Tutorial – Sa intelegem Servomecanismele RC
Asa cum s-a mai tot discutat, servourile RC convertesc impulsurile electrice primite de la receptor in miscare. Un servo este montat simplu in unul dintre porturile unui receptor si este folosit pentru a misca diverse componente ale modelului RC. Aceasta miscare este proportionala ceea ce inseamna ca servo-ul se va misca doar cat este actionata comanda din telecomanda.
RC Servo – Cunostinte generale
Toate servourile de RC au un cablu conector cu 3 fire. Unul dintre fire conduce curent pozitiv DC (in general intre 5 si 6V, insa servourile High Voltage pot conduce pana la 8.5Vdc). Al doilea fir este pentru pamantare si al treilea fir este firul de semnal. Receptorul comanda servo-ul practic prin al treilea fir prin semnal pulsativ on/off.
Dimensiuni
Servourile vin in geeneral in 3 diferite marimi (micro, standard, si Big scale) pentru a acomoda orice tip de model in care sunt folosite. Exista pe piata cateva variatiuni de dimensiuni in functie de aplicatii specifice, dar pentru o intelegere facila, aceste 3 dimensiuni acopera toata gama de servouri disponibile pe piata.
Viteza si Cuplu
In afara de dimensiunile fizive, al doilea lucru care ne intereseaza este cuplul si viteza pe care le dezvolta.
Viteza este masurata in timpul in care un servo se poate roti un numar exact de grade. Acest lucru a fost standardizat in general la 60 grade. In alte cuvinte, inseamna timpul in care rotita servoului face o rotatie de 60 grade. Cu cat este mai mica cifra de viteza, cu atat este mai rapid in reactii.
Spre exemplu, un servo 0.12 sec/60° inseamna ca va face 0.12 secunde pentru a roti bratul de directie sau roata la 60 grade. Acest servo ar fi de aproximativ 2 ori mai rapid decat un servo standard RTR care vine in dotarea modelelor de fabrica, care in general sunt estimate la timpi de reactie intre 0.22-0.30sec / 60 grade.
Cuplul determina forta maxima rotationala pe care servoul o poate aplica. Aceasta specificatie este masurata in kilograme per centimetru (kg/cm). cu cat este mai mare cifra, cu atat servoul va avea forta mai mare pe care o poate aplica. Un servo standard RTR, de pe modelele gata asamblate de fabrica, va avea o forta de aproximativ 4-6kg/cm. Servourile cu specificatia HIGH TORQUE vor avea putere de peste 20kg/cm.
Ce inseamna mai exact o forta de 4-6kg/cm?
Daca veti avea un brat montat pe servo de aproximativ 1cm jumatate , acesta va fi capabil sa impinga o forta de 4-6kg/cm inainte sa se blocheze. Daca vei avea un brat de servo mai scurt, atunci servo-ul va fi capabil sa impinga cu o forta mai mare. Daca va fi un brat montat pe servo mai lung, atunci servoul va impinge cu o forta mai mica. De aceea este recomandat sa folositi chei de servo cu cat mai scurte posibil, pentru ca servoul montat sa ofere putere cat mai mare.
De asemenea trebuie specificat ca viteza si cuplu sunt in general specificate la 2 voltaje comune 4.8v sau 6v. Acest lucru se traduce prin ce alimentare folositi in receptorul modelului. Desigur, alimentarea la 6V va oferi putere putin mai mare si de asemenea viteze mai reduse in actionare.
Pana si servourile High Voltage au inceput sa fie prezente pe piata cu ratinguri de pana la 8.6v. Aceste servo-uri ofera chiar mai multa viteza si cuplu si vor continua sa creasca in popularitate, deoarece majoritatea utilizatorilor au inceput sa foloseasca acumulatori Lipo 2S RX pentru receptie, iar la modelele electrice acumulatori Lipo 2s chiar si 3s si nu este nevoie de regulator de voltaj. Marea majoritate a receptoarelor 2.4GHZ au posibilitatea de a trata cu acumulatori de la 7.4v in sus.
Servouri digitale versus servouri analogice
Aceasta este discutia cea mai importanta din punctul nostru de vedere.
Pana acum doar cativa ani, singurele servouri disponibile pe piata, erau servourile analogice, dar acum avem servouri digitale. Pentru a raspunde la intrebarea, care servouri sunt mai bune pentru modelism, vom explica putin cum functioneaza fiecare si raspunsul va fi unul evident.
In primul rand, nu exista diferente fizice sau de componente intre servourile digitale si cele analogice. Carcasa, angrenajele pana sui potentiometrele au aceleasi functii si opereaza in ambele modele de servo.
Diferenta dintre cele doua este cum se transmite semnalul din receptor si cum este procesata aceasta informatie pentru a fi transmisa la motorul servoului.
Analog Servo
Un servo RC analog, controleaza viteza motorului aplicand semnale ON/OFF sau pulsatii motorului. Acest voltaj este constant (voltajul acumulatorului de la receptor, regulator de voltaj sau BEC, exact 4.8v sau 6v).
Aceasta frecventa on/off este standardizata la 50 cicluri pe secunda. Cu cat este mai lung fiecare puls, cu atat mai rapid se invarte motorul si cuplul este produs.
In acelasi fel lucreaza si motoarele electrice.
Acum ne intoarcem la servourile analogice. Pe celelalte fire nu merge voltaj spre motor. Daca o comanda de la transmitator este data sau daca este aplicata presiune externa pe axul servo, fortandu-l in afara pozitiei neutrale, un puls de durata scurta va fi transmis spre motor.
Cu cat mai mare va fi miscarea pe volan sau joystick, cu atat va fi mai lung pulsul de ON, pentru a muta servoul pe pozitia dorita.
Tineti minte ca aceste pulsuri sunt trimise de 50 ori/secunda. Acest lucru inseamna ca in o secunda, sunt 50 de ferestre de minim 20 milisecunde fiecare (50×20 = 1000 ms = 1 secunda). Cu cat este mai lung fiecare puls in aceste ferestre de 20 milisecunde, cu atat se va invarti mai repede motorul servoului si va produce cuplu mai mare.
Am inclus aceasta informatie pentru cei care doresc sa stie de se aude permanent un sunet ca un ticait din servo. Toate semnalele de puls se vor auzi printr-un ticait, inclusiv in pozitia neutrala a servoului.
Asa cum va puteti imagina, un puls foarte scurt in fiecare cele 20 milisecunde, nu va face servoul sa se miste atat de repede sau sa ii permita sa faca cuplu mare. Aceasta este problema majora a tuturor servourilor analogice: acestea nu reactioneaza rapid sau nu produc cuplu maxim cand primesc comenzi de miscare scurta/mica sau cand forte externe incearca sa le miste de pe pozitia initiala de neutral. Aceasta zona de miscare inceata sau cuplu mic, se numeste zona moarta.
Multe dintre comenzile in modelism in mod special la elicoptere sunt date cu miscari rapide si scurte in servo. Sunt foarte multe schimbari in directia servo-ului si foarte rapide, lucru ce face ca servourile analogice sa nu se ridice la pretentiile cerute.
Puteti trage si voi concluzia ca la elicoptere de exemplu sau la automodelism sportiv, pe o pista foarte ingusta, toate comenzile date in servo, vor fi scurte si rapide, ceea ce va actiona servoul analog doar in zona moarta.
Digital RC Servo
Servourile digitale in ajutor! Asa cum am spus si mai sus, servourile digitale au aceleasi componente ca si servourile analogice, inclusiv cele 3 fire care intra in receptor sunt la fel. Diferenta este data de cum e pulsat semnalul in motorul servoului.
Un microprocesor foarte mic din interiorul servoului, analizeaza semnalele trimise de receptor si le proceseaza in pulsatii de frecventa mare in motorul servoului. In loc de 50 pulsatii pe secunda ca la un servo analogic, servourile digitale trimis pana la 300 de pulsatii pe secunda. Pulsurile vor fi mai scurte in durata, dar oferind asa de multe pulsatii, motorul va ajunge la putere si viteza maxima mult mai repede si de asemenea va oferi continuitate in acestea.
Daca cumva v-ati intrebat pana acum de ce caraie servourile digitale inclusiv cand nu sunt actionate, atunci de fapt auziti pulsatiile de frecventa mare, care sunt trimise in motor.
Rezultatul este un servomecanism cu o zona moarta mult mai redusa, raspuns mai rapid, cuplu mai mare, continuitate de forta/viteza, reactii mai fine. Puteti testa diferenta conectand un servo analogic si unul digital la un receptor. Incercati sa miscati cheia de pe servoul analog din pozitia neutrala: veti observa ca veti putea sa il miscati un pic inainte ca servoul sa raspunda si sa opuna rezistenta fortei aplicate de dvs. Acum faceti acelasi lucru cu un servo digital: veti avea impresia ca echeia este lipita de corpul servoului – nu veti putea sa il miscati deloc, inainte sa opuna rezistenta.
Acum nu totul vine gratuit: un servo digital consuma mai mult decat un servo analog! Cu mult mai mult!
Da, servourile digitale sunt lihnite dupa curent. Toate aceste sute de impulsuri trimise pe secunda folosesc mai mult curent decat ar folosi un servo analog. Acest lucru in prezent nu mai inseamna mare lucru, deoarece au avansat tehnologiile de acumulatori foare mult si nu veti mai simti diferente de consum cum ati fi simtit acum cativa ani.
Deci da, servourile digitale sunt mult mai bune decat servourile analogice. Veti putea in continuare conduce un automodel sau sa zburati cu un servo analogic, insa cand veti face trecerea la un servo digital, nu va veti mai intoarce niciodata inapoi. Diferenta va fi enorma!
Ultimul lucru care ar mai trebui clarificat: referitor la cuplu/viteza de reactie – unele servouri analogice au specificatii mai bune decat cele digitale, deci de ce sa nu le alegeti pe cele analogice? Gasiti raspunsul mai sus, servourile analogice nu vor functiona la potential maxim niciodata, in cazul in care aplicati comenzi scurte si rapide in acestea. Servourile digitale sunt mult mai rapide si precise din punctul acesta de vedere.
Motoare de servo Coreless & Brushless
Multe servouri ieftine si standard (analog sau digital) folosesc motoare electrice cu 3 poli. Acesta este doar un motor standard cu 3 poli si perii – cele mai comune motoare electrice existente. Un pas deasupra acestora, sunt motoarele electrice cu 5 poli din servo. Asa cum va puteti si imagina, acestea ofera acceleratii mai rapide si cuplu mai mare din start.
Coreless Servo:
Intr-un servo coreless, miezul din otel greu este eliminat folosind un bobinaj de fire care se invart in afara magnetilor. Designul este mult mai usor, rezultand accelerari si deccelerari mai rapide. Rezultatul este un cuplu mai mare, viteza mai mare si cursivitate mai buna.
Brushless Servo
Ultima tehnologie este de a folosi motoare brushless in servo. Acesta inseamna ca servourile vor lucra la aceeasi calitate in timp. Nu mai exista perii care sa se consume si care sa trebuiasca inlocuite.
Motoarele brushless sunt mult mai eficiente: ofera mai multa viteza, mai mult cuplu si acceleratie, din nou, ridicand stacheta in cuplu, timp reactie si operare cursiva.
Rulmenti:
Veti vedea cand cautati sa achizitionati un servo, ca unele au la specificatii notati rulmentii (in general 1 sau 2). Acesti rulmenti sunt folositi pentru a angrena echeia mai usor, in schimbul folosirii de saiba simpla.
Avantajul de a avea un servo cu rulmenti este ca veti avea mult mai putina frictiune si cursivitate sporita. Din cauza vibratiilor si a incarcarilor, servourile fara rulmenti vor oferi un control mult mai putin constant.
Metal Gears & Metal Output:
Cu servourile de cuplu si viteza mare digitale, acum pe piata, s-au folosit si angrenaje complet metalice. Acestea sunt cele mai populare, datorita rezistentei in primul rand. Sunt doua puncte negatice in folosirea angrenajelor mecanice, din pacate. Greutatea este mult mai mare decat la angrenajele de nylon si se consuma mai repede decat acestea. Insa rezistenta acestora este net superioara. Marea majoritate a servourilor de calitate, au ca si piese de schimb optionale si seturi de angrenaje pentru reparatii rapide. Cele mai bune angrenaje de pe piata la ora actuala sunt cele din Titan (TG) si cele din Spring Steel (SG).
Rezistenta la apa si la praf
Unele servouri sunt capsulate pentru a preveni apa si praful sa intre in acestea. Carcasele au garnituri siliconice si oringuri pentru o izolare perfecta.
Acest lucru este evident foarte bun pentru barci si automodele conduse prin apa,noroi sau zapada.
Tehnologia servourilor va continua sa avanseze. Am creat acest tutorial pentru ca toti sa puteti intelege avantajul in folosirea de servouri aftermarket, in pofida servourilor standard de pe masinile voastre! Tineti minte ce aveti de cautat: angrenaje metalice, rulmenti, digital, motor brushless/coreless.
Speram sa va ajute acest tutorial, echipa Hpi Racing Romania.