MOTOR SERVO: KONSTRUKSI, BAGIAN BAGIAN, JENIS, CARA KERJA & PENGGUNAAN

Motor Servo - Motor servo didefinisikan sebagai jenis aktuator linier atau putar yang menyediakan kontrol posisi presisi cepat untuk aplikasi kontrol posisi loop tertutup.

Dibandingkan dengan motor listrik industri besar, motor servo tidak cocok untuk konversi energi terus menerus. Motor ini memiliki respons kecepatan tinggi karena kelembamannya dan dirancang dengan diameter kecil dan panjang rotor yang panjang.

Motor servo memiliki mekanisme yang menggunakan umpan balik posisi untuk mengontrol kecepatan dan posisi akhir motor. Secara internal, motor servo menggabungkan motor, sirkuit umpan balik, pengontrol, dan sirkuit elektronik lainnya.

Jenis motor ini paling cocok untuk aplikasi yang lebih kecil. Dengan kemajuan mikroprosesor dan transistor daya, motor servo AC lebih sering digunakan karena kontrol akurasinya yang tinggi.

Konstruksi Motor Servo

Motor servo menggunakan encoder atau sensor kecepatan untuk memberikan umpan balik kecepatan dan posisi. Sinyal umpan balik ini dibandingkan dengan posisi perintah input (posisi motor yang diinginkan sesuai dengan beban) dan menghasilkan sinyal kesalahan (jika ada perbedaan di antara keduanya).

Sinyal kesalahan yang tersedia pada keluaran detektor kesalahan tidak cukup untuk menggerakkan motor. Jadi pendeteksi kesalahan yang diikuti oleh penguat servo menaikkan tegangan dan tingkat daya dari sinyal kesalahan dan kemudian memutar poros motor ke posisi yang diinginkan.

Pada dasarnya, motor servo dibagi menjadi motor servo AC dan DC berdasarkan suplai yang digunakan untuk pengoperasiannya. Motor servo magnet permanen yang menggunakan brush digunakan untuk aplikasi sederhana karena biayanya yang rendah, efisiensi, dan kesederhanaan kerjanya.

Bagian Bagian Motor Servo

Berikut ini adalah bagian-bagian utama dari motor servo:

1. Housing
2. Motor shaft
3. Bearings
4. Rotor
5. Stator
6. Rem
7. Snap ring
8. O ring
9. Bearing keeper
10. Encoder

1. Housing

Housing terbuat dari aluminium berlapis tebal sekitar 1 inci yang mengelilingi bagian dalam motor servo sehingga melindungi motor dari partikel eksternal. Housing dirancang agar dapat dibuka dan dipasang kembali yang cepat dan mudah.

2. Motor Shaft

Cara kerjanya mirip dengan penggerak utama, sedangkan sistem gearbox atau belt dan puli yang terpasang dapat menggunakan energi itu untuk meningkatkan torsi motor sekaligus mengurangi kecepatan motor. Motor shaft umumnya terbuat dari baja tempa dingin atau panas.

3. Bearing

Bearing dapat memberikan akurasi tinggi dan getaran yang sangat rendah ke motor. Hasilnya adalah operasi yang sangat halus dan tidak berisik. Umur bantalan dapat lebih panjang jika dilumasi dengan menggunakan gemuk.

4. Rotor

Rotor biasanya melekat pada poros motor dan ditempatkan di antara dua bantalan. Rotor adalah bagian yang bergerak dari motor servo. Dengan tegangan yang diberikan, rotor motor berputar ke arah yang diinginkan sampai kesalahannya nol.

5. Stator

Stator adalah bagian stasioner dari motor servo. Fungsi stator adalah menciptakan medan magnet yang berputar untuk menghasilkan torsi secara efisien. Stator biasanya terdiri dari 12 segmen lilitan yang dibungkus secara individual yang dihubungkan oleh kawat tembaga tunggal.

6. Rem

Rem digunakan untuk menahan motor servo pada saat mesin dimatikan atau E-stop diaktifkan, rem hanya terdiri dari beberapa bagian saja. Perlu diingat bahwa pegas akan lepas saat diberi tegangan, jadi berhati-hatilah saat melepaskan rem karena motor akan jatuh.

7. Snap Ring

Snap ring berfungsi untuk meminimalkan kerusakan pada motor dan mempertahankan posisi poros dari tumbukan langsung atau dorongan dari gaya yang tidak diinginkan. Tanpa snap ring, poros dapat dengan mudah meluncur kembali ke posisi semula.

8. O-Ring

Sebuah O-ring ditempatkan di antara dua bagian untuk membentuk seal agar cairan tidak masuk. O-ring terbuat dari polimer plastik dan pada motor servo terdiri dari beberapa o-ring.

9. Bearing Keeper

Bearing keeper adalah pelat genggam yang terletak di dekat ujung puli yang mencegah bearing terlepas dari tempatnya.

10. Encoder

Encoder adalah perangkat elektro-mekanis yang digunakan untuk mengirimkan kecepatan dan arah motor kembali ke drive. Hal ini memungkinkan operator untuk mengamati dan menyesuaikan parameter tertentu sesuai permintaan. Encoder ini memiliki bobot yang ringan dan cukup kompak.

Prinsip Kerja Motor Servo

Motor servo bekerja berdasarkan prinsip metode modulasi lebar pulsa. Dalam hal ini, sudut rotasi dikendalikan oleh durasi pulsa yang diterapkan ke pin kontrolnya. Pada dasarnya, motor servo adalah jenis motor DC yang dikendalikan oleh resistor variabel (potensiometer) dan beberapa roda gigi.

Cara Kerja Motor Servo

Motor servo DC terdiri dari motor DC, sensor posisi, gear box, dan rangkaian kontrol. Motor servo DC memiliki motor DC kecil yang digunakan untuk menggerakkan beban pada kecepatan dan posisi yang tepat.

Tegangan referensi DC diatur ke output yang diinginkan. Tegangan ini diterapkan menggunakan potensiometer dengan mengontrol lebar pulsa ke converter tegangan atau melalui pengatur waktu tergantung pada rangkaian kontrol. Tombol pada potensiometer menghasilkan tegangan terkait yang kemudian diterapkan ke error amplifier.

Di beberapa sirkuit, metode kontrol pulsa digunakan untuk membuat tegangan referensi DC yang sesuai dengan posisi atau kecepatan motor yang diinginkan. Hal ini kemudian diterapkan ke converter tegangan dengan lebar pulsa.

Melalui converter ini, kapasitor mulai mengisi dengan laju konstan ketika pulsa tinggi. Kemudian muatan pada kapasitor diumpankan ke penguat buffer ketika pulsa rendah dan muatan ini selanjutnya diterapkan ke error amplifier.

Jadi panjang pulsa menentukan tegangan yang diterapkan pada penguat kesalahan sebagai tegangan yang diinginkan untuk menghasilkan kecepatan atau posisi yang diinginkan.

Sinyal feedback yang sesuai dengan posisi beban saat ini diperoleh dengan menggunakan sensor posisi. Sensor ini biasanya berupa potensiometer yang menghasilkan tegangan yang sesuai dengan sudut mutlak poros motor melalui mekanisme roda gigi.

Mekanisme Motor Servo

Sistem servo utama terdiri dari tiga komponen dasar yaitu perangkat yang dikendalikan, sensor keluaran, dan sistem umpan balik.

Ini adalah sistem kontrol loop tertutup otomatis. Di sini, perangkat dikendalikan oleh sinyal umpan balik yang dihasilkan dengan membandingkan sinyal output dan sinyal input referensi.

Ketika sinyal input referensi atau sinyal perintah diterapkan ke sistem, itu dibandingkan dengan sinyal referensi output sistem yang dihasilkan oleh sensor output dan sinyal ketiga yang dibuat oleh sistem umpan balik.

Sinyal ketiga ini bertindak sebagai sinyal input dari perangkat yang dikendalikan. Sinyal input ke perangkat ini muncul selama ada perbedaan logis antara sinyal input referensi dan sinyal output sistem.

Setelah perangkat mencapai output yang diinginkan, tidak akan ada lagi perbedaan logis antara sinyal input referensi dan sinyal output referensi sistem.

Kemudian, sinyal ketiga yang dihasilkan dengan membandingkan sinyal-sinyal di atas tidak akan cukup untuk mengoperasikan perangkat lebih lanjut dan menghasilkan output lebih lanjut dari sistem sampai sinyal input atau sinyal perintah berikutnya diterapkan ke sistem.

Oleh karena itu tugas utama mekanisme servo adalah mempertahankan keluaran sistem pada nilai yang diinginkan dengan adanya gangguan.

Jenis Motor Servo

1. DC Servo Motor (Motor Servo DC)

Motor servo DC menggunakan sumber DC terpisah di lilitan field & lilitan armatur. Motor servo DC terdiri dari beberapa komponen yaitu motor DC kecil, potensiometer feedback, gearbox, rangkaian penggerak motor, dan loop kontrol feedback. Motor servo DC sangat mirip dengan motor DC biasa.

Kontrol motor dilakukan dengan mengontrol arus armatur atau arus field. Ini memberikan respons yang sangat tepat dan cepat terhadap sinyal perintah mulai atau berhenti karena reaktansi induktif armatur rendah. Motor ini digunakan pada mesin yang dikendalikan secara numerik terkomputerisasi.

2. AC Servo Motor (Motor Servo AC)

Motor servo AC termasuk encoder yang digunakan dengan pengontrol untuk memberikan feedback dan kontrol loop tertutup. Motor ini dapat menghasilkan akurasi tinggi dan memiliki desain toleransi yang tinggi . Beberapa desain juga menggunakan tegangan yang lebih tinggi untuk mendapatkan torsi yang lebih besar.

Motor servo AC digunakan pada otomatisasi, robotika, mesin CNC, dan aplikasi lain untuk tingkat akurasi dan keserbagunaan yang tinggi yang diperlukan.

3. Positive Rotation

Pada motor ini, poros output motor berputar 180 derajat. Motor utama terdiri dari stoper fisik yang berada di mekanisme roda gigi untuk mencegah sensor rotasi berputar. Ini biasanya terlihat di radio-controlled water, mobil yang dikendalikan radio, pesawat, robot, mainan, dan lain - lain.

4. Continuous Rotation

Continuous rotation adalah motor servo standar yang telah dimodifikasi untuk menyediakan kontrol kecepatan loop terbuka tidak seperti kontrol posisi loop tertutup yang biasa. Sinyal kontrol diinterpretasikan sebagai kecepatan dan arah putaran, bukan menentukan posisi servo.

Servo dapat memutar searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam dalam kisaran sumber perintah yang memungkinkan pada kecepatan yang bervariasi. Aplikasi tersebut terdapat pada motor penggerak pada mobile robot.

5. Linear Servo Motor (Motor Servo Linier)

Motor servo linier termasuk dalam kelas motor servo rotasi posisional, tetapi dengan satu set roda gigi tambahan untuk mengubah O/P bolak-balik. Motor servo ini jarang ditemukan tetapi terkadang digunakan sebagai aktuator pada pesawat model yang lebih tinggi.

Keuntungan Motor Servo

1. Memiliki kemampuan untuk menghasilkan daya output yang relatif tinggi terhadap ukuran dan berat motor.
2. Memiliki efisiensi tinggi dan dapat mencapai 90% pada beban ringan.
3. Memberikan torsi tinggi terhadap rasio inersia dan dapat mempercepat beban dengan cepat.
4. Memberikan operasi yang tenang, berjalan dengan lancar, dan memberikan akurasi yang tinggi.
5. Posisi motor servo dapat dikontrol lebih tepat dibandingkan dengan motor DC lainnya.

Kekurangan Motor Servo

1. Menuntut penyetelan untuk menstabilkan loop feedback.
2. Jika ada yang rusak, motor tidak bisa diandalkan. Oleh karena itu, diperlukan rangkaian proteksi.
3. Biaya sistem keseluruhan dan biaya pemasangan lebih tinggi daripada motor stepper karena perlu komponen feedback.
4. Membutuhkan pengontrol yang kompleks untuk menyediakan encoder dan dukungan elektronik.

Penggunaan Motor Servo

1. Motor servo digunakan dalam robotika untuk mengaktifkan gerakan, memberikan lengan sudut yang tepat.
2. Motor servo digunakan untuk memulai, memindahkan, dan menghentikan conveyor belt yang membawa produk bersama dengan banyak tahapan. Misalnya, pelabelan produk, pembotolan, dan pengemasan.
3. Motor servo terpasang ke dalam kamera untuk mengoreksi lensa kamera guna meningkatkan gambar yang tidak fokus.
4. Motor ini digunakan dalam kendaraan robot untuk mengendalikan roda robot, menghasilkan banyak torsi untuk bergerak, memulai dan menghentikan kendaraan dan mengontrol kecepatannya.
5. Motor servo juga digunakan dalam sistem pelacakan surya untuk mengoreksi sudut panel sehingga setiap panel surya tetap menghadap matahari. Selain itu, Motor servo juga digunakan pada mesin pembentuk dan pemotong logam untuk memberikan kontrol gerak khusus untuk mesin milling.
6. Motor servo digunakan dalam Tekstil untuk mengontrol mesin pemintalan dan tenun, mesin rajut, dan alat tenun.
7. Motor servo digunakan pada pembuka pintu otomatis untuk mengontrol pintu di tempat umum seperti supermarket, rumah sakit, dan teater.
8. Di Mobil, mekanisme servo digunakan pada power steering, sistem pengereman, dan kontrol jelajah (kecepatan).

Singkatnya, motor servo digunakan di banyak industri dan memiliki banyak keunggulan seperti yang telah dibahas di atas. Motor servo menawarkan banyak solusi mengenai masalah mekanis dan memiliki fitur yang membuatnya kuat dan efisien.