مزايا محرك السيرفو
بصفتي خبيرًا في مجال الأتمتة، فقد شهدتُ بنفسي المزايا العديدة لمحركات السيرفو. توفر هذه الأجهزة عالية الدقة تحكمًا وكفاءةً مُحسّنتين، مما يجعلها لا غنى عنها في تطبيقات مُختلفة، سواءً في مجال الروبوتات، التحكم الرقمي بالكمبيوتر سواءً في الآلات أو أنظمة النقل، فإن استخدام محركات السيرفو له فوائد جمة. بدءًا من تحسين أوقات الاستجابة ووصولًا إلى زيادة كفاءة الطاقة، تُحسّن محركات السيرفو الأداء والإنتاجية. في هذه المقالة، سأتناول أهم مزايا محركات السيرفو وكيف يُمكنها إحداث نقلة نوعية في عملياتك.
محرك سيرفو يشير إلى المحرك الذي يتحكم في تشغيل العناصر الميكانيكية في نظام المؤازرة، وهو جهاز تغيير السرعة غير المباشر الذي يكمل المحرك. هناك بعض مزايا محرك المؤازرة، فإنه يمكن التحكم في السرعة، ودقة الموضع دقيقة للغاية، ويمكن تحويل إشارة الجهد إلى عزم الدوران والسرعة لتحريك كائن التحكم. يتم التحكم في سرعة دوار محرك المؤازرة بواسطة إشارة الإدخال، ويمكن أن تستجيب بسرعة، ويتم استخدامها كعنصر تنفيذي في نظام التحكم الآلي، ولها خصائص ثابت زمني كهروميكانيكي صغير وخطية عالية. يمكن تحويل الإشارة الكهربائية المستقبلة إلى إزاحة زاوية أو خرج سرعة زاوية على عمود المحرك. تنقسم إلى فئتين: محركات المؤازرة DC و AC، وميزتها الرئيسية هي أنه عندما يكون جهد الإشارة صفرًا، لا توجد ظاهرة دوران، وتنخفض السرعة بشكل موحد مع زيادة عزم الدوران.
جدول المحتويات
مبدأ عمل محرك السيرفو
نظام المؤازرة هو نظام تحكم أوتوماتيكي يمكّن كميات التحكم في الإخراج مثل موضع واتجاه وحالة الكائن من متابعة أي تغيير في هدف الإدخال (أو القيمة المحددة). يعتمد المؤازرة بشكل أساسي على النبضات لتحديد الموقع. بشكل أساسي، يمكن فهم أنه عندما يستقبل محرك المؤازرة نبضة، فإنه سيدور الزاوية المقابلة للنبضة لتحقيق الإزاحة. نظرًا لأن محرك المؤازرة نفسه لديه وظيفة إرسال النبضات، فإن محرك المؤازرة عند تدوير زاوية، سيتم إرسال عدد مماثل من النبضات. وبهذه الطريقة، سوف يتردد صداها مع النبضات التي يستقبلها محرك المؤازرة، أو حلقة مغلقة. وبهذه الطريقة، سيعرف النظام عدد النبضات المرسلة إلى محرك المؤازرة، وعدد النبضات المستقبلة في نفس الوقت. وبهذه الطريقة، يمكن التحكم بدقة في دوران المحرك، وذلك لتحقيق تحديد المواقع الدقيق، والذي يمكن أن يصل إلى 0.001 مم. تنقسم محركات المؤازرة DC إلى محركات بفرشاة ومحركات بدون فرشاة. تتميز المحركات الفرشية بتكلفة منخفضة، وبنية بسيطة، وعزم بدء كبير، ونطاق واسع لتنظيم السرعة، وسهولة التحكم، وتتطلب صيانة، إلا أن صيانتها (استبدال فرش الكربون) والتداخل الكهرومغناطيسي، والمتطلبات البيئية، تُعدّ من العوامل المؤثرة. لذا، يُمكن استخدامها في الاستخدامات الصناعية والمدنية الشائعة التي تتطلب تكلفة عالية.
يتميز هذا المحرك عديم الفرش بحجمه الصغير، ووزنه الخفيف، وقدرته الإنتاجية الكبيرة، وسرعة استجابته العالية، وقصره المنخفض، وسلاسة دورانه، وثبات عزم دورانه. يتميز بتحكمه المعقد، وسهولة استخدامه الذكي. كما أن طريقة التبديل الإلكتروني فيه مرنة، ويمكن استخدامه إما بموجة مربعة أو جيبية. يتميز المحرك بسهولة الصيانة، وكفاءته العالية، ودرجة حرارته المنخفضة، وإشعاعه الكهرومغناطيسي المنخفض، وعمره الطويل، ويمكن استخدامه في بيئات متنوعة.
محركات سيرفو التيار المتردد هي أيضًا محركات بدون فرش، وتنقسم إلى محركات متزامنة وغير متزامنة. تُستخدم المحركات المتزامنة حاليًا بشكل عام في التحكم في الحركة. تتميز بنطاق قدرة واسع، ويمكنها تحقيق قدرة عالية. تتميز بقصور ذاتي كبير، وسرعة دوران قصوى منخفضة، وتتناقص بسرعة مع زيادة القدرة. لذلك، فهي مناسبة للتطبيقات التي تعمل بسلاسة عند السرعات المنخفضة.
الدوار داخل محرك السيرفو عبارة عن مغناطيس دائم. تُشكّل الكهرباء ثلاثية الطور (U/V/W) التي يتحكم بها المُشغّل مجالًا كهرومغناطيسيًا. يدور الدوار تحت تأثير هذا المجال المغناطيسي. في الوقت نفسه، يُعيد مُشفّر المحرك الإشارة إلى المُشغّل. تُقارن القيم لضبط زاوية دوران الدوار. تعتمد دقة محرك السيرفو على دقة (عدد) مُشفّر الحركة.
الفرق بين محرك سيرفو التيار المتردد ومحرك سيرفو التيار المستمر بدون فرشاة من حيث الوظيفة: سيرفو التيار المتردد أفضل، لأنه يتحكم بموجة جيبية، وتذبذب عزم الدوران فيه منخفض. سيرفو التيار المستمر عبارة عن موجة شبه منحرفة، ولكنه بسيط ورخيص نسبيًا.
نطاق تطبيق محرك السيرفو
يمكن استخدام محركات سيرفو التيار المستمر في آلات الشرارة، والمناولات، والآلات الدقيقة، وغيرها. يمكن تزويدها بمشفر قياسي ومقياس سرعة دوران عالي التحليل يصل إلى 2500P/R في آن واحد، ويمكن تزويدها بعلبة تروس، مما يضمن دقة موثوقة وعزم دوران عاليين للمعدات الميكانيكية. تتميز هذه المحركات بتنظيم جيد للسرعة، ووزن وحجم الوحدة، وطاقة خرج عالية، أعلى من محركات التيار المتردد، وأعلى بكثير من محركات السائر. تذبذب عزم الدوران للهيكل متعدد المراحل ضئيل.
هناك العديد من مجالات استخدام محركات السيرفو. طالما توفر مصدر طاقة ومتطلبات دقة عالية، تُستخدم محركات السيرفو عادةً. مثل أدوات الآلات، ومعدات الطباعة، ومعدات التغليف، ومعدات النسيج، ومعدات المعالجة بالليزر، والروبوتات، وخطوط الإنتاج الآلية، وغيرها من المعدات ذات المتطلبات العالية نسبيًا لدقة العمليات، وكفاءة المعالجة، وموثوقية العمل.
مميزات محرك السيرفو
ما هي مميزات محركات السيرفو مقارنة بالمحركات الأخرى (مثل محركات السائر):
1. الدقة: تحقيق التحكم في الحلقة المغلقة للموضع والسرعة وعزم الدوران؛ التغلب على مشكلة خروج المحرك عن الخطوة؛
2. السرعة: أداء السرعة العالية جيد، وعادةً ما تصل السرعة المقدرة إلى 2000~3000 دورة في الدقيقة؛
3. القدرة على التكيف: قدرة قوية على مقاومة التحميل الزائد، قادرة على تحمل حمولة أكبر بثلاث مرات من عزم الدوران المقدر، مناسبة بشكل خاص للمناسبات التي تشهد تقلبات فورية في الحمل ومتطلبات البدء السريع؛
4. مستقر: يعمل بثبات عند السرعات المنخفضة، ولن تحدث أي حركات متدرجة مشابهة لتلك التي تحدث عند تشغيل المحركات المتدرجة. مناسب للحالات التي تتطلب استجابة عالية السرعة.
5. التوقيت: إن زمن الاستجابة الديناميكية لتسارع المحرك وتباطؤه قصير، وعادة ما يكون في حدود عشرات المللي ثانية؛
6. الراحة: يتم تقليل الحرارة والضوضاء بشكل كبير.
ببساطة: المحرك العادي الذي تراه عادةً يدور لفترة بسبب قصوره الذاتي بعد فصله، ثم يتوقف. أما محرك السيرفو ومحرك السائر، فيتوقفان عند إشارة التوقف، ويتحركان عندها، وتكون الاستجابة سريعة للغاية.
ملحوظات
1. حماية زيت محرك السيرفو والماء
يمكن استخدام محركات السيرفو في الأماكن التي تتعرض لقطرات الماء أو الزيت، ولكنها ليست مقاومة للماء أو الزيت تمامًا. لذلك، لا ينبغي وضعها أو استخدامها في بيئات ملوثة بالماء أو الزيت. في حال توصيل محرك السيرفو بترس تخفيض السرعة، يجب إضافة مانع تسرب زيت عند استخدامه لمنع دخول زيت ترس التخفيض إلى محرك السيرفو. يجب عدم غمر كابل محرك السيرفو في الزيت أو الماء.
2. يتم استخدام كابل محرك السيرفو لتقليل الضغط
تأكد من عدم تعرض الكابل لأحمال عزمية أو رأسية ناتجة عن قوى انحناء خارجية أو وزنه، خاصةً عند مخارج الكابل أو وصلاته. في حالة تحرك محرك سيرفو، يجب تثبيت الكابل (أي الكابل المُجهز بالمحرك) بإحكام على جزء ثابت (بالنسبة للمحرك). يجب تمديده بكابل إضافي مُثبت في دعامة الكابل لتقليل إجهاد الانحناء. يجب أن يكون نصف قطر كوع الكابل كبيرًا قدر الإمكان.
3. الحمل النهائي للعمود المسموح به بواسطة محرك السيرفو
تأكد من أن الأحمال الشعاعية والمحورية المطبقة على عمود محرك السيرفو أثناء التركيب والتشغيل ضمن القيم المحددة لكل طراز. يجب توخي الحذر الشديد عند تركيب وصلة صلبة، خاصةً أن أحمال الانحناء المفرطة قد تُسبب تلفًا أو تآكلًا في أطراف العمود والمحامل. يُفضل استخدام وصلة مرنة بحيث يكون الحمل الشعاعي أقل من القيمة المسموح بها، وهي مصممة لمحركات السيرفو ذات القوة الميكانيكية العالية.
4. الاهتمام بتركيب محرك المؤازرة
عند تركيب أو إزالة مكونات التوصيل من طرف عمود محرك السيرفو، لا تضرب طرف العمود مباشرةً بمطرقة. (تضرب المطرقة طرف العمود مباشرةً، مما يؤدي إلى إخراج المُشفِّر الموجود في الطرف الآخر من عمود محرك السيرفو). احرص على محاذاة طرفي العمود بشكل مثالي (قد يؤدي عدم القيام بذلك إلى اهتزاز أو تلف المحمل).
محركات السيرفو في مكابح الضغط
سواء كان محور الالتواء مكابح الضغط أو مكبس كهروهيدروليكي، عادةً ما يكون المحرك المُجهز محرك تيار متردد عادي. بالطبع، إذا كان لدى العميل متطلبات عالية لتردد ودقة الآلة، وفي الوقت نفسه يرغب في تحقيق تأثير توفير الطاقة وحماية البيئة وتقليل الضوضاء، فإننا نوصي بشدة بتركيب محركات سيرفو للجميع. سأقدم لاحقًا محتوىً محددًا يتعلق بمحركات السيرفو.
