সার্ভো মোটর ও অ্যামপ্লীফায়ার

সার্ভো মোটর

সার্ভো মোটর হল একটি স্পেশাল ইলেক্ট্রোমেকানিক্যাল ডিভাইস যা কিনা সাধারনত CNC মেশিনের অ্যাক্সিস এবং স্পীন্ডলকে চালানোর জন্য বিশেষত ব্যাবহার করা হয়। এই মোটরের সাহায্যে হাই টর্ক এবং এফিসিয়েন্সি (high torque and efficiency) পাওয়া যায় খুবই কম কারেন্টের সাহায্যে এবং তুলনামুলকভাবে এই মোটরগুলি সাইজেও খুব ছোট হয়।সার্ভো মোটর সাধারনত DC বা AC বা ব্রাশলেস DC মোটর হয়। সার্ভো মোটরকে অনেকসময় কন্ট্রোল মোটরও বলা হয় কারন এটি মেকানিক্যাল সিস্টেমকে কন্ট্রোল করে থাকে। সার্ভো মোটর সর্বদা ক্লোজড-লুপ (closed-loop) সার্ভো সিস্টেমে কাজ করে। পূর্বেকার CNC মেশিনে DC এবং AC দুই ধরনের সার্ভো মোটরই ব্যাবহার করা হত, কিন্তু AC সার্ভো মোটরে DC মোটরের তুলনায় অনেক বেশী সুবিধা থাকায়, বর্তমানে বেশিরভাগ CNC মেশিনেই স্পীন্ডল এবং অ্যাক্সিস মুভমেন্টের জন্য AC সার্ভো মোটরই ব্যাবহার করা হয়। নিচে বিভিন্ন  কোম্পানির কতগুলি AC সার্ভো মোটরের ছবি দেওয়া হল।  

 

সার্ভো মোটরে সবসময়েই ফিডব্যাক সেন্সর লাগানো থাকে এবং এই ফিডব্যাক সেন্সর হিসাবে সাধারণত এনকোডার, ট্যাকো জেনারেটর এবং রিজলভার ব্যাবহার করা হয়। আগেকার সার্ভো মোটরের ভিতরে রোটরের শ্যাফটের সাথেই “পজিশান ফিডব্যাক সেন্সর” হিসাবে এনকোডার এবং মোটরের “ভেলোসিটি ফিডব্যাক সেন্সর” হিসাবে ট্যাকো জেনারেটর নামক দুটি আলাদা ডিভাইস লাগানো থাকত। কিন্তু বর্তমানে সার্ভো মোটরে এনকোডার বা রিজলভারকে একটিমাত্র ফিডব্যাক সেন্সর হিসাবে ব্যাবহার করা হয়, এবং এই এনকোডার থেকেই মোটরের পজিশান ও ভেলোসিটি এই দুটি ফিডব্যাকই নেওয়া হয়ে থাকে। কখনো কখনো সার্ভো মোটরের ভিতরে ব্রেকও ব্যাবহার করা হয়। যে সকল সার্ভো মোটরকে CNC মেশিনের ভার্টিক্যাল অ্যাক্সিসে ব্যাবহার করা হয়, সেখানে সার্ভো মোটরের ভিতরেই ব্রেক লাগানোর প্রয়োজন হয়, মেশিন বন্ধ অবস্থায় ওই ভার্টিক্যাল অ্যাক্সিসকে নিজের অবস্থানে ধরে রাখার জন্য।

 

AC সার্ভো মোটর কীভাবে কাজ করে?

সাধারন AC মোটরের তুলনায় AC সার্ভো মোটরের কর্ম পদ্ধতি কিছুটা আলাদা, এখানে মোটরের মধ্যে ম্যাগনেটিক ফোর্স জেনারেট করার জন্য পারমানেন্ট ম্যাগনেট ব্যাবহার করা হয় এবং কারেন্ট মোটরের টর্ক উৎপন্ন করে। যেহেতু AC সার্ভো মোটরে কোন ব্রাশ থাকে না, তাই এই মোটরের নয়েজ বা ভাইব্রেশানও খুব কম হয়। AC সার্ভো মোটরের স্টেটর অংশে কোর এবং মোটরের ওয়ান্ডিং থাকে এবং রোটর অংশ মোটরের শ্যাফট, রোটর কোর এবং পারমানেন্ট ম্যাগনেট দিয়ে তৈরি হয়। সার্ভো মোটরকে চালানোর জন্য প্রয়োজনীয় ভোল্টেজ সার্ভো ড্রাইভ বা সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার নামক একটি ডিভাইস থেকে দেওয়া হয়। সার্ভো মোটরের স্টেটরের কোর অংশটি একটি বিশেষ ব্যাবস্থায় তৈরি করা হয় যাতে কিনা সাধারন মোটরের তুলনায় অনেক বেশী পরিমান কয়েল এতে ওয়ান্ডিং করা যায়। এবং এর জন্য Divided core বা centralized winding এর মতো কিছু বিশেষ ব্যাবস্থা নেওয়া হয়। বর্তমানে সার্ভো মোটর তৈরিতে FEM (Finite Element Simulation) technology ব্যাবহার করা হয় যাতে সার্ভো মোটরের torque ripple এবং cogging torque অনেক কম হয় এবং সাথে সাথে মোটরের সাইজও অনেক ছোট হয়। নিচে একটি AC সার্ভো মোটর এবং তার ভিতরের অংশের ছবি দেওয়া হল।  

মোটরের রোটর অংশটি তৈরি হয় শ্যাফট, রোটর কোর এবং পারমানেন্ট ম্যাগনেট দিয়ে। রোটরে সংযুক্ত পারমানেন্ট ম্যাগনেটের ক্ষমতার উপর নির্ভর করে একই সাইজের মোটরের মধ্যেই কম বা বেশী পাওয়ার জেনারেট করা যায়। সুতরাং সার্ভো মোটরের রোটরের পারমানেন্ট ম্যাগনেট সিলেকশান একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ এবং এটিকে এমনভাবে সিলেক্ট করা হয় যাতে কিনা মোটরের cogging torque কম হয়। ফিডব্যাকের জন্য সার্ভো মোটরে সাধারনত দুই ধরেনের ডিজিটাল এনকোডার ব্যাবহার করা হয়ে থাকে। এগুলি হল অপ্টিক্যাল টাইপ এবং ম্যাগনেটিক টাইপ। যদিও অপ্টিক্যাল টাইপ এনকোডারই বেশী ব্যাবহার হয় কারন এই ধরনের এনকোডারের রেজলিউশান ম্যাগনেটিক টাইপ এনকোডারের থেকে অনেক বেশী হয়। 

 

সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার

পুর্বেই বলা হয়েছে একটি CNC মেশিনের বেসিক ফাংশানই হল সুক্ষ এবং সয়ংক্রিয়ভাবে (precise and automatic) মেশিনের অ্যাক্সিস এবং স্পীন্ডলের মুভমেন্ট করানো। সার্ভো ড্রাইভ বা সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার CNC মেশিনে ঠিক সেই কাজটিই করে। সার্ভো ড্রাইভ সিস্টেম সাধারনত কতগুলি আলাদা এলিমেন্টের সমন্বয়ে তৈরি হয়। এগুলি হল সার্ভো মোটর, সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার এবং বল-স্ক্রু। CNC কন্ট্রোলার থেকে সাধারনত সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ারে কমান্ড সিগন্যাল পাঠানো হয় এবং সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার সেই কমান্ড সিগন্যাল অনুসারে সার্ভো মোটরকে ঘোরানোর জন্য প্রয়োজনীয় ভোল্টেজ জেনারেট করে থাকে। এরপর সার্ভো মোটর, তার সাথে লাগানো বল স্ক্রুকে ঘুরিয়ে মেশিনের অ্যাক্সিসকে প্রয়োজনীয় অবস্থানে নিয়ে আসে বা মেশিনের স্পীন্ডলকে প্রয়োজনীয় rpm এ ঘুরিয়ে থাকে। অর্থাৎ CNC মেশিনের অ্যাক্সিস, স্পীন্ডল ইত্যাদিকে CNC কন্ট্রোলার থেকে প্রাপ্ত নির্দিষ্ট কমান্ড অনুসারে চালানোর জন্য সার্ভো মোটরগুলিকে প্রয়োজনীয় পাওয়ার সাপ্লাই করাই হল সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ারের মূল কাজ। আমরা জানি মেটাল কাটিং মিলিং মেশিনে মেটালকে কাটা হয় ওয়ার্ক-পিসকে মুভমেন্ট করিয়ে এবং কাটিং টুলকে ঘুরিয়ে এবং এই কাজের জন্য মেশিনের স্পীন্ডলের কন্সট্যান্ট পাওয়ার এবং মেশিনের অ্যাক্সিসের কন্সট্যান্ট টর্কের প্রয়োজন হয়। CNC মেশিনে মাইক্রোপ্রসেসর যুক্ত সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার ব্যাবহার করে স্পীন্ডলের এই “কন্সট্যান্ট পাওয়ার” এবং অ্যাক্সিসের “কন্সট্যান্ট টর্ক” পাওয়া যায়। বর্তমানে প্রায় সমস্ত CNC মেশিন তৈরি হয় হাই কন্ট্রোল অ্যাকুইরেসি সহ, এবং সাথে সাথে মেশিনের অ্যাক্সিসের ও স্পীন্ডলের জন্য ভেরিয়েবল স্পীডের ব্যাবস্থা সহ।

সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার প্রধানত দুই ধরনের হয়, অ্যাক্সিস বা ফীড সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার এবং স্পীন্ডল সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার। ফীড সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার CNC মেশিনের অ্যাক্সিসের মুভমেন্টে সর্বদা কন্সট্যান্ট টর্ক (constant torque) পাওয়ার জন্য এবং স্পীন্ডল সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার স্পীন্ডলের মুভমেন্টে সবসময় কন্সট্যান্ট পাওয়ারের (constant power) জন্য ব্যাবহার করা হয়। CNC মেশিনের আলাদা আলাদা অ্যাক্সিসের জন্য আলাদা ফীড অ্যামপ্লীফায়ার এবং স্পীন্ডলের জন্যও আলাদা সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার ব্যাবহার করা হয় এবং এই অ্যামপ্লীফায়ারগুলি সাধারনত খুবই এফিসিয়েন্ট, রিলায়েবল এবং সাইজেও ছোটো হয়। বর্তমানে প্রায় সব ধরনের CNC মেশিনেই AC সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ারই ব্যাবহার করা হয়, কারন DC সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ারের তুলনায় AC সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার ব্যাবহারের সুবিধা অনেক বেশি। নিচে CNC মেশিনে ব্যাবহৃত কায়েকটি AC সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ারের ছবি দেওয়া হল।

স্পীন্ডল সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার

CNC মেশিনে স্পীন্ডল সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার ব্যাবহার করা হয় বিশেষত হাই রোটেশনাল অ্যাকুইরেসি, Wide বা বিস্তৃত কন্সট্যান্ট পাওয়ার ব্যান্ড, স্মুদ রানিং , খুব দ্রুত ডাইনামিক রেস্পন্স এবং Large বা বিস্তৃত স্পীড রেঞ্জের জন্য। CNC মেশিনে সাধারনত দুই ধরনের স্পীন্ডল সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার ব্যাবহার করা হয়, DC স্পীন্ডল অ্যামপ্লীফায়ার এবং AC স্পীন্ডল অ্যামপ্লীফায়ার। আগেকার CNC মেশিনে DC স্পীন্ডল অ্যামপ্লীফায়ার ব্যাবহার করা হত মেশিনের স্পিন্ডলের কন্সট্যান্ট পাওয়ারের জন্য। কিন্তু বর্তমানে মাইক্রোপ্রসেসার যুক্ত AC সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার প্রায় সব রকমের CNC মেশিনেই ব্যাবহার করা হয়, কারন DC স্পীন্ডল অ্যামপ্লীফায়ারের তুলনায় AC সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ারে অনেক বেশী সুবিধা পাওয়া যায়, যেগুলির মধ্যে একটি মুখ্য সুবিধা হল AC সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার ব্যাবহার করলে CNC মেশিনের স্পীন্ডলকে “C-Axis” হিসাবেও ব্যাবহার করা যায়, কিন্তু DC স্পীন্ডল অ্যামপ্লীফায়ারের ক্ষেত্রে সেই সুবিধা পাওয়া যায় না। নিচে কয়েকটি স্পিন্ডল সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ারের ছবি দেওয়া হল।

ফীড সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার

ফীড সার্ভো অ্যামপ্লিফায়ার সাধারনত CNC মেশিনের অ্যাক্সিসগুলিকে চালনা করতে ব্যাবহার করা হয়। একটি CNC মেশিনে যতগুলি অ্যাক্সিস থাকে, সাধারনত ততগুলিই ফীড সার্ভো অ্যামপ্লিফায়ার ব্যাবহার করা হয়। CNC মেশিনে ব্যাবহৃত ফীড অ্যামপ্লীফায়ারেরও কিছু স্পেশাল characteristics রয়েছে। যেমন ফীড অ্যামপ্লীফায়ার সবসময় কন্সট্যান্ট টর্কে (constant torque) কাজ করে এবং ফীড সার্ভো মোটরের পজিশানিং ও ফীডব্যাকও এই অ্যামপ্লীফায়ারের ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ ভুমিকা পালন করে। এছাড়াও CNC মেশিনের কন্টিউরিং অপারেশান (contouring operation), যেখানে একটি নির্দিষ্ট বক্র (arc type) পাথে মেশিনের কাটিংএর জন্য মেশিনের দুটি অ্যাক্সিসের একসাথে মুভমেন্টের প্রয়োজন হয়, সেক্ষেত্রে ফীড অ্যামপ্লীফায়ারগুলি নিজেদের মধ্যে সমন্নয় সাধন করে একসাথে কাজ করে থাকে। নিচে কয়েকটি ফীড সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ারের ছবি দেওয়া হল।

DC সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার কিভাবে কাজ করে?

DC সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার বা SCR-DC ড্রাইভে একটি সিলিকন কন্ট্রোল্ড রেক্টিফায়ার বা SCR ব্যাবহার করা হয় সিঙ্গল ফেজ AC বা থ্রি ফেজ AC মেইনস থেকে কন্ট্রোল্ড রেক্টিফিকেশানের এর দ্বারা DC মোটরকে চালানোর জন্য প্রয়োজনীয় ভোল্টেজ সাপ্লাই করার জন্য। SCR বা থাইরিস্টর হল একটি সলিড স্টেট ডিভাইস যাতে তিনটি টার্মিনাল থাকে, এগুলি হল যথাক্রমে অ্যানোড, ক্যাথোড এবং গেট। CNC কন্ট্রোলার থেকে রেফারেন্স ইনপুট যখন এই সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ারের কন্ট্রোল কার্ডে পাঠানো হয় তখন ঐ কন্ট্রোল কার্ড থেকে থাইরিস্টরের গেটকে ট্রিগার করার জন্য ক্যাথোডের তুলনায় পজিটিভ ফায়ারিং পালস পাঠানো হয়। ফলে SCR বা থাইরিস্টরের ওয়ার্কিং প্রিন্সিপাল অনুযায়ী অ্যানোড এবং ক্যাথোডের মধ্যে কারেন্ট ফ্লো শুরু হয় এবং এটা ততক্ষণ চলতেই থাকে যতক্ষণ না SCR এর অ্যানোড ভোল্টেজ তুলে নেওয়া হচ্ছে বা ফায়ারিং পালসের পোলারিটি পরিবর্তন করা হচ্ছে। থাইরিস্টরের গেটে পাঠানো ফায়ারিং পালসের অ্যাঙ্গেলের উপর নির্ভর করেই সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার থেকে সার্ভো মোটরে পাঠানো অ্যাভারেজ DC ভোল্টেজ কম বা বেশী হয়ে থাকে। এই ড্রাইভের সাহায্যে থাইরিস্টরের খুব অল্প পরিমান গেট ভোল্টেজ কন্ট্রোল করেই অনেক বেশী পরিমান পাওয়ারকে কন্ট্রোল করা হয়ে থাকে। নিচে DC সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ারের একটি ব্লক ডায়াগ্রাম দেখানো হল।

AC সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ার কিভাবে কাজ করে?

যে কোন কনভেনশনাল AC মোটরের স্পীড সরাসরি নির্ভর করে AC মেইনসের ফ্রিকোয়েন্সি এবং মোটরের পোলের সংখ্যার ওপর। অর্থাৎ n = 20f/p যেখানে n = মোটরের স্পীড, f = সাপ্লাইয়ের ফ্রিকোয়েন্সি এবং p = মোটরের পোল সংখ্যা। তাই কন্সট্যান্ট পোল সংখ্যা যুক্ত কোন মোটরের স্পীড নির্ভর করে থাকে শুধুমাত্র মোটরের সাপ্লাইয়ের ফ্রিকোয়েন্সির ওপর। অর্থাৎ কন্সট্যান্ট পোল বিশিষ্ট কোন মোটরের স্পীড সহজেই কম বা বেশী করা যায় শুধুমাত্র মোটরের ইনপুট সাপ্লাইয়ের ফ্রিকোয়েন্সি কম বা বেশী করে। আবার যে কোন মোটরের V/F রেশিওকে (voltage to frequency) অবশ্যই কন্সট্যান্ট রাখতে হবে একটি নির্দিষ্ট স্পীড ব্যান্ডে ঐ মোটর থেকে কন্সট্যান্ট টর্ক পাওয়ার জন্য। যেখানে V হল AC rms ভোল্টেজ এবং f হল ঐ AC ভোল্টেজের ফ্রিকোয়েন্সি। তাই AC সার্ভো মোটরের একটি নির্দিষ্ট স্পীড ব্যান্ডে কন্সট্যান্ট টর্ক পাওয়ার জন্য সার্ভো ড্রাইভের আউটপুট ভোল্টেজের V/F রেশিওকে কন্সট্যান্ট রাখা হয়।

আমারা জানি যে কোন AC মোটরের স্পীড কম বা বেশী করা যায় মোটরের সাপ্লাই ভোল্টেজের ফ্রীকোয়েন্সি পরিবর্তন করে। AC সার্ভো ড্রাইভের সাহায্যেও AC সার্ভো মোটরের স্পীড কম বেশী করা হয় মোটরের সাপ্লাই ভোল্টেজের ফ্রীকোয়েন্সিকে পরিবর্তন করে। এক্ষেত্রে প্রথমেই AC সার্ভো ড্রাইভের ইনপুট 3 phase, AC সাপ্লাইকে DC power এ কনভার্ট করা হয়। এরপর ঐ DC power কে আবার সার্ভো ড্রাইভের মধ্যের বিভিন্ন সুইচিং মেকানিজমের সাহায্যে অ্যাডজাস্টেবল ফ্রীকোয়েন্সি 3 phase AC তে রূপান্তর করা হয় এবং সেই 3 phase AC ভোল্টেজ সার্ভো মোটরে পাঠানো হয়। এই কারনে কেউ কেউ AC সার্ভো ড্রাইভকে ইনভার্টারও বলে থাকে। নিচে AC সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ারের একটি ব্লক ডায়াগ্রাম দেখানো হল।

 

বেশিরভাগ AC সার্ভো অ্যামপ্লীফায়ারেই আউটপুট সাপ্লাইএর ফ্রীকোয়েন্সি পরিবর্তনের জন্য পালস উইদ মডুলেটেড কন্ট্রোল (pulse width modulated control) বা সংক্ষেপে PWM কন্ট্রোল সিস্টেম ব্যাবহার করা হয়। এই PWM কন্ট্রোল সিস্টেমের সার্ভো ড্রাইভের দুটি মুখ্য অংশ রয়েছে, প্রথমটি কনভার্টার এবং দ্বিতীয়টি ইনভার্টার সেকশন। নিচে প্রদত্ত ছবি থেকে বোঝা যায় সার্ভো ড্রাইভের কনভার্টার সেকশনের মুখ্য কাজই হল থ্রি ফেজ, AC লাইন ইনপুটকে রেক্টিফায়ারের সাহায্যে DC ভোল্টেজে পরিবর্তন করা। কনভার্টার থেকে প্রাপ্ত DC ভোল্টেজকে এরপর ফিল্টারিং করা হয় যাতে কিনা একটি কন্সট্যান্ট এবং স্মুদ (constant and smoothed) DC ভোল্টেজ পাওয়া যায় এবং এই স্মুদ এবং কন্সট্যান্ট DC ভোল্টেজকে এরপর সরাসরি ড্রাইভের ইনভার্টার সেকশনে পাঠানো হয়।

 
সার্ভো ড্রাইভের ইনভার্টার সেকশান AC আউটপুট ভোল্টেজ জেনারেট করে  সার্ভো মোটরে পাঠানোর জন্য। ড্রাইভের ইনভার্টার সেকশানের মধ্যে পজিটিভ ও নেগেটিভ সুইচিং এর ফলে গ্রুপ অফ ভোল্টেজ পালস (groups of voltage pulses) তৈরি হয় (পূর্বের ছবিতে দ্রষ্টব্য)। PWM ড্রাইভের আউটপুট ভোল্টেজের ফ্রিকোয়েন্সি কন্ট্রোল করা হয় আউটপুট ভোল্টেজের একটি হাফে পজিটিভ পালস এবং অপর হাফে নেগেটিভ পালস পাঠিয়ে। এবং আউটপুট ভোল্টেজের প্রতিটি হাফের পালসগুলির উইদ (widths) কম বা বেশি করে আউটপুট ভোল্টেজের ভ্যালু ঠিক করা হয়। যেমন আউটপুট ভোল্টেজের ন্যারো ভোল্টেজ পালস (narrow voltage pulse) মানে লোয়ার ভোল্টেজ ভ্যালু এবং ওয়াইডার ভোল্টেজ পালস (wider voltage pulses) মানে হায়ার ভোল্টেজ ভ্যালু। আউটপুট ভোল্টেজের পালসের এই কম বা বেশি করার প্রক্রিয়াকেই বলা হয় পালস উইদ মডুলেটেড কন্ট্রোল বা সংক্ষেপে PWM control. আগের ছবিটিতে কেবলমাত্র ছটি পালস দেখানো হয়েছে ভোল্টেজের প্রতিটি হাফ সাইকেলে। আউটপুট ভোল্টেজের একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সির জন্য অপটিমাম নাম্বারের পালস এবং পালস উইদ তৈরি করা হয় যাতে কিনা ড্রাইভের আউটপুট ভোল্টেজ পিওর সাইন ওয়েভের খুব কাছাকাছি যায়।

CNC মেশিনে যদি দুই, তিন বা তার বেশি সংখ্যক ড্রাইভ ব্যাবহার করা হয়, তবে আলাদা আলাদা পাওয়ার কনভার্টার ইউনিটের বদলে কখনও কখনও একটিই মাত্র পাওয়ার কনভার্টার ইউনিট ব্যাবহার করা হয় এবং সেক্ষেত্রে ঐ পাওয়ার কনভার্টারের আউটপূট ভোল্টেজ একটি DC Bus এ ফেলা হয় এবং সমস্ত ড্রাইভের ইনভার্টার সেকশন ঐ DC Bus থেকে প্রয়োজনীয় DC ভোল্টেজ ইনপুট হিসাবে নিয়ে থাকে। নিচের ছবিতে একটিই পাওয়ার কনভার্টারের সাথে কিভাবে তিনটি সার্ভো ড্রাইভের সংযোগ থাকে তা দেখানো হল।

সার্ভো ড্রাইভের ব্রেকিং ব্যাবস্থা কি?

CNC মেশিনে ব্যাবহৃত সার্ভো মোটরগুলিতে ব্রেকিং একটি অতি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় এবং সকল সার্ভো ড্রাইভেই ব্রেকিং সিস্টেম ব্যাবহার করা হয়। সার্ভো মোটর দ্বারা চালিত মেশিনের অ্যাক্সিস বা স্পীন্ডল চলতে চলতে সর্বদা তাদের ঠিক ঠিক কমান্ড পজিশানে অথবা পাওয়ার ফেলিওর বা ইমারজেন্সি অবস্থার ক্ষেত্রে অবশ্যই একটি নির্দিষ্ট দূরত্বের মধ্যে থামাতে হয়। নতুবা মেশিনের অ্যাক্সিস বা স্পীন্ডলের সবসময়েই overshoot হবার সম্ভাবনা থেকে যায়। সার্ভো ড্রাইভে ব্রেকিং ব্যাবস্থা সাধারনত দুই ধরনের হয়ে থাকে। প্রথমটি ডাইনামিক ব্রেকিং (Dynamic Breaking) এবং অপরটি রিজেনারেটিভ ব্রেকিং (Regenerative Breaking)।

ডাইনামিক ব্রেকিং (Dynamic Breaking) - এই ধরেনের ব্রেকিং ব্যাবস্থায় যখন মোটরের ব্রেকিং এর প্রয়োজন হয় তখন মোটরের আর্মেচারের প্রান্তগুলিকে কন্টাক্টরের সাহায্যে একটি ডাইনামিক ব্রেকিং রেজিষ্টরের (Dynamic Breaking Resistor or DBR) সাথে সংযোগ করা হয়। এর ফলে মোটরের মধ্যে সঞ্চিত কাইনেটিক এনার্জি (kinetic energy) ঐ ডাইনামিক ব্রেকিং রেজিষ্টরের মধ্যে হিট এর ফর্মে পরিবর্তিত হয়ে যায় এবং এই সময় মোটরের মধ্যে একটি রিভার্স টর্ক জেনারেট হয় যা কিনা মোটরেটিকে খুব দ্রুত থামতে সাহায্য করে। এই ধরনের ব্রেকিং ব্যাবস্থা CNC মেশিনের পাওয়ার ফেইলিওর এবং ইমারজেন্সি অবস্থার ক্ষেত্রে খুবই ফলদায়ক হয়।

রিজেনারেটিভ ব্রেকিং (Regenerative Breaking) - এই ব্যাবস্থায় মোটরের ব্রেকিং এর জন্য সার্ভো ড্রাইভের মধ্যেই পাওয়ার সেকশনের ফায়ারিং পালসের সিকোয়েন্স খুব অল্প সময়ের জন্য পাল্টে (change the sequence of firing pulses) দেওয়া হয়। এবং এর ফলে ড্রাইভ থেকে মোটরে পাঠানো পাওয়ারের ফেজ সিকোয়েন্সও পাল্টিয়ে যায়, ফলে মোটরের মধ্যেই অল্প সময়ের জন্য একটি রিভার্স মুভমেন্ট কাজ করে এবং মোটরটিকে দ্রুত থামতে সাহায্য করে। মোটরে পাঠানো সাপ্লাইয়ের এইরকম হঠাৎ পরিবর্তনের ফলে যাতে মোটরের কোন ক্ষতি না হয় তার জন্য সার্ভো ড্রাইভের মধ্যেই একটি র‍্যাম্প নেটওয়ার্ক (ramp network) ব্যাবহার করা হয়ে থাকে। তবে রিজেনারেটিভ ব্রেকিং শুধুমাত্র সম্পুর্ণরুপে কন্ট্রোলড সার্ভো ড্রাইভের ক্ষেত্রেই করা সম্ভব।

 

সার্ভো সিস্টেম কি এবং এটি কিভাবে কাজ করে?

পূর্বের ছবি অনুযায়ী AC সার্ভো মোটর কে চালানোর জন্য CNC কন্ট্রোলার থেকে একটি রেফারেন্স ইনপুট সার্ভো অ্যামপ্লিফায়ারে পাঠানো হয় যার উপর নির্ভর করে মোটরের স্পীড কম বা বেশী হয়ে থাকে। এবং সার্ভো অ্যামপ্লিফায়ার ঐ রেফারেন্স ইনপুট অনুযায়ী প্রয়োজনীয় স্পীড পাওয়ার জন্য সার্ভো মোটরে প্রয়োজনীয় ভোল্টেজ পাঠিয়ে থাকে। সার্ভো অ্যামপ্লিফায়ার থেকে প্রাপ্ত এই ভোল্টেজকে PWM voltage বা Pulse Width Modulated Voltage বলা হয়। সার্ভো অ্যামপ্লিফায়ার থেকে প্রাপ্ত এই PWM ভোল্টেজের অ্যামপ্লিচিউড এবং ফ্রিকোয়েন্সি দুইই পরিবর্তন করা হয়ে থাকে।

সার্ভো মোটরের রোটর বা শ্যাফটের সাথে একটি এনকোডার বা রিজলভার ফীডব্যাক ডিভাইস হিসাবে লাগানো থাকে। এই ফীডব্যাক ডিভাইসটি মোটরের মেকানিক্যাল মোশানকে ইলেক্ট্রিক্যাল সিগন্যালে রুপান্তর করে। আগের ছবি অনুযায়ী এই ইলেক্ট্রিক্যাল সিগন্যাল সার্ভো অ্যামপ্লিফায়ারে অবস্থিত এরর ডিটেক্টরে (error detector) ফীডব্যাক হিসাবে পাঠানো হয়। এরপর এরর ডিটেক্টর এনকোডার বা রিজলভার থেকে প্রাপ্ত ফীডব্যাক এবং রেফারেন্স ইনপুটের মধ্যে কম্পেয়ার (compare) করে এবং এই কম্পেয়ারের ফলে যদি কোনো ভুল বা এরর (error) উৎপন্ন হয় তবে এরর ডিটেক্টর তৎক্ষণাৎ সেটি সরাসরি অ্যামপ্লিফায়ারে পাঠিয়ে দেয় এবং অ্যামপ্লিফায়ার সার্ভো মোটরকে ঘোরানোর জন্য প্রয়োজনীয় ভোল্টেজের পরিবর্তন করে। বেশীরভাগ সার্ভো সিস্টেমেই ভেলোসিটি এবং পজিশান দুটোই মনিটরিং করা হয়। অর্থাৎ সেক্ষেত্রে ভেলোসিটি এবং পজিশান দুটো ক্ষেত্রেই দুটি আলাদা এরর ডিটেক্টর কাজ করে। সুতরাং এটি একটি ক্লোজড লুপ সিস্টেমে কাজ করে, এবং এই সম্পুর্ণ ব্যাবস্থাটিকেই সার্ভো সিস্টেম বলা হয়। নিচে CNC  মেশিনের কন্ট্রোলার এবং সার্ভো অ্যামপ্লিফায়ার ও মোটরের সংযোগ ব্যাবস্থা দেখানো হল।