تحليل مفصل لمحرك سيرفو DC

هناك نوعان من المحركات المؤازرة شائعة الاستخدام، تلك التي تعمل على طاقة التيار المتردد تسمى محركات مؤازرة التيار المتردد، وتلك التي تعمل على طاقة التيار المستمر تسمى محركات مؤازرة التيار المستمر. توفر هذه المقالة فقط تحليلاً مفصلاً لمحركات مؤازرة التيار المستمر.

تتمثل وظيفة محرك سيرفو في تحويل إشارة جهد الدخل إلى إزاحة زاوية أو إخراج سرعة زاوية على العمود. بمعنى آخر، يشير المحرك المؤازر إلى محرك تحكم تتغير سرعته واتجاهه مع حجم واتجاه إشارة جهد الدخل. يمكن للمحركات المؤازرة أن تحمل قدرًا معينًا من الحمولة وتكون بمثابة مشغلات في أنظمة التحكم الآلي، لذلك يطلق عليها أيضًا اسم المحركات التنفيذية.

 

يمكن تلخيص متطلبات الأداء للمحركات المؤازرة في أنظمة التحكم الآلي على النحو التالي.

 

(1) لا توجد ظاهرة الدوران الذاتي. قبل وصول إشارة التحكم، يبقى دوار المحرك المؤازر ثابتًا؛ بعد وصول إشارة التحكم، يدور الدوار بسرعة؛ عندما تختفي إشارة التحكم، يجب أن يتوقف دوار المحرك المؤازر عن الدوران على الفور. إن ظاهرة استمرار المحرك في الدوران عندما تكون إشارة التحكم صفر تسمى "الدوران الذاتي"، ويعتبر التخلص من الدوران الذاتي شرطًا ضروريًا للتشغيل الطبيعي لنظام التحكم الذاتي.

(2) جهد بدء منخفض بدون تحميل. عندما يتم تفريغ المحرك، يسمى جهد التحكم الصغير من الحالة الثابتة إلى التشغيل المستمر للدوار، بغض النظر عن موضعه، بجهد البداية. كلما كان جهد البدء أصغر، زادت حساسية المحرك.

(3) الخصائص الميكانيكية والتنظيمية الخطية جيدة، ويمكنها تنظيم السرعة بسلاسة وثبات على نطاق واسع.

(4) سريع الاستجابة. ثابت الزمن الكهروميكانيكي صغير، لذلك تتطلب المحركات المؤازرة لحظة صغيرة من القصور الذاتي.

 

1. تصنيف وهيكل المحركات المؤازرة ذات التيار المستمر

 

محرك سيرفو DC هو محرك DC ذو أغراض خاصة في أنظمة التحكم الآلي. هيكلها لا يختلف جوهريًا عن محركات التيار المستمر العامة، ويتكون أيضًا من جزأين: الجزء الثابت والدوار.

 

تتمثل وظيفة الجزء الثابت في إنشاء مجال مغناطيسي ثابت، وتم تجهيز أقطاب الجزء الثابت بملفات إثارة. في أنظمة مؤازرة التيار المستمر، يتم استخدام محركات مؤازرة التيار المستمر الكهرومغناطيسي والدائم بشكل شائع. في الوقت الحاضر، طريقة الإثارة الكهرومغناطيسية هي طريقة إثارة منفصلة، ​​ويتم تشغيل ملف المحرك والإثارة بواسطة مصدرين مستقلين للطاقة.

 

يتكون المحرك المؤازر DC ذو المغناطيس الدائم لعضو الإنتاج المجوف من الجزء الثابت الخارجي والجزء الثابت الداخلي، ويدور عضو الإنتاج المجوف في فجوة الهواء بين الجزء الثابت الداخلي والخارجي. الجزء الثابت الخارجي مصنوع من مادة مغناطيسية ناعمة كالقلب الحديدي، ومزود بملف مركز (قطبين مغناطيسيين نصف دائريين مصنوعان من المغناطيس أو ممغنطان على فولاذ مغناطيسي دائري لتوليد قطبين N وS). يتكون الجزء الثابت الداخلي من مادة مغناطيسية ناعمة أسطوانية، والتي تعمل كجزء من الدائرة المغناطيسية ويمكن أن تقلل المقاومة المغناطيسية. المحرك عبارة عن أسطوانة مجوفة على شكل كوب مصنوعة من مواد غير مغناطيسية (مثل البلاستيك)، يتم تركيبها مباشرة على عمود المحرك. لف يتكون من ترتيب أكواب مجوفة على طول المحور المحيطي ومعالجتها براتنج الإيبوكسي. يتم تطبيق مصدر الطاقة على ملف المحرك من خلال الفرش والمحولات. إن طول قلب عضو الإنتاج وقطر محرك سيرفو DC النموذجي أكبر من محرك DC العادي، وذلك بهدف تقليل عزم دوران دولاب الموازنة وتحسين سرعة الاستجابة.

 

في السنوات الأخيرة، مع تطور التكنولوجيا، ظهرت أنواع جديدة من المحركات المؤازرة التي تعمل بالتيار المستمر، مثل المحركات المؤازرة التي تعمل بالتيار المستمر بدون فرش.

 

2. مبدأ العمل لمحرك سيرفو بالتيار المستمر

 

مبدأ عمل محركات سيرفو DC هو أيضًا نفس مبدأ عمل محركات DC الصغيرة العادية. بالنسبة لمحرك سيرفو DC متحمس بشكل منفصل، إذا تم تطبيق تيار إثارة على ملف الإثارة لإنشاء مجال مغناطيسي ثابت، فسيتم توليد عزم كهرومغناطيسي عندما يمر ملف عضو الإنتاج عبر التيار، مما يتسبب في دوران العضو الدوار. عندما يفقد أحد ملفات الإثارة أو ملف عضو الإنتاج الطاقة، يتوقف المحرك على الفور عن الدوران. من خلال تغيير حجم واتجاه تيار الإثارة، يمكن تغيير سرعة واتجاه المحرك لتلبية متطلبات التحكم في محرك سيرفو. عندما يكون عزم الحمل ثابتًا، فإن الحفاظ على ثبات جهد مصدر طاقة المحرك والتحكم في سرعة المحرك عن طريق تغيير تيار الإثارة يسمى التحكم في المجال المغناطيسي؛ يُسمى الحفاظ على تيار الإثارة ثابتًا والتحكم في سرعة المحرك عن طريق تغيير جهد مصدر الطاقة بالتحكم في عضو الإنتاج. نظرًا للخصائص المثالية والدقة للأخيرة، تعتمد المحركات المؤازرة DC بشكل عام التحكم في عضو الإنتاج، والذي يستخدم جهد عضو الإنتاج كجهد إشارة التحكم، بينما يتم استخدام التحكم في المجال المغناطيسي فقط للمحركات منخفضة الطاقة.

 

مبدأ العمل الأساسي لمحرك سيرفو يعمل بالتيار المستمر هو نفس مبدأ العمل لمحرك التيار المستمر العام. عندما يتم توصيل ملف الإثارة بجهد ثابت، فإن ملف المحرك الذي يستقبل إشارة التحكم يستقبل إشارة جهد التحكم. عندما يتدفق التيار عبر ملف عضو الإنتاج، فإن التدفق المغناطيسي الناتج عنه يتفاعل مع التدفق المغناطيسي الناتج عن ملف الإثارة لتوليد عزم دوران كهرومغناطيسي، مما يتسبب في دوران عضو الإنتاج. من خلال تغيير حجم إشارة جهد التحكم، يمكن تغيير سرعة المحرك لتحقيق هدف تنظيم السرعة.

 

عند استخدام محركات سيرفو DC، يجب اتخاذ الاحتياطات التالية:

 

① عند استخدام محرك سيرفو DC يتم التحكم فيه كهرومغناطيسي، يجب توصيل طاقة الإثارة أولاً، ومن ثم يجب تطبيق جهد المحرك. أثناء التشغيل، يُنصح بتجنب انقطاع التيار الكهربائي عن ملف الإثارة قدر الإمكان لمنع تيار عضو الإنتاج الزائد وسرعة المحرك الزائدة.

② عند اختيار أشكال مختلفة من مصادر طاقة التحكم في عضو الإنتاج، من المهم ترك هامش مناسب في قدرتها.