모터를 선택하는 것은 비용, 토크, 가속도, 위치 정확도, 전력 등과 같은 설계 기준에 따라 가장 어려운 작업입니다. 다양한 유형의 응용 분야에 사용할 수 있는 DC, 서보 및 스테퍼와 같은 다양한 유형의 모터가 있습니다. 그러나 서보 모터는 빠른 기능, 높은 토크 및 정확한 회전을 제공합니다. 예, 스테퍼 모터는 서보의 고성능 대안입니다. 그러나 스테퍼를 설정하는 것은 서보 모터 보다 더 복잡합니다.
서보 모터란?
서보는 네거티브 피드백 메커니즘을 사용하여 전기 신호를 제어된 동작으로 변환하는 전자기 장치입니다. 기본적으로 서보는 속도, 가속도, 선형 또는 각도 위치를 정밀하게 제어하는 액추에이터처럼 작동합니다. DC 모터, 위치 센서, 기어 트레인 및 제어 회로의 네 가지로 구성됩니다. 모터와 연결된 기어 메커니즘은 위치 센서에 피드백을 제공합니다.
서보의 모터가 DC에 의해 작동되면 DC 서보 모터라고 하고 AC에 의해 작동되면 AC 서보 모터라고 합니다. 서보 모터의 기어는 일반적으로 플라스틱으로 구성되지만 고출력 서보에서는 금속으로 구성됩니다.
많은 회사에서 제조하는 서보 모터는 FUTABA, HITECH, AIRTRONICS 및 JR RADIOS입니다. 제조는 동일하지만 커넥터 유형, 전선 색상 등이 다릅니다. 시중에는 AC, DC, 연속, 위치 및 선형 서보 모터와 같은 여러 유형의 서보가 있습니다.
서보 모터의 종류
회전 기준
- 위치 회전 서보: 위치 서보는 샤프트를 원의 약 절반으로 회전시킬 수 있습니다. 또한 회전 센서가 과도하게 회전하지 않도록 보호하는 기능이 있습니다. 위치 서보는 주로 팔다리, 로봇 팔 및 기타 여러 곳에서 사용됩니다.
- 연속 회전 서보: 연속 서보는 위치 서보와 구조가 유사합니다. 그러나 시계 방향과 시계 반대 방향으로 움직일 수 있습니다. 이러한 유형의 서보는 레이더 시스템 및 로봇에 사용됩니다.
- 리니어 서보: 다시 말하지만, 리니어 서보는 위치 서보와 비슷하지만 원형에서 앞뒤로 출력을 조정할 수 있는 추가 기어가 있습니다. 이러한 유형의 서보는 고급 모형 비행기에 사용되며 상점에서 찾기가 드뭅니다.
작동 신호 기준
아날로그 서보 모터
아날로그 서보는 PWM(펄스 폭 변조) 신호를 통해 작동됩니다. 그리고, 신호의 범위는 4.8V에서 6V이다. 이 유형의 서보에서는 서보가 정지 상태일 때 PWM이 꺼집니다. 정지 시간에 생성된 토크는 시작 시간을 비활성화합니다. 또한 아날로그 서보는 초당 50개의 펄스만 보낼 수 있습니다.
디지털 서보 모터
소형 마이크로프로세서를 사용하여 디지털 서보는 신호를 수신하고 고주파 전압 펄스에서 작동합니다. 디지털 서보는 초당 300개의 펄스를 보낼 수 있으며 이는 아날로그 서보에 비해 매우 높습니다. 디지털 서보는 더 빠른 펄스로 인해 부드러운 응답과 일관된 토크를 제공합니다. 디지털 서보는 아날로그 서보보다 더 많은 전력을 소비합니다.
작동 전력 기준
DC 서보 모터
DC 서보는 빠른 토크 응답을 제공하는 데 사용되며 영구 자석 DC 모터 또는 별도로 여자 DC 모터라고도 합니다. 빠른 토크 응답을 제공하는 이유는 토크와 플루가 분리되기 때문입니다. 따라서 전기자 전압 또는 전류의 작은 변화는 샤프트의 위치 또는 속도에 현저한 변화를 일으킬 수 있습니다. DC 서보는 모든 유형 중에서 가장 많이 사용되는 서보 모터입니다.
AC 서보 모터
AC 서보 모터에는 2상과 3상 두 가지 유형이 있습니다. 주로 2상 서보 모터가 저전력 애플리케이션에 사용됩니다. 그리고, 3상 서보는 고출력 시스템에 사용됩니다.
서보 모터의 구성
서보 모터는 다음과 같은 5 가지 부품으로 구성된 DC 모터입니다.
- 고정자 권선: 모터의 고정 부분에 감긴 권선입니다. 모터의 계자 권선이라고도 합니다.
- 로터 권선: 모터의 회전 부분에 감긴 이러한 유형의 권선. 모터의 전기자 권선이라고도합니다.
- 베어링 : 이들은 샤프트의 움직임에 사용되는 글꼴 베어링과 백 베어링의 두 가지 유형입니다.
- 샤프트 : 전기자 권선은 철봉에 결합되어 모터의 샤프트로 알려져 있습니다.
- 인코더 : 모터의 회전 속도와 모터의 분당 회전수를 결정하는 대략적인 센서가 있습니다.
서보 모터의 메커니즘
세 가지 기본 유형으로 구성됩니다.
- 제어 장치
- 출력 센서
- 피드백 시스템
서보 모터는 자동 폐쇄 루프 시스템의 현상에 대해 작동합니다. 이 폐쇄 루프 시스템에는 컨트롤러가 필요합니다. 이 컨트롤러는 비교기와 피드백 경로로 구성됩니다. 하나의 출력과 두 개의 입력이 있습니다. 여기에서 출력 신호를 생성하기 위해 비교기를 사용하여 필요한 기준 신호를 비교하고 이 출력 신호를 센서에서 감지합니다.
모터의 입력 신호를 피드백 신호라고 합니다. 피드백 신호에 따라 모터가 작동하기 시작합니다. 비교기 신호는 모터의 논리 신호라고 합니다. 모터는 논리적 차이가 더 클 때 원하는 시간 동안 ON이 되고 모터는 논리적 차이가 더 낮을 때 원하는 시간 동안 OFF가 됩니다. 기본적으로 비교기는 모터가 켜짐 또는 꺼짐을 결정하는 데 사용됩니다. 모터의 적절한 기능은 좋은 컨트롤러의 도움으로 수행 할 수 있습니다.
서보 모터 제어
서보 모터는 PWM 방식, 즉 펄스 폭 변조로 제어할 수 있습니다. 이들은 일관되지 않은 너비의 전기 신호를 모터로 보냅니다. 폭 펄스는 1 밀리 초에서 2 밀리 초의 범위에서 변화하며,이를 초당 50 회 반복하여 서보 모터로 전달합니다. 펄스의 폭은 회전축의 각도 위치를 제어합니다. 여기에는 서보 모터의 제어, 즉 최대 펄스, 최소 펄스 및 반복률을 나타내는 세 가지 용어가 사용됩니다.
예를 들어, 서보는 1 밀리 초의 펄스로 모터를 0 °로 돌리는 반면, 2 밀리 초의 펄스는 모터를 180 °로 돌리기 위해 움직입니다. 따라서 서보는 폭 90.1밀리초의 펄스로 5°로 회전합니다.
모든 서보 모터에는 3개의 와이어 또는 리드가 있습니다. 두 개의 전선은 양극 공급 및 접지 공급에서 사용되는 반면 세 번째 전선은 신호를 제어하는 데 사용됩니다.
서보 모터의 작동
서보에는 위치 센서, DC 모터, 기어 시스템, 제어 회로가 있습니다. DC 모터는 배터리에서 전원을 공급받을 때 고속 및 낮은 토크로 작동합니다. 이 속도는 DC 모터에 연결된 기어 및 샤프트 어셈블리보다 느리고 토크가 높습니다. 샤프트의 위치는 위치 센서에 의해 정해진 위치에서 감지되어 제어 회로에 정보를 제공합니다. 신호는 위치 센서의 제어 회로에 의해 디코딩되고 올바른 위치를 얻기 위해 회전 방향을 처리합니다. 4.8V에서 6V의 DC 공급이 필요합니다.
감속 기어 박스는 모터의 RPM을 감소시키는 샤프트에 연결됩니다. 감속 기어 박스의 출력 샤프트는 인코더 또는 전위차계와 연결된 모터와 동일합니다. 그런 다음 엔코더의 출력이 제어 회로에 연결됩니다. 서보 모터의 와이어도 제어 회로에 연결됩니다. 마이크로 컨트롤러를 통한 모터 제어는 제어 회로를 디코딩하는 PWM 형태의 신호를 전송하여 모터를 필요한 각도로 회전시키고 제어 회로는 모터를 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 이동시키며 이와 함께 샤프트도 원하는 방향으로 회전합니다. 인코더는 피드백 신호를 제어 회로로 보냅니다. 모터가 필요한 각도에 도달하면 제어 회로는 인코더에서 수신된 신호에 따라 모터를 정지시킵니다.
예를 들어, 모터가 30°에 있고 마이크로 컨트롤러가 모터에 각도 60°를 주면 제어 회로가 모터를 시계 방향으로 회전시킵니다. 모터가 60°에 도달하면 인코더는 제어 회로에 신호를 보내 모터를 정지시킵니다.
서보 모터의 응용
다음은 서보가 오버헤드 또는 과도하게 회전할 때 속도를 제어하는 데 사용되는 몇 가지 응용 프로그램입니다.
- 무선 조종 비행기에서 엘리베이터의 위치와 이동을 제어하는 데 사용됩니다
- 로봇의 로봇 정보 정보에서 중요한 역할을 하는데, 이는 원활한 켜기 또는 끄기와 정확한 위치 지정으로 인해 이루어집니다.
- 항공 우주 산업에서 유압유를 유지하기 위해 유압 시스템에 사용됩니다.
- 무선 조종 장난감에서도 사용됩니다.
- DVD 또는 Blue-ray 디스크 플레이어와 같은 전자 장치에서 디스크 트레이를 확장하거나 재생하는 데 사용됩니다.
- 그들은 자동차 산업에서 차량의 속도를 유지하는 데 사용됩니다.
서보 모터의 장점과 단점
장점:
- 드라이버는 모터를 회전시키려고 할 때 모터에 무거운 부하를 가할 때 모터 코일에 흐르는 전류를 증가시킵니다.
- 서보 모터에서는 고속 운전이 가능합니다.
단점:
- 비용은 더 높아집니다.
- 서보 모터는 명령 펄스에 따라 회전을 시도하지만 뒤떨어지기 때문에 정밀한 회전 제어에 적합하지 않습니다.
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