من بين الأنواع المختلفة من محركات السيرفو، تبرز محركات السيرفو غير المتزامنة (الحثية) والمتزامنة كخيارات بارزة لتطبيقات مختلفة. في حين أن كلاهما يخدم نفس الغرض – لتوفير التحكم الدقيق في الموضع الزاوي والسرعة والتسارع – إلا أنهما يتمتعان بخصائص تشغيلية ومزايا وتطبيقات مميزة. ستستكشف هذه المقالة الاختلافات بين محركات السيرفو غير المتزامنة والمتزامنة، ومقارنة تصميمها ومبادئ تشغيلها وفوائدها وحالات الاستخدام المثالية.
ما هو محرك السيرفو؟
محرك السيرفو هو محرك دوار يسمح بالتحكم الدقيق في الموضع الزاوي والسرعة والتسارع. ويشمل عادةً:
- آلية المحرك (غير متزامنة أو متزامنة).
- نظام ردود الفعل (مشفر أو محلل).
- وحدة تحكم (محرك سيرفو).
يمكن تصنيف محركات السيرفو على نطاق واسع إلى فئتين: محركات سيرفو تعمل بالتيار المتردد ومحركات سيرفو تعمل بالتيار المستمر، حيث تعد محركات السيرفو التي تعمل بالتيار المتردد الخيار الأكثر شيوعًا في التطبيقات الصناعية. ومن بين محركات السيرفو التي تعمل بالتيار المتردد، نجد نوعين فرعيين رئيسيين: غير متزامنة (تحريضية) ومتزامنة.
محركات سيرفو غير متزامنة
النوع الأكثر شيوعًا من المحركات في البيئات الصناعية هو محرك السيرفو غير المتزامن، والذي يُشار إليه أحيانًا باسم محرك الحث. لا يتطابق دوار المحرك غير المتزامن أبدًا بدقة مع سرعة المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت بسبب نظرية الحث الكهرومغناطيسي التي تقوم عليها عملية تشغيله. يُعرف باسم “الانزلاق”، حيث يتقلب فرق السرعة بناءً على الحمل المطبق على المحرك.
|
|
مبدأ تشغيل محركات السيرفو غير المتزامنة
يعمل محرك السيرفو غير المتزامن، المعروف غالبًا باسم محرك السيرفو الحثي، على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. على النقيض من المحركات المتزامنة، تحتوي المحركات غير المتزامنة على دوار ينزلق أو يتأخر قليلاً عن المجال المغناطيسي للجزء الثابت.
الخصائص الرئيسية لمحركات السيرفو غير المتزامنة
- منحنى عزم الدوران والسرعة: تنتج المحركات غير المتزامنة منحنى عزم الدوران والسرعة يختلف حسب الحمل. يكون الانزلاق أكبر وتنخفض سرعة المحرك مع زيادة الحمل.
- الكفاءة: تكون المحركات غير المتزامنة أقل كفاءة بشكل عام من المحركات المتزامنة لأن الانزلاق يسبب فقدان الطاقة في شكل حرارة.
- الفعالية من حيث التكلفة: مقارنة بالمحركات المتزامنة، تكون المحركات غير المتزامنة أقل تكلفة عادةً. نظرًا لأنها لا تحتاج إلى فرش أو مغناطيسات دائمة، فإن تصميمها أبسط وتتطلب صيانة أقل.
- أداء البدء: تميل هذه المحركات إلى الحصول على عزم بدء مرتفع، وهو ما يعد ميزة في التطبيقات التي تتطلب بدء تشغيل بحمولة ثقيلة.
المتانة: تشتهر المحركات غير المتزامنة بمتانتها وقادرة على التعامل مع ظروف التشغيل القاسية.
تطبيقات محركات السيرفو غير المتزامنة
تعتبر المحركات غير المتزامنة مثالية للتطبيقات التي لا تتطلب المزامنة الدقيقة ولكن حيث يتم تقدير المتانة والفعالية من حيث التكلفة. تتضمن بعض التطبيقات النموذجية ما يلي:
- المضخات والمراوح
- أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
- أنظمة النقل
- آلات الأتمتة الأساسية
محركات السيرفو المتزامنة
تعمل محركات السيرفو غير المتزامنة والمتزامنة بطرق مختلفة. وهذا يوضح أن الدوار يتزامن مع تردد التيار الكهربائي للحفاظ على سرعة دقيقة وثابتة في ظل مجموعة من ظروف الحمل.
|
|
مبدأ تشغيل محركات السيرفو المتزامنة
يحدد تردد إمداد التيار المتردد سرعة الدوران الثابتة المطلوبة للمحركات المتزامنة. يتم إنتاج مجال مغناطيسي دوار بواسطة الجزء الثابت عند إدخال جهد التيار المتردد. في المحركات المتزامنة، يحتوي الدوار إما على مغناطيسات دائمة أو مغناطيسات كهربائية وهو مصمم للتثبيت على المجال الدوار، مما يجعل الدوار والحقل يدوران بنفس السرعة.
الخصائص الرئيسية لمحركات السيرفو المتزامنة
- التحكم الدقيق في السرعة: توفر المحركات المتزامنة التحكم الدقيق في السرعة لأن سرعة الدوار والحقل المغناطيسي للجزء الثابت متطابقان. قد تجد التطبيقات التي تحتاج إلى الحفاظ على السرعة في ظل ظروف تحميل مختلفة هذا مفيدًا بشكل خاص.
- كفاءة عالية: تكون المحركات المتزامنة أكثر كفاءة بشكل عام من المحركات غير المتزامنة لأنها لا تنزلق، وبالتالي، يتم فقد طاقة أقل في شكل حرارة.
- عزم دوران ثابت: توفر المحركات المتزامنة عزم دوران ثابت عبر مجموعة واسعة من السرعات، وهو أمر مفيد للتطبيقات التي تتطلب أداءً ثابتًا.
- تصحيح معامل القدرة: يمكن مساعدة تعديل معامل القدرة في الأنظمة الصناعية من خلال معامل القدرة الرئيسي الذي يمكن للعديد من المحركات المتزامنة العمل به.
- البناء المعقد: تميل المحركات المتزامنة إلى أن يكون لها هياكل أكثر تعقيدًا من المحركات غير المتزامنة، وقد تتطلب مكونات إضافية مثل الفرش أو أنظمة الإثارة الخارجية، اعتمادًا على التصميم.
تطبيقات محركات السيرفو المتزامنة
نظرًا لدقتها وكفاءتها العالية، تعد المحركات المتزامنة مثالية للتطبيقات عالية الأداء التي تتطلب التحكم الدقيق في السرعة والموضع. تتضمن التطبيقات الشائعة ما يلي:
- الروبوتات
- آلات CNC
- أنظمة محرك السيرفو
- معدات التصنيع عالية الدقة
- أنظمة التحكم في الحركة
المحركات المؤازرة غير المتزامنة مقابل المتزامنة: مقارنة
| الخصيصة | المحرك السيرفو غير المتزامن | المحرك السيرفو المتزامن |
| نطاق السرعة (دورة في الدقيقة) | 0-10,000 | 0-20,000 |
| الكفاءة (%) | 85-90 | 95-98 |
| مؤشر التكلفة (من 1-10) | 5 | 8 |
| البناء | بناء أبسط، مكونات أقل | بناء أكثر تعقيدًا، قد يتطلب مكونات إضافية (مثل المثير) |
| العزم (التورك) | يختلف مع الحمل، عزم أقل ثباتًا | عزم ثابت عبر نطاق من السرعات |
| التحكم | تحكم أقل دقة، مناسب للتطبيقات العامة | تحكم دقيق أكثر، مثالي للتطبيقات عالية الدقة |
الاختيار بين المحركات المؤازرة غير المتزامنة والمتزامنة
عند الاختيار بين محركات السيرفو غير المتزامنة والمتزامنة، يجب مراعاة عدة عوامل:
- متطلبات الدقة: إذا كان تطبيقك يتطلب التحكم الدقيق في السرعة والموضع، فإن محرك السيرفو المتزامن هو الخيار الأفضل. توفر المحركات المتزامنة مزامنة دقيقة مع تردد الإمداد، مما يجعلها مثالية للمهام عالية الدقة.
- اعتبارات الكفاءة: بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب التشغيل المستمر وكفاءة الطاقة العالية، فإن المحركات المتزامنة مفضلة بسبب كفاءتها العالية وناتج عزم الدوران الثابت.
- التكلفة والتعقيد: تعتبر المحركات غير المتزامنة أكثر فعالية من حيث التكلفة وأسهل في الصيانة بشكل عام، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي لا تتطلب دقة أو كفاءة شديدة.
- أداء البدء: إذا كان نظامك يتطلب عزم دوران بدء مرتفعًا أو يستخدم في تطبيقات ثقيلة، فقد توفر المحركات غير المتزامنة أداءً أفضل.
تتمتع كل من محركات السيرفو المتزامنة وغير المتزامنة بمزاياها الفريدة وهي مناسبة لأنواع مختلفة من التطبيقات الصناعية. يختار مصنعو محركات السيرفو عادةً المحركات غير المتزامنة للتطبيقات حيث تكون التكلفة والمتانة والبساطة أكثر أهمية من الدقة المطلقة، في حين تعد المحركات المتزامنة الخيار الأفضل للمهام عالية الدقة والمدفوعة بالكفاءة.