RC Szervók és azok működése
Digital, Analog, Coreless, Brushless, méretek és értékek…
Ebben a bejegyzésben a távirányítású modellek alkatrészei közül arról az építőelemről lesz szó, melyet minden esetben megtalálunk egy távirányítással rendelkező modellben.
A bejegyzés egy kicsit hosszú, de aki egyszer átrágja magát rajta, bővebb ismereteket kap a szervók működéséről, felépítéséről.
Kell valamilyen eszköz a modellünkbe, ami távirányítón általunk adott jelet, tehát például, hogy eltekertük a kormányt, vagy gázt adtunk, visszafordítják mechanikai mozgássá a modellben. Ezt a jelet a távirányító elektronikus jellé fordította, majd továbbította azt a vevőegységhez, aki pedig ezt a parancsot továbbított a szervónk felé. A szervó dolga az, hogy a vevőegységtől kapott elektronikus jelet egy valódi, fizikai mozgássá alakítsa át, vagyis mondjuk a kormányművet jobbra elfordítsa, a csűrőt elmozdítsa, a gázrudazatra kötött csúszó karburátort meghúzza, vagy átkapcsoljon valamilyen részegységet egy másik állásba. Mindezt pedig lehetőleg úgy, hogy az általunk a távirányítón keresztül adott jel precíz és pontos mozgássá váljon a modell fedélzetén.
A szervók tehát a fedélzeti elektronikáink szerves részét képezik, egy-egy modellben a funkcióktól, típustól függően egy vagy akár több szervót is találhatunk, melyek mind más-más feladatot hajtanak végre.
Mivel az elektronikus vezérlésük az irányításhoz kapcsolódik, ezért általánosságban elmondható, hogy bekötési pontjuk is a vevőben van, vagyis a távirányító-vevő párosból a fedélzeten levő elektronika megfelelő csatornájával állnak kapcsolatban. Ez a jelből újra fizikai mozgássá alakított mozgás úgynevezett proporcionális, vagyis arányos mozgás, ami azt jelenti, hogy a szervónk annyit fog elmozdulni amennyit a távirányítón az adott csatornán mozdítottunk az irányító karon, vagy kormányon. Ez nagyon fontos, hiszen a mozgás így lesz arányos a kiadott parancsunkkal.
Az RC szervók felépítésükben viszonylag egyszerű szerkezetek, mely egy nyáklapból, a hozzá kapcsolódó vezérlő elektronikából, egy egyenáramú motorból, fogaskerekekből állnak, és egy szervóházba vannak zárva. Az erőátviteli lánc utolsó fogaskerekének a tengelye ki van vezetve a házból. Erre kerül majd csatlakoztatásra a szervókar és ehhez kapcsolódnak majd a rudazatok (kormánymű pl.). Ugyanennek a fogaskeréknek az alsó része pedig egy pótméterhez van erősítve, hogy visszajelzést tudjon adni a vezérlő elektronikának.
Minden szervónak 3 vezetékes csatlakozója van. Az egyik vezeték látja el 5-6V árammal (legújabb High Voltage szervók esetén 7.4V) a szervónkat. A második vezeték a föld, a harmadik pedig a jelet továbbítja szervónk felé. Ezen a harmadik vezetéken beszélget gyakorlatilag a Vevő a Szervóval. A szervó vezeték kialakításánál a középső vezeték a pozitív vezeték, ez nem véletlenül van így, ugyanis a vevőbe adott esetben a csatlakozók kialakítása miatt fordítva is be tudjuk dugni a csatlakozókat, így viszont a legrosszabb, ami történhet az az, hogy amíg nem fordítjuk meg a csatlakozót és dugjuk be azt megfelelő módon, nem fog működni a szervó, de tönkretenni nem tudjuk majd,
Leggyakrabb RC szervó méretek
Fenti képen egy mini, micro, standard és egy nagyméretű, úgynevezett large scale (giant) szervó látható.
Ezek a micro, standard vagy large scale elnevezések azonban nem teljesen egyformák, a legtöbb gyártónál egy kis eltérés tapasztalható adott méretosztályon belül, ezért mindig érdemes a pontos méretét megnézni a kiszemelt szervónak egy ilyen ábrán, és meggyőződni arról, hogy fizikailag be fog férni oda, ahová be kívánjuk szerelni.
Legbiztosabbra a normál vagy standard méretű szervókkal mehetünk, ezek általában felfogatási pontjait tekintve stimmelnek, jóllehet adott gyártó szervójának, magának a szervóháznak a méretei kicsit eltérőek lehetnek.
Szervók sebessége, teljesítménye
A megfelelő szervó kiválasztásakor a fizikai méreten kívül a következő paraméter amire figyelnünk kell az a szervó egyéb adatai. Ilyen fontos adat a szervó sebessége és a nyomatéka.
Szervók sebességének meghatározása egyszerű. Ezt úgy adják meg a gyártók, hogy az adott szervó hány fokot fordul el adott időegység alatt. Általában azt találjuk, hogy 60 fokot fordul mondjuk 0,10 s alatt. Azt is oda szokták írni, hogy ezt hány voltos áramerősség mellett tudja, hiszen mondjuk ugyanaz a szervó 4.8V tápellátás mellett 0,12s alatt fordul 60 fokot és 6 kg nyomatékkal bír, míg ugyanez a szervó 6V tápellátás mellett 0,10s alatt fordul 60 fokot és 8,5 kg nyomatékot ad le. Minél kisebb a megadott szám a 60 fok elmozdulásra vonatkozóan, annál gyorsabb a szervónk. Minél nagyobb a kg érték, annál erősebb.
Szervó nyomaték
A szervó nyomaték értékek kevésbé egyértelműek általában de azért nem bonyolult ez sem. A fenti példánál maradva, az adott szervó 6V-os tápfeszültséggel meghajtva, maximálisan 8.5kg nyomatékot ad le a szervókaron. Ezt az értéket általában kg/cm, vagy angolszász mértékegységgel oz/in mértékegységgel adják meg. Minél nagyobb a szám, annál erősebb a szervónk.
Amennyiben van egy 20 kg-cm nyomatékra képes szervónk, és csatlakoztatunk hozzá egy 3 centiméter hosszú szervókart, akkor a szervónk a szervó tengelyétől 1 cm-re 20 kg nyomatékot ad le. Amennyiben növeljük a szervókaron a bekötési távolságot, csökken a nyomatékunk de a szervókaron a bekötési pontunk hosszabb utat tesz meg egységnyi idő alatt.
Szervó működési feszültség
Ahogy azt korábban is írtam, az, hogy milyen feszültséggel látjuk el a szervót befolyásolja általában annak teljesítményét is. A legtöbb vevőakku 4.8V vagy 6V feszültséget ad le, az új fedélzeti elektronikák engednek ennél többet is, amennyiben az egyéb komponensek és persze a szervónk képes kezelni azt. Általában igaz, hogy magasabb áramerősség mellett szervónk is nagyobb teljesítményre képes.
A HV, (high voltage),vagyis a nagyfeszültségű szervók egyre népszerűbbek. Ezeknek az adatait általában már 6.0V, 7.4V és 8.4V feszültség mellett is megadják a gyártók.
Digitális vagy Analóg Szervó?
Nem volt az olyan régen még, amikor modellezésben kizárólag analóg szervók voltak elérhetők. Mára azonban a digitális szervók nagyon elterjedtek. Az, hogy nekünk mire van szükségünk, segít eldönteni, ha kicsit jobban megnézzük a működésükből adódó különbségeket.
Elsőként, a két típus között semmilyen külső különbséget nem fogunk találni. A szervó házának mérete, a motor, a fogaskerek vagyis a fő alkotóelemei egy szervónak ugyanoly funkcióval bírnak mind a digitális, mind pedig az analóg szervók esetében. A különbség a kettő között az az, hogy hogyan dolgozzák fel a vevőből érkező jelet ezek a szervók.
Pulse Width Modulation – impulzusszélesség vezérlés
Impulzusszélesség vezérlés neve beszédes. Az információtovábbítást egy jel szélességének változtatásával érjük el. A modellezésben használt szervomotorok vezérlése 50 herzes, vagyis 20ms hosszúságú keretben zárt jelekkel vezéreljük. A keretben levő 1500 μs (1,5ms) hosszúságú jel középállásba kényszeríti a szervó karját. A gyártók eltérő mozgás-kitérésű szervókat gyártanak. Leggyakrabban használtak -60 és 60° között mozognak, és általában 1000-2000 μs jelszélességet igényelnek.
Az analóg módon működő szervók számára nem elegendő egyszer kiadni az impulzust, mert lehet, hogy a szervókar még nem érte el a végső pozícióját. Azonkívül a jel nélkül a feszültségátalakító nem táplálja a motort, így nem keletkezik nyomaték a karon. Digitális szervók esetében egy jel kiküldése elegendő. A beépített mikrokontroller gondoskodik a végső pozíció eléréséről, utána, jel hiányában azonban a digitális szervó is “ernyed”. Ezek a szervók akár 300 herzen is vezérelhetjük.
A szervók elektronikája úgy van kialakítva, hogy meg tudja határozni, a vezérjelnek megfelelő pozícióban tartózkodik-e a kar, és ha nem, akkor melyik irányba kell elmozdulnia. A PWM jel feldolgozása során a feszültségkonvertáló egység a jel alapján egy adott feszültséget állít elő. A szervóra jellemző maximális jel esetén a generált feszültség eléri a tápfeszültség értékét – ez a referencia feszültség. A szervókar tengelyére kötött pótméter a kar elfordulása során nulla és tápfeszültség közötti értéket add vissza és ezáltal egy belső monostabil oszcillátor impulzusszélességét szabályozza. Ha a bemenő jel pozitív (és általában azt alkalmazzák), akkor a monostabil jele negatív. A két jel egy komparator fokozatba kerül és a szélesebb jel különbsége kerül a kimenetre, tehát lehet + vagy – jel a komparator kimeneten meghatározva a végfok hídjának a vezérlését, tehát a motor forgási irányát. Mihelyt a két jel szélessége azonos, a komparatoron megszűnik a jel és a motor nem kap feszültséget
A digitális szervók tehát 50 herzes jelek helyett 300 herzes jelekkel vezéreljük másodpercenként. Ezek a impulzusok tehát rövidebbek, de mivel nagyobb a frekvenciájuk, a motor gyorsabban pörög fel és nagyobb a nyomatéka is. A digitális szervóknak gyorsabb a reakcióidejük, simábban pörögnek fel és jobban tartják egy pozícióban a szervókart terhelés alatt.
Természetesen ennek az erősebb, pontosabb működésnek is van hátulütője, ez pedig a magasabb ár és a nagyobb áramfogyasztás, ami a digitális szervókat illeti.
Kefés, brushless, coreless?
Kefés Motor
A villanymotor áramellátása szénkeféken keresztül történik egyenárammal.
Brushless Motor
Szénkefe nélküli motor. A motorban nem a tekercsek forognak, hanem az állandómágnesek. Előnyei jobb hatásfok, nagyobb teljesítmény kisebb méret mellett, és kevesebb hibalehetőséget is tartalmaznak. A szénkefe-kommutátor rendszert felváltja a szabályzóban található elektronikus vezérlő, ami lehet szenzoros vagy szenzor nélküli.
Coreless motor
A mag nélküli motor egy speciális formája az egyenáramú motoroknak. A motorok nem tartalmazzák a szokásos vasmagot. Ebből adódóan a forgórész súlya sokkal könnyebb, mint a hagyományos motoroknál, ezáltal a forgórész felgyorsulása sokkal gyorsabb.
Ott, ahol számít a súly, a teljesítmény és a megbízhatóság is, érdemes brushless, digitális szervót választanunk.
Pár szó még a fogaskerekekről
Leggyakrabban poliamid vagy egyéb műanyag-fogaskerekű szervókkal találkozhatunk, de szervónk belső fogaskerekei készülhetnek fémből, karbonból és az extrém terheléseknek kitett szervók akár titánból is. A jobb minőségű szervók általában csapágyazottak is egyben.
Általában a nagyobb terhelést kapó szervókat érdemesebb erősebb felépítésűek közül válogatni, illetve ott, ahol a súly számít érdemes coreless szervókat használni.
Vízállóság/cseppállóság
Ma a legtöbb szervó valamilyen mértékben már vízálló. Vannak cseppálló, vagyis kis esőt azért még kibíró, de vízben biztosan elromló szervók, és vannak waterproof, vagyis vízálló kivitelek is. Ez utóbbi sem jelenti, hogy egyéb védelem nélkül víz alatt tudnánk használni, de semmiképpen sem mennek tönkre amennyiben ránk szakad az ég modellezés közben.
A mai modern HV, digitális, brushless szervók működés közben elég sok hőt termelnek, így sokszor a szervóház vagy teljesen fém, vagy vegyesen kompozit műanyag és fém betétek együttese a jobb hűtés érdekében.
Szervót választani nem feltétlenül egyszerű feladat. Tehetünk úgy is, hogy nagy vaddal lövünk feleslegesen, ez jó megoldás, csak picit drága. Aztán persze válaszhatunk kisebb teljesítményű szervót, mint amire valóban szükségünk volna. Ez a drágább megoldás, mert a fiókunkban is lesz egy szervó! –amit nem használunk majd semmire. Azt javaslom, hogy amennyiben nem RTR autót vettünk, és ránk maradt a megfelelő fedélzeti elektronika összeállításának feladata, de még nem vagyunk tájékozottak akár csak az adott kategória, felhasználási módnak (autó, 1/8, 1/5, repülő scale modell stb.) leginkább megfelelő szervók között, kérjünk tanácsot a Modell & Hobby üzleteiben, ezzel időt, és pénzt spórolhatunk meg, illetve a legjobb megoldást tudjuk a szakértő kollégákkal együtt megtalálni.