प्रत्यक्ष ड्राइव बनाम गियर रोटरी सर्वोमोटर: डिजाइन लाभ का परिमाणीकरण: भाग 1

सीखने के मकसद

• वास्तविक दुनिया में रोटरी सर्वो प्रणालियां तकनीकी सीमाओं के कारण आदर्श प्रदर्शन से पीछे रह जाती हैं।
• कई प्रकार के रोटरी सर्वोमोटर्स उपयोगकर्ताओं के लिए लाभ प्रदान कर सकते हैं, लेकिन प्रत्येक में एक विशिष्ट चुनौती या सीमा होती है।
• प्रत्यक्ष ड्राइव रोटरी सर्वोमोटर्स सर्वोत्तम प्रदर्शन प्रदान करते हैं, लेकिन वे गियरमोटर्स की तुलना में अधिक महंगे होते हैं।

दशकों से, गियर वाले सर्वोमोटर औद्योगिक स्वचालन टूलबॉक्स में सबसे आम उपकरणों में से एक रहे हैं। गियर वाले सर्वोमोटर पोजिशनिंग, वेलोसिटी मैचिंग, इलेक्ट्रॉनिक कैमिंग, वाइंडिंग, टेंशनिंग, टाइटनिंग एप्लीकेशन प्रदान करते हैं और सर्वोमोटर की शक्ति को लोड से कुशलतापूर्वक मिलाते हैं। इससे यह सवाल उठता है: क्या गियर वाला सर्वोमोटर रोटरी मोशन तकनीक के लिए सबसे अच्छा विकल्प है, या क्या कोई बेहतर समाधान है?

एक आदर्श दुनिया में, एक रोटरी सर्वो सिस्टम में टॉर्क और स्पीड रेटिंग होगी जो एप्लिकेशन से मेल खाती है ताकि मोटर न तो ओवर-साइज़ हो और न ही अंडर-साइज़ हो। मोटर, ट्रांसमिशन तत्वों और लोड के संयोजन में अनंत टॉर्सनल कठोरता और शून्य बैकलैश होना चाहिए। दुर्भाग्य से, वास्तविक दुनिया के रोटरी सर्वो सिस्टम अलग-अलग डिग्री तक इस आदर्श से कम हैं।

एक सामान्य सर्वो सिस्टम में, बैकलैश को मोटर और लोड के बीच गति की हानि के रूप में परिभाषित किया जाता है जो ट्रांसमिशन तत्वों की यांत्रिक सहनशीलता के कारण होता है; इसमें गियरबॉक्स, बेल्ट, चेन और कपलिंग में कोई भी गति हानि शामिल है। जब मशीन को शुरू में चालू किया जाता है, तो लोड यांत्रिक सहनशीलता के बीच में कहीं तैरता रहेगा (चित्र 1ए)।

इससे पहले कि मोटर द्वारा लोड को स्थानांतरित किया जा सके, मोटर को ट्रांसमिशन तत्वों में मौजूद सभी ढीलेपन को लेने के लिए घूमना चाहिए (चित्र 1बी)। जब मोटर किसी चाल के अंत में धीमा होना शुरू करती है, तो लोड की स्थिति वास्तव में मोटर की स्थिति से आगे निकल सकती है क्योंकि गति लोड को मोटर की स्थिति से आगे ले जाती है।

मोटर को लोड को धीमा करने के लिए उस पर टॉर्क लगाने से पहले विपरीत दिशा में फिर से ढीलापन लेना चाहिए (चित्र 1C)। गति के इस नुकसान को बैकलैश कहा जाता है, और इसे आमतौर पर आर्क-मिनट में मापा जाता है, जो एक डिग्री के 1/60वें हिस्से के बराबर होता है। औद्योगिक अनुप्रयोगों में सर्वो के साथ उपयोग के लिए डिज़ाइन किए गए गियरबॉक्स में अक्सर 3 से 9 आर्क-मिनट तक के बैकलैश विनिर्देश होते हैं।

टॉर्शनल कठोरता टॉर्क के अनुप्रयोग के जवाब में मोटर शाफ्ट, ट्रांसमिशन तत्वों और लोड के मुड़ने का प्रतिरोध है। एक असीम रूप से कठोर प्रणाली रोटेशन की धुरी के बारे में कोई कोणीय विक्षेपण के बिना लोड को टॉर्क संचारित करेगी; हालांकि, एक ठोस स्टील शाफ्ट भी भारी लोड के तहत थोड़ा मुड़ जाएगा। विक्षेपण की मात्रा लागू टॉर्क, ट्रांसमिशन तत्वों की सामग्री और उनके आकार के साथ बदलती रहती है; सहज रूप से, लंबे, पतले हिस्से छोटे, मोटे हिस्सों की तुलना में अधिक मुड़ेंगे। मुड़ने का यह प्रतिरोध ही कॉइल स्प्रिंग को काम करने में सक्षम बनाता है, क्योंकि स्प्रिंग को संपीड़ित करने से तार का प्रत्येक मोड़ थोड़ा मुड़ जाता है; मोटा तार एक कठोर स्प्रिंग बनाता है। अनंत टॉर्शनल कठोरता से कम कुछ भी सिस्टम को स्प्रिंग के रूप में कार्य करने का कारण बनता है, जिसका अर्थ है कि लोड के घूमने का विरोध करने पर सिस्टम में संभावित ऊर्जा संग्रहीत होगी।

जब एक साथ मिला दिया जाता है, तो परिमित मरोड़ कठोरता और बैकलैश सर्वो सिस्टम के प्रदर्शन को काफी हद तक खराब कर सकते हैं। बैकलैश अनिश्चितता का परिचय दे सकता है, क्योंकि मोटर एनकोडर मोटर के शाफ्ट की स्थिति को इंगित करता है, न कि जहां बैकलैश ने लोड को व्यवस्थित होने दिया है। बैकलैश ट्यूनिंग समस्याओं को भी पेश करता है क्योंकि लोड और मोटर जब सापेक्ष दिशा को उलट देते हैं तो लोड मोटर से कुछ समय के लिए जुड़ता और अलग होता है। बैकलैश के अलावा, परिमित मरोड़ कठोरता मोटर और लोड की कुछ गतिज ऊर्जा को संभावित ऊर्जा में परिवर्तित करके ऊर्जा संग्रहीत करती है, जिसे बाद में जारी किया जाता है। यह विलंबित ऊर्जा रिलीज लोड दोलन का कारण बनती है, अनुनाद को प्रेरित करती है, अधिकतम उपयोग योग्य ट्यूनिंग लाभ को कम करती है और सर्वो सिस्टम की प्रतिक्रियाशीलता और व्यवस्थित होने के समय को नकारात्मक रूप से प्रभावित करती है। सभी मामलों में, बैकलैश को कम करने और सिस्टम की कठोरता को बढ़ाने से सर्वो प्रदर्शन में वृद्धि होगी और ट्यूनिंग सरल होगी।

रोटरी अक्ष सर्वोमोटर विन्यास

सबसे आम रोटरी अक्ष विन्यास एक रोटरी सर्वोमोटर है जिसमें स्थिति फीडबैक के लिए एक अंतर्निहित एनकोडर और मोटर के उपलब्ध टॉर्क और गति को लोड के आवश्यक टॉर्क और गति से मिलान करने के लिए एक गियरबॉक्स होता है। गियरबॉक्स एक स्थिर शक्ति उपकरण है जो लोड मिलान के लिए एक ट्रांसफॉर्मर का यांत्रिक एनालॉग है।

एक बेहतर हार्डवेयर विन्यास एक डायरेक्ट ड्राइव रोटरी सर्वोमोटर का उपयोग करता है, जो लोड को मोटर से सीधे युग्मित करके ट्रांसमिशन तत्वों को समाप्त करता है। जबकि गियरमोटर विन्यास अपेक्षाकृत छोटे व्यास वाले शाफ्ट के लिए युग्मन का उपयोग करता है, डायरेक्ट ड्राइव सिस्टम लोड को सीधे एक बहुत बड़े रोटर फ्लैंज से जोड़ता है। यह विन्यास बैकलैश को समाप्त करता है और टॉर्सनल कठोरता को बहुत बढ़ाता है। डायरेक्ट ड्राइव मोटर्स की उच्च पोल काउंट और उच्च टॉर्क वाइंडिंग 10:1 या उससे अधिक के अनुपात वाले गियरमोटर के टॉर्क और गति विशेषताओं से मेल खाती है।