullanılır. Sayısal
frekans girişine hat enkoderi de bağlanabilmektedir. Otomasyon sisteminde diğer
elektronik cihazlarla haberleşmede kullanılan CAN BUS protokolü sürücünün kontrol
kartında bulumaktadır. Profibus, Đnterbus, Modbus vb. diğer haberleşme protokolleri
için de AIF bağlantı soketi kullanılmaktadır. Sürücünün parametrelerinin
programlanmasında ve okunmasında kullanılan ekran ya da PC nin bağlantısı için yine
AIF soketi kullanılmaktadır.
III.3.2.1. Servo Sürücü Kontrol Kısmının Yapısı ve Đşlemesi
LSS de uygulama, ayarlama ve çalıştırma olmak üzere 3 temel sistem vardır.
Uygulama sistemi; sürücünün kontrol kartında bulunan klemenslerden sinyallerin
alındığı kısımdır. Burada klemenslerden alınan veriler programda işlenir. Ayarlama
sistemi, parametre ayarlamalarının yapıldığı ve motorun dönme şartlarının yazıldığı
kısımdır. Çalışma sistemi ise; güç devresini ve bu kısmın kontrolünü kapsayan
bölümdür [27]. Şekil III.6 da sürücünün sistemleri ve fiziksel yapıları gösterilmiştir.
79
Şekil III.6 9300 Serisi Servo Sürücünün Kontrol Sistemi ve Yapısı [27].
Sürücünün programlama yapısı kod tabanlıdır ve kodların herbirinde farklı
özellik tanımlıdır. Bu değerler değiştirilerek, motorun istenen çalışma yönetimi
sağlanır. LSS yü programlamada Lenze GDC (Global Drive Control) programı
kullanılır. GDC programı sürücü ile bir haberleşme protokolü üzerinden iletişim kurar.
Bu protokoller CAN bus ya da RS232/485 olup, dönüştürücü elemanla sağlanır.
III.3.2.2. Servo Sürücünün GDC Programı ile Parametrelerinin
Ayarlanması
LSS nün programlanması GDC programı ile gerçekleştirilir. Bilgisayarda kurulu
olan program çalıştırıldıktan sonra, bilgisayarın usb ya da seri portu kullanarak veri
gönderilip, veri alınır. Bu veri gönderip alma direkt olarak seri port üzerinden
gerçekleşmez. Bir haberleşme ara yüzüne ihtiyaç vardır. Sistemde SS ye Şekil III.7 de
görüldüğü gibi RS485 ara haberleşme kartı kullanılarak GDC programıyla parametre
ayarlanması yapılır. Ancak programda kullanılan ara yüz haberleşmesi ve hangi
porttan haberleşme yapılacağı programda tanımlanmalıdır.
80
Şekil III.7 Servo Sürücü ve Bilgisayar Bağlantısı
GDC Programı ile sürücüye iletişim protokolü üzerinden bağlandıktan sonra
GDC programı Windows Program File altından çalıştırılır. GDC programı
başlatıldıktan sonra iletişim hattı GDC tarafından taranacak ve haberleşme hattında
olan cihazlar adresler sırasına göre listelenecektir. Daha sonra seçilen sürücünün işlem
parametrelerini GDC okuyacak ve Şekil III.8 de görüldüğü gibi parametre ayar ekranı
bilgisayar monitörüne gelecektir.
Şekil III.8 GDC Programının Görünümü
81
Sürücüyle çevrim içi iletişim kurulduktan sonra motor parametrelerinin girilmesi
ve fiziksel giriş-çıkış fonksiyonlarının parametre ayarlarının yapılması gerekir. Bu
parametre değerleri Tablo III.1 de verilmiştir.
Tablo III.1 Lenze Servo Sürücünün Temel Ayar Parametreleri
C0022 Maksimum Motor Akımı
C0025 Motor Geri Besleme Tipi
C0081 Motor Etiket Gücü
C0084 Motor Etiket Direnci
C0085 Motor Etiket Reaktansı
C0087 Motor Etiket Devri
C0088 Motor Etiket Akımı
C0089 Motor Etiket Frekansı
C0090 Motor Etiket Gerilimi
Motor Parametreleri
C0091 Motor Cos φ
C0011 Maksimum Çıkış Frekansı
C0012 Motor Đvmelenme Zamanı Hız
Paramet-
releri
C0013 Motor Düşme Zamanı
C0114 Sayısal Giriş Değerleri
C0034 Analog Girişlerin Ayarı
C0118 Analog Çıkışların Ayarı
C0425 Sayısal Frekans Girişi Ayarı
C0540 Sayısal Frekans Çıkışı Fonksiyonu Fiziksel Giriş
Çıkışların Ayarı
C0030 Çıkış Frekansı Pulse değeri
LSS de fabrika ayarları olarak adlandırılan hazır programlar mevcuttur. Bu
programlarda sürücünün fiziksel giriş ve çıkışları farklı biçimlerde konfigüre
edilmiştir. Bu konfigürasyanlar C0005 kodundan seçilmektedir. Sürücünün fabrika
programında seçili olan motor sürücünün gücüne orantılı olduğundan, kullanılan
motorun parametrelerinin girilmesi gerekmektedir. LSS de sayısal, analog, hız ve açı
olmak üzere 4 çeşit sinyal tipi vardır ve bu sinyallerle ilgi veriler Şekil III.9 da
verilmiştir.
82
Sinya tipi Sembol Değer aralığı
Sayısal 0 veya 1 sinyali
Analog 16 Bit (-32767…….+32767)
100 % = 14 Bit, ±16384
Çözünürlük: 1 = 0.0061 %
Hız 16 Bit, -32767… + 32767 (Incr /ms)
15000 rpm = 16384 Incr / ms
Çözünürlük: 1 Incr / ms = 0.9155 rpm
Açı 32 Bit, - 231… + 231 (Incr)
1 Tur = 65536 Incr
Şekil III.9 Servo Sürücü Kullanılan Sinyal Tipleri
Şekil III.9 da verilen sinyal tipleri, sürücüdeki fonksiyon bloklarında konfigüre
edilmektedir. Örnek olarak iki hız sinyali, arasında aritmetik işlem yapılabilir. Bu ve
buna benzer işlemlerin yapıldığı fonksiyon blokları mevcuttur ve Ek H da LSS nün
tüm fonksiyon blokları verilmiştir.
LSS nün programını yazılırken tüm fonksiyon blokları kullanılmaz. Ancak her
programda kullanılması zorunlu olan temel fonksiyon blokları vardır. Bu kullanılması
zorunlu fonksiyon bloklarından ilki, motor kontrol parametrelerinin bulunduğu
MCTRL fonksiyon bloğudur. Bu blokta giriş ve çıkış birimleri bulunmaktadır. Giriş
birimleri motorun dönmesi gereken hız değeri, motorun pozitif ve negatif yöndeki
moment değerinin limitleri, açı hata girişi, açı hata giriş aktifleme, acil durdurma, açı
hata giriş limiti girişleri vardır. Çıkış olarak ise motorun anlık analog olarak yüzde hız
değeri, motorun enerjilendikten sonra almış olduğu tüm yol değeri, rpm olarak anlık
hız değeri, maksimum akıma ulaşıldığı, maksimum momente ulaşıldığı, motor acil
olarak durdurulduğu çıkışları bulunmaktadır. MCTRL bloğunda bulunan kodlarla;
motorun maksimum hızı, motor PID parametrelerinin ayarları yapılmaktadır. Motorun
tanımlanması, parametrelerinin girilmesi ve geri besleme ayarları ile ilgili ayar
kodlarına yine buradan da ulaşılabilmektedir. Şekil III.10 da MCTRL fonksiyon bloğu
görülmektedir.
83
Şekil III.10 MCTRL Fonksiyon Bloğu
LSS de sürücüde kullanılması zorunlu ikinci temel fonksiyon bloğu, hız
parametrelerinin ayarlandığı NSET fonksiyon bloğudur. Yapısı analog ve sayısal
işlem tabanlıdır. Analog hız girişi, analog ek hız girişi, hız set değeri, hız değerinin
tersini alma, sabit hız değerleri atama, yükselme ve düşme zamanları atama girişleri
bulunmaktadır. Çıkış olarak da; hız ve sıfır referans çıkışı bulunmaktadır. Şekil III.11
de NSET fonksiyon bloğu gösterilmiştir.
84
Şekil III.11 NSET Fonksiyon Bloğu
Programda kullanılan fonksiyon bloklarının girişlerine referansların nereden
geleceğinin ayarlanması, giriş değer koduna diğer bloğun çıkışının ya da girişin değer
kodunun eşitlenmesi ile yapılır. Đşlem yapıldıktan sonra Şekil III.10 ve Şekil III.11 de
görüldüğü gibi, girişlerin tanımı program tarafından gösterilecektir.
III.3.3. Mecapion Enkoder
SDS nde, Mecapion S48-8-0500VT seri numaralı 500 pals, 3 fazlı artımsal
enkoder kullanılmıştır. Şekil III.12a da MECAPION S48-8-0500VT enkoder ve Şekil
III.12b de enkoderin LSS ye bağlantısı görülmektedir.
85
Şekil III.12a Servo Deney Setinde Kullanılan MECAPION S48-8-0500VT Enkoder
Şekil III.12b Enkoderin 9300 Servo Sürücüye Bağlantısı
III.4. SERVO SÜRÜCÜ ĐLE MOTOR KONTROL
POGRAMININ GERÇEKLEŞTĐRĐLMESĐ
Bu bölümde; servo sistemlerle yapılabilecek uygulamalara yönelik örnekleri
verilecektir.
III.4.1. Motorun Analog Referans ile Hız Kontrolünün
Gerçekleştirilmesi
Motorun, analog referansla hız kontrolüne yönelik uygulama örneği aşağıdaki
kurallara göre yapılacaktır.
86
KURAL 1: LSS nün hız referansı, kontrol panelinde bulunan 1 numaralı
potansiyometre ile analog olarak verilecektir.
KURAL 2: Kontrol panelinde bulunan 1 numaralı potansiyometrenin (REF1) orta
noktası sıfır kabul edilecek ve orta noktadan küçük değerlerde (potansiyometrenin sola
döndürülmesi) motor saat yönünün tersi (CCW) yönünde, büyük değerlerde
(potansiyometrenin sağa döndürülmesi) ise saat yönünde (CW) dönecektir.
KURAL 3: Kontrol panelindeki S1 butonu giriş acil durdurma ayarlanacaktır.
KURAL 4: Motorun dönme referansı anolog çıkış 1 den (AO1) verilecektir.
KURAL 5: Motorun anlık dönme hızı analog çıkış 2 den (AO2) verilecektir.
KURAL 6: Motorun ivmelenme süresi 5 saniye olarak ayarlanacaktır.
Bilgisayar ile sürücü arasında RS232 haberleşme bağlantısı yapıldıktan sonra
GDC programı çalıştırılır. F2 tuşu basılarak, Şekil III.13 de görüldüğü gibi cihaz
arama işlemi gerçekleştirilir.
Şekil III.13 GDC Programının Cihaz Arama Ekranı
Tarama işlemi bittikten sonra iletişim kurulan LSS nün parametreleri, GDC programı
tarafından okunarak Şekil III.14 de görüldüğü gibi bilgisayar ekranında gelecektir.
87
Şekil III.14 Lenze Servo Sürücünün Programı Okunduktan Sonraki GDC Ekranı
Şekil III.14 de görüldüğü gibi GDC tarafından programın okunmasından sonra Şekil
III.15 de verilen Parameter Menü den Code List seçilerek sürücünün parametre ayar
ekranı açılır.
Şekil III.15 GDC Programında Code List
88
Đlk olarak C0002 kodu 0 seçilerek, sürücü fabrika ayarlarına getirilir ve ardından LSS
ye motorun tanıtılması için Tablo III.2 verilen motor ait parametreler GDC ile
sürücüye girilir.
Tablo III.2 Motor Ayar Parametreleri
C0081 0,37kW Motor Etiket Gücü C0087 1410rpm Rotor Etiket Devri C0088 9,9A Motor Etiket Akımı C0089 50Hz Motor Etiket Frekansı C0090 380V Motor Besleme Gerilimi C0091 0,8 Motor Cos φ C0084 27 om Motor Direnci C0085 112mH Motor Endüktansı C0025 Enkoder Motor Geri Besleme Tipi
Tablo III.2 de verilen değerler GDC ile LSS ye girildikten sonra, kural 1 de belirtilen
potansiyometrenin hız referansı olarak ayarlanması için; GDC de Tool menüsünden
FB Editör seçilerek, Şekil III.16 da görülen fonksiyon blok ayar bölümü açılır.
MakasSimgesi
Kalem Simgesi
Şekil III.16 GDC Fonksiyon Blok Ayar Bölümü
Şekil III.16 da görüldüğü gibi GDC de bulunan kalem simgesi, fonksiyon bloklarını
birbirine bağlanmada kullanılır. Makas simgesi de; fonksiyon bloklarının birbiri
arasında bulunan bağlantıları koparmada kullanılmaktadır. AIN1 fonksiyon bloğu
Şekil III.16 da görülen listeden seçilir. Ardından fare ile kalem simgesine tıklanarak
89
fonksiyon blok ekleme işlemine geçilir. Şekil III.17 de görüldüğü gibi OUT ucu fare
ile işaretlenir.
Şekil III.17 GDC ile AIN 1 Ayarlanması
Şekil III.17 de AIN1-OUT çıkışı seçildikten sonra Şekil III.18 de görüldüğü gibi
NSET-N ucu fare ile işaretlenerek, hız referansının 1 numaralı potansiyometreden
olması ayarlanır.
Şekil III.18 GDC ile NSET-N Hız Girişinin 1 Analog Giriş 1 Olarak Ayarlanması
90
NSET N girişine gelen 1 numaralı potansiyometrenin hız referansının motor
kontrolünde kullanılması için, NSET-OUT çıkışı Şekil III.19 de görüldüğü MCTRL
fonksiyon bloğunun NSET girişine bağlanır.
Şekil III.19 GDC ile MCTRL-NSET Hız Girişinin Ayarlanması
Kural 2 de belirtilen 1 numaralı potansiyometrenin orta noktasında, hız referansının
sıfır olarak ayarlanması Şekil III.17 de de gösterilen; AIN1 in OFFSET girişine bağlı
olan FCODE26/1 in ayar parametresi olan C0026/001 koduna, Şekil III.20 de
görüldüğü gibi -%50 girilerek, potansiyometre girişinin %50 ötelenmesi
gerçekleştirilir.
Şekil III.20 Potansiyometre 1 in %50 Ötelenmesi
91
Şekil III.19 da yapılan bu işlemden sonra, 1 numaralı potansiyometreden LSS nün 1
numaralı analog girişine 0-10V aralığında uygulanacak değerler, sürücü tarafından
-5V....+5V gerilim aralığına çevrilecektir. Potansiyometrenin pozitif maksimum ve
negatif maksimumda iken motorun dönme hızı; C0011 kodunda yazılı olan rpm
değerinin yarısına eşit olacaktır. Kural 3 ün gerçekleştirilmesi için, DIGIN fonksiyon
bloğunun 1 numaralı ucu kalemle işaretlenerek Şekil III.21 de görüldüğü gibi
MCTRL-QSP girişine bağlanır.
Şekil III.21 S1 Butonunun Acil Durdurma olarak Ayarlanması
Acil durdurmanın zamanın ayarı; C105 koduna saniye olarak değer girilmesiyle
gerçekleştirilir. Şekil III.21 de yapılan QSP bağlantısından sonra sayısal girişlerin
çalışma sinyal seviyelerinin Low Active (0 V ) ya da High Active (+24V) olacağı,
Şekil III.22 de verilen DIGIN fonksiyon bloğunun üzerine fare ile tıklanarak C114
kodundan ayarlanır.
92
Şekil III.22 Sayısal Giriş Sinyal Seviyelerinin Ayarlanması
Kural 4 te belirtilen giriş referansının analog çıkış 1 den alınması için, AIN1 OUT
çıkışı kalem ile seçilerek, Şekil III.23 de görüldüğü gibi; AOUT1 fonksiyon bloğunun
IN girişine bağlanır.
Şekil III.23 Analog Çıkış 1 den Giriş Hız Referansının Alınması
93
Kural 5 te belirtilen anlık dönme hızının analog çıkış 2 den alınması için; MCTRL
fonksiyon bloğunun NACT çıkışı, AOUT2 fonksiyon bloğunun IN girişine Şekil
III.24 de görüldüğü gibi bağlanır.
Şekil III.24 Analog Çıkış 2 den Motor Anlık Hızının Alınması
Kural 6 da belirtilen motor ivmelenme sürelerinin 5 saniye olarak ayarlanması için;
C0012 yükselme zamanı ve C0013 düşme zamanı ayar kodlarına Şekil III.25 de
görüldüğü gibi 5 saniye girilir.
Şekil III.25 Motor Đvmelenme Sürülerinin Ayarlanması
LSS nün programında kullanılan fonksiyon blokları Şekil III.26 de görüldüğü gibi
Proses List de tanımlanması gerekmektedir. Prosessing List FB-Name sütunundan,
fonksiyon bloğunun ismine çift tıklanarak açılır. Buradan listede empty yazan
kısımlara, programda kullanılıp Prossing List de tanımlanmamış fonksiyon blokları
tanımlanmalıdır.
94
Şekil III.26 Fonksiyon Bloklarının Processing List de Tanımlanması
LSS nün fabrika programında sayısal girişine tanımlanmış TRIP-SET girişinden
dolayı EER TRIP hatası verir. Hata olduğundan dolayı da AIF kısmında bulunan
kırmızı led yanacaktır. Bu durumu ortadan kaldırmak için DCTRL bloğunun TRIP
SET girişi makas simgesiyle kesilmelidir. Ayrıca motor sıcaklık sensörü bağlı
olmadığından dolayı sürücü OH3 motor sıcaklık hatası da verecektir. C589 kodunun
değeri 3 ayarlanarak, motor termik hata seçeneği iptal edilir. Fabrika setinde kullanılan
R/L/Q fonksiyon bloğunun giriş ve çıkışlarına bağlı olan değerler, makas simgesi
kullanılarak kesilir ve böylece LSS nün yön referansını sayısal girişlerden alması iptal
edilmiş olur. LSS deki mevcut hata Şekil III.27 de verilen Dialog Diagnostic
ekranından Trip Reset butonuna basılarak silinir.
Şekil III.27 GDC Dialog Diagnostic Ekranı
95
GDC nin Options menüsüne fare ile tıklanarak Monitör seçilir ve Şekil III.28 de
verilen izleme ekranı açılır. Bu ekrandan motor ve sürücüye ait anlık değerler
izlenebilir.
Şekil III.28 GDC Monitör Ekranı
Yapılan bu program, LSS nün enerjisi kesilene kadar silinmeden hafızasında
kalacaktır. Ancak enerji kesildikten sonra, kaydedilmiş programın üzerine yapılan bu
değişiklikler silinecektir. Bu durumun yaşanması için C0003 kodu 1 yapılarak
programın kaydedilmesi gerekmektedir. LSS nün 28 numaralı sürücü start ucuna bağlı
olan S0 butonuna basıldığında, program işlemeye başlayacak ve motor 1 numaralı
potansiyometreye göre dönecektir.
III.4.2. Motorun Sayısal Girişlerle Yön Kontrolü
Motorun dönme yönü kontrolü, aşağıda yazılı kurallara yapılacaktır.
KURAL 1: Kontrol panelindeki S1 butonu aktif olduğunda motor CW yönünde
dönecektir.
KURAL 2: Kontrol panelindeki S2 butonu aktif olduğunda motor CCW yönünde
dönecektir.
KURAL 3: Kontrol panelindeki S3 butonu aktif olduğunda motor %100 hızla
dönecektir.
KURAL 4: Motor CW ve CCW yönlerinde kontrol panelindeki 1 numaralı
potansiyometreye göre dönecektir.
KURAL 5: Kontrol panelindeki S4 butonu hata girişi, S5 butonu hata sıfırlama olarak
ayarlanacaktır.
KURAL 6: Motorun anlık dönüş hızı, analog çıkış 1 den alınacaktır.
96
Bilgisayar ile sürücü arasında RS232 haberleşme bağlantısı yapıldıktan sonra
GDC programı çalıştırılır. F2 tuşu basılarak, Şekil III.13 de görüldüğü gibi cihaz
arama işlemi gerçekleştirilir. Tarama işlemi bittikten sonra iletişim kurulan LSS nün
parametreleri GDC programı tarafından okunarak, Şekil III.14 de görüldüğü gibi
bilgisayar ekranında görülür. GDC nin program okuma işleminden sonra Şekil III.15
de görüldüğü gibi, Parameter Menü den Code List seçilerek sürünün parametre ayar
ekranı açılır. Đlk olarak C0002 kodu 0 seçilerek, sürücü fabrika ayarlarına getirilir ve
ardından LSS ye motorun tanıtılması için Tablo III.2 verilen motora ait parametreler
GDC ile sürücüye girilir.
Kural 1 in gerçekleştirilmesi için; DIGIN fonksiyon bloğunun 1 numaralı ucu
GDC programında kalem simgesiyle işaretlenerek, R/L/Q fonksiyon bloğunun R
girişine, kural 2 gerçekleştirilmesi için DIGIN fonksiyon bloğunun 2 numaralı girişi
işaretlenerek R/L/Q bloğunun L girişine bağlanır. Kural 1 ve kural 2
gerçekleştirildikten sonra R/L/Q fonksiyon bloğunun R/L çıkışı, NSET fonksiyon
bloğunun NSET-N-INV girişine bağlanır. Yön sinyali kesildiğinde motorun durması
için R/L/Q fonksiyon bloğunun çıkışı, MCTRL fonksiyon bloğunun QSP girişine
bağlanır. Bu durum Şekil III.29 da verilmiştir.
Şekil III.29 R/L/Q Fonksiyon Bloğuna 1 ve 2 Numaralı Sayısal Girişlerin Bağlantısı
Kural 3 de belirtilen kontrol panelindeki S3 numaralı butonun %100 dönme referansı
olarak ayarlanması için; DIGIN fonksiyon bloğunun 3 numaralı ucu, NSET fonksiyon
bloğunun JOG1 girişine Şekil III.30 da görüldüğü gibi bağlanır.
97
Şekil III.30 S3 Butonunun %100 Hız Referansı Olarak Ayarlanması
NSET N girişine gelen 1 numaralı potansiyometrenin hız referansının motor
kontrolünde kullanılması için NSET-OUT çıkışı, Şekil III.18 de görüldüğü MCTRL
fonksiyon bloğunun NSET girişine bağlanır. Kural 4 ün gerçekleştirilmesi için Şekil
III.31 de görüldüğü gibi AIN 1 fonksiyon bloğunun çıkışı, NSET fonksiyon bloğunun
N girişine bağlanır.
Şekil III.31 AIN1 in NSET N Girişine Bağlanması
98
Kural 5 in gerçekleştirilmesi için DIGIN fonksiyon bloğunun 4 numaralı ucu DCTRL
fonksiyon bloğunun TRIP-SET girişine, 5 numaralı ucu TRIP RESET girişine Şekil
III.32 da görüldüğü gibi bağlanır.
.
Şekil III.32 TRIP SET ve TRIP RESET Fonksiyonlarının Ayarlanması
Şekil III.21 de görüldüğü gibi DIGIN fonksiyon bloğunun üzerine fare ile tıklanarak,
sayısal girişlerin sinyal seviyeleri C114 kodundan ayarlanır. Kural 6 belirtilen anlık
motor hızının analog çıkış 1 den alınması için MCTRL fonksiyon bloğunun NOUT
çıkışı, AOUT 1 fonksiyon bloğunun N in girişine Şekil III.33 de görüldüğü gibi
bağlanır.
Şekil III.33 Motor Anlık Hızının Analog Çıkış 1 den Alınması
99
LSS de fabrika programında sayısal girişe tanımlı TRIP-SET girişinden dolayı sürücü
EER TRIP hatası verecek ve AIF kısmında bulunan kırmızı led yanacaktır. Bu durumu
ortadan kaldırmak için DCTRL bloğunun TRIP SET girişi makas simgesiyle
kesilmelidir. Ayrıca motor sıcaklık sensörü bağlı olmadığından dolayı da LSS, OH3
motor sıcaklık hatası verecektir. C589 kodunun değeri 3 ayarlanarak motor termik
hata seçeneği kapatılır. LSS de yapılan programında kullanılan fonksiyon bloklarının,
Şekil III.26 da görüldüğü gibi Proses List de tanımlanması gerekmektedir. Prosessing
List, FB-Name sütunundan fonksiyon bloğunun ismine çift tıklanarak açılır. Buradan
listede empty yazan kısımlara, programda kullanılıp tanımlanmamış fonksiyon
blokları tanımlanmalıdır. LSS deki mevcut hata, Şekil III.27 de verilen Dialog
Diagnostic ekranından Trip Reset butonuna ya da S5 butonu aktif edilerek silinir.
Şekil III.28 de verilen izleme ekranından motor ve sürücüye ait anlık değerler
izlenebilir. LSS nün 28 numaralı sürücü start ucuna bağlı olan S0 butonuna
basıldığında, program işlemeye başlayacaktır. Yapılan bu program, LSS nün enerjisi
kesilene kadar silinmeden hafızasında kalacaktır. Ancak enerji kesildikten sonra,
kaydedilmiş en son programın üzerine yapılan tüm değişiklikler silinecektir. Bu
durumun yaşanması için C0003 kodu 1 yapılarak programın kaydedilmesi
gerekmektedir.
III.4.3. Motorun Artan / Azalan Çalıştırılması
Motorun sayısal girişlere göre artan ve azalan hızlarda çalıştırılması aşağıdaki
kurallara göre yapılacaktır.
KURAL 1: Kontrol panelindeki S1 butonu aktif olduğunda motorun hızı artacak,
pasif olduğunda açıldığında mevcut hız sabit kalacaktır.
KURAL 2: Kontrol panelindeki S2 butonu aktif olduğunda motor hızı azalacak, pasif
olduğunda mevcut hız sabit kalacaktır.
KURAL 3: Kontrol panelindeki S3 butonu aktif olduğunda, motor hızı S1 ve S2
butonlarından etkilenmeyecektir.
KURAL 4: Kontrol panelindeki S4 butonu aktif olduğunda, motor % 100 hızla
dönecektir.
KURAL 5: Kontrol panelindeki S4 butonu, hata silme olarak ayarlanacaktır.
KURAL 6: Motor dönüş hızı, analog çıkış 1 den alınacaktır.
100
Bilgisayar ile sürücü arasında RS232 haberleşme bağlantısı yapıldıktan sonra
GDC programı çalıştırılır. F2 tuşu basılarak, Şekil III.13 de görüldüğü gibi cihaz
arama işlemi gerçekleştirilir. Tarama işlemi bittikten sonra iletişim kurulan LSS nün
parametreleri GDC programı tarafından okunarak, Şekil III.14 de görüldüğü gibi
bilgisayar ekranında görülür. GDC tarafından programın okunmasından sonra Şekil
III.15 de görüldüğü gibi Parameter Menü’den Code List seçilerek sürünün parametre
ayar ekranı açılır. Đlk olarak C0002 kodu 0 seçilerek, sürücü fabrika ayarlarına getirilir
ve ardından LSS ye motorun tanıtılması için Tablo III.2 verilen motora ait
parametreler GDC ile ayarlanır.
Kural 1 in gerçekleştirilmesi için GDC programında Tools menüsünden FB
Editör seçilerek fonksiyon blok bölümüne girilir ve DIGIN fonksiyon bloğu listeden
seçilir. DIGIN fonksiyon bloğunun 1 numaralı ucuna kalem simgesiyle işaretlenir ve
ardından MPOT fonksiyon bloğunun UP girişine bağlanır. Kural 2 nin
gerçekleştirilmesi için de; DIGIN fonksiyon bloğunun 2 numaralı ucu, MPOT
fonksiyon bloğunun DOWN ucuna bağlanır. Kural 3 de belirtilen şartın
gerçekleştirilmesi için DIGIN fonksiyon bloğunun 3 numaralı ucu, MPOT fonksiyon
bloğunun INACT girişine bağlanır. MPOT fonksiyon bloğunun çıkışı da, NSET
fonksiyon bloğunun girişine bağlanır. Kural 1, kural 2 ve kural 3 ün bağlantı
diyagramı Şekil III.34 de görülmektedir.
Şekil III.34 MPOT Fonksiyon Bloğunun Girişlerinin S1,S2 ve S3 Butonları Olarak Ayarlanması
NSET N girişine gelen hız referansının motor kontrolünde kullanılması için, NSET-
OUT çıkışının Şekil III.18 de görüldüğü MCTRL fonksiyon bloğunun NSET girişine
bağlanması gerekir. Kural 4 ün gerçekleştirilmesi için DIGIN fonksiyon bloğunun 4
101
numaralı ucu, NSET fonksiyon bloğunun JOG1 girişine Şekil III.35 de görüldüğü gibi
bağlanır.
Şekil III.35 S4 Butonun %100 Hız Referansı Olarak Ayarlanması
Kural 5 in gerçekleştirilmesi için DIGIN fonksiyon bloğunun 5 numaralı ucu Şekil
III.36 da görüldüğü gibi, DCTRL fonksiyon bloğunun TRIP RESET girişine bağlanır.
Şekil III.36 S5 Butonun Hata Silme Olarak Ayarlanması
102
Kural 6 nın gerçekleştirilmesi için Şekil III.33 de verilen bağlantı GDC programı ile
yapılır. LSS de fabrika programında sayısal girişe tanımlı TRIP-SET girişinden dolayı
sürücü EER TRIP hatası verecek ve AIF kısmında bulunan kırmızı led yanacaktır. Bu
durumu ortadan kaldırmak için DCTRL bloğunun TRIP SET girişi makas simgesiyle
kesilmelidir. Ayrıca motor sıcaklık sensörü bağlı olmadığından dolayı LSS, OH3
motor sıcaklık hatası verecektir. C589 kodunun değeri 3 ayarlanarak motor termik
hata seçeneği iptal edilir. LSS nün programında kullanılan fonksiyon blokları, Şekil
III.26 de verilen Proses List de tanımlanması gerekmektedir. Prosessing List, FB-
Name sütunundan fonksiyon bloğunun ismine çift tıklanarak açılır. Buradan listede
empty yazan kısımlara, programda kullanılıp tanımlanmamış fonksiyon blokları
tanımlanmalıdır. LSS deki mevcut hata, Şekil III.27 de verilen Dialog Diagnostic
ekranından Trip Reset butonuna ya da S5 butonuna basılarak silinir. Ayrıca Fabrika
setinde kullanılan R/L/Q fonksiyon bloğunun tüm giriş ve çıkışlarındaki bağlantılar
makas simgesi kullanılarak GDC programıyla kesilir. Şekil III.28 de verilen izleme
ekranından motor ve sürücüye ait anlık değerler izlenebilir. LSS nün 28 numaralı
sürücü start ucuna bağlı olan S0 butonuna basıldığında, program işlemeye
başlayacaktır. Yapılan bu program, LSS nün enerjisi kesilene kadar silinmeden
hafızasında kalacaktır. Ancak enerji kesildikten sonra, kaydedilmiş en son programın
üzerine yapılan tüm değişiklikler silinecektir. Bu durumun yaşanması için C0003 kodu
1 yapılarak programın kaydedilmesi gerekmektedir
III.4.4. Motorun Adım Çalıştırılması
Motor adım çalıştırılmasında; belirlenen yol bilgisi kadar motor dönecek ve
ardından belirlenen zaman kadar duracaktır. Bu işlem döngü şeklinde otomatik olarak
sürücü tarafından yapılacaktır.
KURAL 1: Motorun dönme referansı kontrol panelinde bulunan 1 numaralı
potansiyometreden verilecektir.
KURAL 2: Kontrol panelindeki S1 butonu aktif olduğunda motor CW yönünde
dönecektir.
KURAL 3: Kontrol panelindeki S2 butonu aktif olduğunda motor CCW yönünde
dönecektir.
KURAL 4: Kontrol panelindeki S3 butonu aktif olduğunda motor %100 hızla
dönecektir.
103
KURAL 5: Motor yol miktarı ve durma süresi ayarlanabilecektir.
Bilgisayar ile sürücü arasında RS232 haberleşme bağlantısı yapıldıktan sonra
GDC programı çalıştırılır. F2 tuşu basılarak, Şekil III.13 de görüldüğü gibi cihaz
arama işlemi gerçekleştirilir. Tarama işlemi bittikten sonra iletişim kurulan LSS nün
parametreleri GDC programı tarafından okunarak, Şekil III.14 de görüldüğü gibi
bilgisayar ekranında görülür. GDC tarafından programın okunmasından sonra Şekil
III.15 de verilen Parameter Menü den Code List seçilerek, sürünün parametre ayar
ekranı açılır. Đlk olarak C0002 kodu 0 seçilerek, sürücü fabrika ayarlarına getirilir ve
ardından LSS ye motorun tanıtılması için Tablo III.2 verilen motora ait parametreler
GDC programı ile girilir.
Kural 1 in gerçekleştirilmesi için Şekil III.17 de verilen fonksiyon blok
bağlantısı yapılır. Kural 2 ve kural 3 ün gerçekleştirilmesi için, Şekil III.29 da verilen
R/L/Q fonksiyon bloğunun bağlantısı yapılır. Kural 4 ün gerçekleştirilmesi için Şekil
III.30 da verilen fonksiyon blok bağlantısı yapılır. NSET fonksiyon bloğunun N
girişine gelen hız referansının motor kontrolünde kullanılması için; NSET-OUT çıkışı
Şekil III.18 de görüldüğü MCTRL-NSET girişine bağlanır. Kural 5 in
gerçekleştirilmesi için MCTRL fonksiyon bloğunun PHI-ACT çıkışı, Şekil III.37 de
görüldüğü gibi PHINT 1 fonksiyon bloğunun IN girişine bağlanır.
Şekil III.37 MCTRL Fonksiyon Bloğunun PHI –ACT Çıkışının PHINT 1 Fonksiyon Bloğuna
Bağlantısı
PHINT 1 fonksiyon bloğu ile motordan alınan anlık hız bilgisi, yol bilgisine çevrilir.
Bu dönüşümden sonra PHINT 1 fonksiyon bloğunun OUT çıkışı, PHCMP 1 fonksiyon
bloğunun IN2 girişine Şekil III.38 de görüldüğü gibi bağlanır.
104
Şekil III.38 PHINT 1 Fonksiyon Bloğunun OUT Ucunun PHCMP 1 Fonksiyon
Bloğuna Bağlantısı
Şekil III.38 de görüldüğü gibi PHCMP 1 fonksiyon bloğunda motorun anlık yol
bilgisinin, sabit bir yol bilgisiyle karşılaştırılması için PHCMP 1 fonksiyon bloğunun
IN1 girişine, FCODE fonksiyon bloğunun C474/1 numaralı ucu bağlanır. PHCMP 1
fonksiyon bloğuna fare ile tıklanarak, C695 kodundan karşılaştırma işleminin türü;
mutlak değer küçük olarak Şekil III.39 de görüldüğü gibi seçilir.
Şekil III.39 PHCMP 1 Fonksiyon Bloğunun FCODE Fonksiyon Bloğuna Bağlantısı ve
Karşılaştırma Đşleminin Seçilmesi
Şekil III.39 verilen karşılaştırma işleminin sonucu, OUT ucundan alınarak geciktirme
fonksiyon bloğu olan DIGDEL 1 in IN girişine bağlanır ve DIGDEL 1 fonksiyon
105
bloğunun OUT çıkışı, Şekil III. da görüldüğü gibi PHINT 1 fonksiyon bloğunun
RESET girişine bağlanır.
Şekil III.40 DIGDEL 1 Fonksiyon Bloğunun Çıkışının PHINT 1 Fonksiyon Bloğunun Reset
Girişine Bağlantısı
PHCMP 1 karşılaştırma fonksiyon bloğunun çıkışı, DCTRL fonksiyon bloğunun
CINH 1 girişine Şekil III.41 de görüldüğü gibi bağlanarak, motorun durdurulması
gerçekleştirilir.
Şekil III.41 PHCMP 1 Fonksiyon Bloğunun OUT ucunun DCTRL Fonksiyon Bloğunun
CINH 1 Girişine Bağlanması
Bu işlemde motorun alacağı yol miktarı C474/1 kodundan, motorun yol adımları
arasındaki bekleme zamanı C721 kodundan bekleme süresinin fonksiyon tipi de ve
C720 kodundan ayarlanır. LSS de fabrika programında sayısal girişe tanımlı TRIP-
SET den dolayı sürücü EER TRIP hatası verecek ve AIF kısmında bulunan kırmızı led
yanacaktır. Bu durumu ortadan kaldırmak için DCTRL bloğunun TRIP SET girişi
makas simgesiyle kesilmelidir. Ayrıca motor sıcaklık sensörü bağlı olmadığından
dolayı LSS, OH3 motor sıcaklık hatası verecektir. C589 kodunun değeri 3 ayarlanarak
106
motor termik hata seçeneği kapatılır. LSS yapılan programında kullanılan fonksiyon
blokları, Şekil III.26 da verilen Proses List de tanımlanması gerekmektedir. Prosessing
List, FB-Name sütunundan fonksiyon bloğunun ismine çift tıklanarak açılır. Buradan
listede empty yazan kısımlara, programda kullanılıp tanımlanmamış fonksiyon
blokları tanımlanmalıdır. LSS deki mevcut hata, Şekil III.27 de verilen Dialog
Diagnostic ekranından Trip Reset butonuna basılarak silinir. Şekil III.28 de verilen
izleme ekranından motor ve sürücüye ait anlık değerler izlenebilir. LSS nün 28
numaralı sürücü start ucuna bağlı olan S0 anahtarına basıldığında, program işlemeye
başlayacaktır. Yapılan bu program, LSS nün enerjisi kesilene kadar silinmeden
hafızasında kalacaktır. Ancak enerji kesildikten sonra, kaydedilmiş en son programın
üzerine yapılan tüm değişiklikler silinecektir. Bu durumun yaşanması için C0003 kodu
1 yapılarak programın kaydedilmesi gerekmektedir.
107
BÖLÜM IV
SONUÇLAR
Bu çalışmada incelenen servo motorların, geleneksel tip motorlarla yapısal
benzerliğe sahip olduğu görülmüştür. Servo motorlar; AC ve DC olarak iki ana
grupta sınıflandırılmıştır. AC servo motorlar kendi içinde senkron, asenkron ve iki
fazlı olarak 3 gruba, DC Servo motorlar da; fırçalı ve fırçasız olmak üzere 2 alt
gruba ayrılarak incelenmiştir. Servo ifadesiyle servo motorların geleneksel tip
motorlardan farkının; yüksek dinamiklik, düşük atalet momenti, yüksek
frekanslardaki ısıl davranışı, geniş hız ayar aralığının olduğu görülmüştür. Servo
motorların yüksek dinamiğe ulaşmaları, geleneksel tip motorlara göre rotor
yapılarının değiştirilmesiyle sağlandığı görülmüştür. Bu rotor değişikliği; rotor
boyunu uzatma ya da rotor kütlesinin azaltılmasıyladır. Dinamikliğe diğer bir
etkeninde, senkron ve DC servo motorlarda kullanılan mıknatısların olduğu
görülmüştür. Bu mıknatısların verdikleri manyetik akı miktarları, motor dinamiğine
arttırıcı yönde etki ettiği görülmüştür.
Servo motorların geleneksel tip motorlar ile farkının açıklanmasıyla, kendi
aralarında sınıflandırılmasıyla ve özellikleri hakkında verilen bilgilerle servo motor
konusuna açıklık getirilmiş ve detaylı bir Türkçe kaynak oluşturulmuştur. Öte
yandan servo motora bağlanan ek sistem bileşenleri hakkında verilen bilgiler, motor
kontrol sistemlerinde en uygun çözümün bulunmasında yardımcı olacaktır. Ayrıca
motor tahrik sistemlerinde yaşanan ısınma ve durdurma problemlerinin giderilmesi,
yüksek moment ihtiyacının karşılanması ve motorun alacağı yolun kaliteli olmasına
katkı sağlayacaktır.
108
Geleneksel tip AC asenkron motor, servo sürücü ve enkoder kullanılarak bir
servo deney seti tasarlanmıştır. Bu deney seti; yalnız servo motorlar ile yapılabilir
bilinen sistemlerin geleneksel tip motorlarla da geniş hız ayar aralığı, dinamiklik ve
düşük atalet gerekmeyen uygulamalarda kullanılabileceği gösterilmiştir.
Tasarlanan uygulama örnekleriyle öğrenciler endüstride kullanılan motor
kontrol sistemlerine yönelik fikir sahibi olacaktır. Kullanılan servo sürücünün
endüstriyel sistemlere uygun, esnek ve genişletilebilir olmasıyla;
• Hız kontrol
• Dur-kalk çalışma
• Senkronizasyon
• Motor moment kontrolü
• Motor adım kontrolü
• Pozisyon kontrolü
uygulamalarına yönelik örnekler deney setinde tasarlanabilecektir.
109
BÖLÜM V
TARTIŞMA VE DEĞERLENDĐRMELER
Tartışma ve Değerlendirme:
Bu çalışma ile servo motorlar ve sistem hakkında Türkçe bir kaynak
oluşturularak, bu kaynaktan faydalanacakların; tahrik sistemleri için en ideal
çözümün bulunmasında yararlanabilecekleri düşünülmektedir.
Öneriler:
Servo motorların temel hedefi; daha fazla dinamiklik, yüksek frekanslarda
çalışma, yüksek verimdir. Motorlarda düşük kütleli ve yüksek manyetik akı değerli
mıknatısların kullanılmasıyla, motorlar daha dinamik hale getirilebilir. Asenkron
servo motorlar için yüksek dinamiklik; manyetik alan kapasitelerinin düşürülmeden,
rotor kütlesinin azaltılıp, boylarının uzatılması ile gerçekleştirilebilir. Bunun yanında
ısıl yönden motorda daha düşük ısınma kapasitesine sahip saclar kullanılarak, kaçak
akılardan dolayı olan ısınma azaltılabilir. Ayrıca daha yüksek soğutma kapasiteli
soğutma tertibatlarıyla, motorlardan daha fazla faydalı güç alınabilir.
110
KAYNAKLAR
[1] Sew Eurodrive.: “Praxis der Antriebtechnik Band 7 ”, SEW Eurodrive,
Deutschland, (2004).
[2] Lenze.: Drive System eğitim notları, Lenze, Deutschland, (2006)
[3] An enginnering –handbook by electro-craft Corporation.: “DC Servo Motors,
Speed control, Servo systems”, (1972)
[4] SPS Magazine, “Marktspiegel Elektromotoren SPS- Magazin 2005”,
Deutschland, (2005)
[5] Schenke ,G.: “Automatisierte Antriebe” 3.2005, Fachhochschule
Oldenburg/Ostfriesland/Wilhelmshaven
http://www.et-inf.fho-emden.de (Erişim: Ocak 2007)
[6] BAL,G.: “Özel Elektrik Makinaları”, Seçkin Yayınevi, (2006),
ISBN9750201574
[7] Hameyer, K.: “Moderne Servomotoren”, Institut für Elektrische Maschinen
der RWTH Aachen, Deutschland (2004)
[8] Çetin, Đ.: “Temel Elektrik Kullanım El Kitabı”, ĐTO Yayınları, (2001),
[9] www.baumueller.de , (Erişim Tarihi: Eylül 2007)
[10] Lenze.: “Servo Sürücü ve Sistem Eğitim Notları”, Lenze AG,
Deutschland, (2006)
[11] Brosch F.P.: “Variable Speed Drives for Automation’’, ISBN 3-8259-1904-8,
Vogel, (1999)
[12] Lenze.: “ Operating Instructions “, Lenze AG, Hameln, Deutschland, (2006)
[13] Magnet Sales & Manufacturing Inc.: “ High Performance Permanent
Magnets 7” (1995)
[14] http://www.ferret.com.au (Erişim Tarihi: Nisan 2007)
111
[15] Rende, H.: “ Makina Elemanları Cilt 2”, Seç Yayınevi (1997)
[16] Lenze.: “Geared motors”, Lenze AG Deutschland, Catolouge Id number
479614 , (2006)
[17] Lenze.: Redüktör eğitim notları , Lenze AG,
Deutschland , (2006)
[18] Lenze .: “CM, CMM Redüktör Kataloğu”, LSE, Lenze (2006)
[19] Vogel Antriebstechnik , “Klein Planetten Getriebe”, Wilhem Vogel Gmbh,
November (2005) .
[20] www.immakmakine.com , (Erişim tarihi: Mart 2007)
[21] Intorq .: “ Spring applied break BFK458” Intorq, Germany, (2006),
[22] Gürdal, O.: “Elektrik Makinalarının Tasarımı”, Nobel Yayınları (2001)
[23] Lenze.: “Servo Motors” , Lenze AG, Hameln, Deutschland, Id No 13045913
[24] www.rrs-web.net (Erişim Haziran 2007)
[25] Lenze.: “Three phase AC Motors” , Lenze AG, Hameln, Deutschland, (2006)
[26] Çetin, Đ.: “Asenkron Makine Problemleri”, Đstanbul Teknik Üniversitesi
Matbaası, (1993)
[27] Hübner, K. D.: “Stromrichter”, Lüneburg Üniversitat
http://huebner.uni-lg.nexam.net/vat-themes/ (Erişim Tarihi: Şubat 2007)
[28] Clarence W.de Silva.: “Mechatronics” CRC Press LLC, (2005)
[29] Cathey, J. J..: “Electric Machines”,McGraw-Hill Đnernational Series”, (2001),
ISBN 0-07-242370-6
[30] Kurbanoğlu, C.: “Makina Elemanları”, Nobel yayınları (2006)
[31] Yılmaz Redüktör.:“Mekanik Uygulamalar”, Yılmaz Redüktör, (2005)
[32] www.servosystems.com .: ( Erişim tarihi: Nisan 2007)
[33] Awtar S., Craig K.C. : “Magnetic Coupling Between DC Tachometer and
Motor and Its On Motion Control”, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy.
[34] www.novotron-online.com , (Erişim Tarihi: Eylül 2007)
[35] www.controlsciences.com , (Erişim Tarihi: Eylül 2007)
112
EKLER
EK. A-1
Ndfeb Mıknatısa Ait Teknik Değerler.
EK. A-2
Smco Mıknatısa Ait Teknik Bilgiler
113
EK. A-3
Ceramic, Alnico, Flexible a Ait Teknik Veriler.
114
EK. A-4
Mıknatıs Tiplerinin Fiyat Karşılaştırılması
EK. A-5
Mıknatıs Tiplerinin Günümüze Kadar Olan Enerji Değerleri Gelişimi
115
EK. B-1
Lenze 1 Aktarma Dişlili Helisel Dişli Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin Aktarma
Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri
EK.B-2
Lenze Marka 2 Aktarma Dişlili 03 Gövde Helisel Dişli Redüktörün Aktarma Oranı-
Dişli, Boşluğu Eğrileri
116
EK. B-3
Lenze 2 Aktarma Dişlili Helisel Dişli Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin Aktarma
Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri
EK. B-4
Lenze 3 Aktarma Dişlili Helisel Dişli Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin Aktarma
Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri
117
EK. C-1
Lenze 2 Aktarma Dişlili Şaft Montajlı Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin Aktarma
Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri
EK. C-2
Lenze 3 Aktarma Dişlili Şaft Montajlı Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin Aktarma
Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri
118
EK. D -1
Lenze 3 Aktarma Dişlili Helisel Konik Dişli Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin
Aktarma Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri
EK. D-2
Lenze 4 Aktarma Dişlili Helisel Konik Dişli Redüktörün Gövde Büyüklüklerinin
Aktarma Oranı-Dişli Boşluğu Eğrileri
119
EK. E
Redüktörlerin Servis Faktörü-Günlük Çalışma Süresi-Dur Kalk Sayısı Eğrileri
120
EK. F-1
Elektromekanik Frenlerin Büyüklüklerinin Đşletme Frekansı-Sürtünme Enerjisi
Diyagramları
121
EK. F-2
Intorq Elektromekanik Frenin Fren Büyüklüklerinin Anahtarlama Süreleri ve
Anahtarlama Enerjisi Değerleri
EK.G-1
Lenze MDSKS 071-13, 185Hz Fansız Senkron Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi
122
EK. G-2
Lenze MDFKS 071-13, 180Hz Harici Fanlı Senkron Servo Motorun Hız-Moment
Eğrisi
123
EK. G-3
Lenze MDSKA 080,70Hz Fansız Asenkron Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi
EK.G-4
Lenze MDFKA 080,60Hz Fanlı Asenkron Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi
124
EK. G-5
Lenze MDSKA 080,140Hz Asenkron Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi
EK. G-6
Lenze MDFKA 080,120Hz Harici Fanlı Asenkron Servo Motorun Hız-Moment Eğrisi
125
EK. H
Lenze Sürücünün Fonksiyon Blokları
126
EK. H DEVAMI
127
EK. H DEVAMI
128
EK. I
Lenze 9300 Serisi Servo Đnverterin Teknik Özellikleri
129
EK. I DEVAMI
ÖZGEÇMĐŞ
6 Ağustos 1981 Edirne de doğdu. Đlköğretimini Uzunköprü Cumhuriyet Đlkokulu
ve II. Murat Ortaokulunda, liseyi Uzunköprü Endüstri Teknik ve Meslek Lisesi
elektrik bölümünde tamamladı. Lisans eğitimini Marmara Üniversitesi Elektrik
Öğretmenliği bölümünde 2003 yılında tamamlamıştır. 2004 yılında Marmara
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik Eğitimi ana bilim dalında yüksek lisans
eğitimine başlamış ve 2007 yılında mezun olmuştur. 2005 yılından beri tahrik
sistemleri ve servo kontrol alanında Lenze firmasında çalışmaktadır.