تأتي كلمة servo من الكلمة اليونانية التي تعني عبد. يمكن فهم "محرك مؤازر" على أنه محرك يلتزم تمامًا بأمر إشارة التحكم: قبل إرسال إشارة التحكم ، يكون الدوار ثابتًا ؛ عندما يتم إرسال إشارة التحكم ، يدور الدوار على الفور ؛ عند فقدان إشارة التحكم ، يمكن أن يتوقف الدوار على الفور.
محرك سيرفو عبارة عن محرك صغير يستخدم كمشغل في جهاز التحكم الآلي ، وتتمثل وظيفته في تحويل الإشارات الكهربائية إلى إزاحة زاويّة أو سرعة زاويّة للعمود الدوار. يستخدم المحرك المؤازر ، المعروف أيضًا باسم المحرك التنفيذي ، كعنصر تنفيذي في نظام التحكم التلقائي لتحويل الإشارة الكهربائية المستلمة إلى الإزاحة الزاوية أو خرج السرعة الزاوية على عمود المحرك.
تصنيف المحركات المؤازرة
ينقسم المحرك المؤازر إلى فئتين AC servo و DC.
يشبه الهيكل الأساسي للمحرك المؤازر AC هيكل المحرك التعريفي AC (المحرك غير المتزامن). ملفان مثيران Wf ولفائف التحكم WcoWf مع 90 درجة من إزاحة مساحة الطور على الجزء الثابت متصلان بجهد تيار متردد ثابت. يتم تحقيق الغرض من التحكم في تشغيل المحرك باستخدام تغيير جهد التيار المتردد أو الطور المطبق على Wc. يتميز محرك سيرفو AC بخصائص التشغيل المستقر ، والتحكم الجيد ، والاستجابة السريعة ، والحساسية العالية ، ومؤشر اللاخطية الصارم للخصائص الميكانيكية وضبط الخصائص (أقل من 10 في المائة ~ 15 في المائة وأقل من 15 في المائة ~ 25 في المائة ، على التوالي).
مزايا وعيوب محرك سيرفو DC
المزايا: التحكم الدقيق في السرعة ، خصائص سرعة عزم الدوران صعبة للغاية ، مبدأ تحكم بسيط ، سهل الاستخدام ، سعر رخيص.
العيوب: انعكاس الفرشاة ، حد السرعة ، مقاومة إضافية ، جزيئات التآكل (غير مناسبة للبيئة المتفجرة الخالية من الغبار).
يشبه الهيكل الأساسي لمحرك سيرفو DC هيكل محرك DC العام. سرعة المحرك n=E / K1j=(Ua-iara) / K1j ، حيث E هو المحرك الخلفي القوة الدافعة الكهربائية ، K ثابت ، j هو التدفق المغناطيسي لكل قطب ، Ua و Ia هما جهد المحرك و تيار المحرك ، Ra هو مقاومة المحرك ، يغير Ua أو التغيير φ ، يمكنه التحكم في سرعة محرك سيرفو DC ، ولكن بشكل عام يستخدم طريقة التحكم في جهد المحرك. في المحرك المؤازر DC ذو المغناطيس الدائم ، يتم استبدال لف المجال بمغناطيس دائم ، ويكون التدفق المغناطيسي φ ثابتًا. يتميز محرك سيرفو DC بخصائص تنظيم خطي جيدة واستجابة زمنية سريعة.
مزايا وعيوب محرك سيرفو AC
المزايا: خصائص جيدة للتحكم في السرعة ، يمكن تحقيق التحكم السلس في منطقة السرعة بأكملها ، عدم وجود تذبذب تقريبًا ، أكثر من 90 بالمائة من الكفاءة العالية ، حرارة أقل ، تحكم عالي السرعة ، تحكم عالي الدقة في الموضع (اعتمادًا على دقة التشفير) ، عملية مصنفة المنطقة ، يمكن أن تحقق عزم دوران ثابتًا ، وقصورًا ذاتيًا منخفضًا ، وضجيجًا منخفضًا ، ولا تآكل للفرشاة ، وخالية من الصيانة (مناسبة لبيئة خالية من الغبار ، ومتفجرة).
العيوب: عنصر التحكم أكثر تعقيدًا ، وتحتاج معلمات برنامج التشغيل إلى التعديل في الموقع لتحديد معلمات PID ، الأمر الذي يتطلب المزيد من الأسلاك.
تنقسم محركات مؤازرة DC إلى محركات بدون فرش وبدون فرش.
يتميز محرك الفرشاة بمزايا التكلفة المنخفضة ، والهيكل البسيط ، وعزم الدوران الكبير ، ونطاق تنظيم السرعة الواسع ، والتحكم السهل ، والحاجة إلى الصيانة ، ولكن الصيانة المريحة (فرشاة الكربون) ، والتداخل الكهرومغناطيسي ، ومتطلبات استخدام البيئة ، وعادة ما تستخدم للمناسبات الصناعية والمدنية العامة الحساسة من حيث التكلفة.
محرك بدون فرش صغير الحجم ، خفيف الوزن ، استجابة خرج كبيرة ، سرعة عالية ، قصور ذاتي صغير ، دوران ثابت لعزم الدوران سلس ، تحكم معقد ، ذكي ، وضع تبديل إلكتروني مرن ، موجة مربعة أو تبديل موجة جيبية ، صيانة مجانية للمحرك ، كفاءة عالية وتوفير الطاقة ، الإشعاع الكهرومغناطيسي ، ارتفاع درجة الحرارة المنخفضة ، حياة طويلة ، مناسبة لجميع أنواع البيئة.
محرك سيرفو AC هو أيضًا محرك بدون فرش ، مقسم إلى محرك متزامن وغير متزامن ، ويستخدم المحرك المتزامن عمومًا في التحكم في الحركة في الوقت الحالي ، ونطاق قوته كبير ، ويمكن أن تكون الطاقة كبيرة جدًا ، وقصور ذاتي كبير ، وأعلى سرعة منخفضة ، والسرعة يتناقص بالتساوي مع زيادة الطاقة ، ومناسب للسرعة المنخفضة والتشغيل السلس
الدوار داخل محرك سيرفو هو مغناطيس دائم ، ويتحكم السائق في الكهرباء ثلاثية الطور U / V / W لتشكيل مجال كهرومغناطيسي. يدور الجزء المتحرك تحت تأثير هذا المجال المغناطيسي. في الوقت نفسه ، يرسل مشفر المحرك إشارات ارتجاعية إلى السائق ، ويقارن قيمة التغذية المرتدة بالقيمة المستهدفة ، وذلك لضبط زاوية دوران الدوار.
Q
ما هو فرق الأداء بين محرك سيرفو AC ومحرك سيرفو DC بدون فرش؟
A
أداء محرك سيرفو التيار المتردد أفضل ، لأن أجهزة التحكم بالتيار المتردد هي تحكم جيبي ، وتموج عزم الدوران صغير ؛ ومؤازرة DC بدون فرش هي عبارة عن تحكم في الموجة شبه المنحرفة. لكن التحكم المؤازر DC بدون فرش أبسط وأرخص.
أدى التطور السريع لتقنية محرك سيرفو التيار المتردد ذي المغناطيس الدائم إلى مواجهة نظام مؤازر التيار المستمر [/ p] [p=30 ، 2 ، يسار] منذ الثمانينيات ، مع تطوير الدوائر المتكاملة ، وإلكترونيات الطاقة التكنولوجيا وتكنولوجيا محرك AC متغيرة السرعة ، جعلت تكنولوجيا محرك سيرفو AC المغناطيس الدائم تطوراً رائعاً. قدم مصنعو الأجهزة الكهربائية المشهورون منتجات محركات مؤازرة AC جديدة وسلسلة محركات مؤازرة. أصبح نظام مؤازرة التيار المتردد هو اتجاه التطوير الرئيسي لنظام المؤازرة المعاصر عالي الأداء ، مما يجعل نظام أجهزة DC يواجه أزمة التخلص منه.
بالمقارنة مع محرك سيرفو DC ، فإن المحرك المؤازر AC ذو المغناطيس الدائم له المزايا التالية:
(1) لا فرشاة ومبدل ، عملية أكثر موثوقية ، لا تحتاج إلى صيانة.
(2) يتم تقليل تسخين لفائف الجزء الثابت بشكل كبير.
(3) القصور الذاتي صغير والنظام لديه استجابة سريعة جيدة.
(4) حالة العمل ذات السرعة العالية وعزم الدوران الكبير جيدة.
(5) حجم صغير وخفيف الوزن تحت نفس القوة.
مبدأ المحرك المؤازر
هيكل الجزء الثابت للمحرك المؤازر AC مشابه بشكل أساسي لهيكل المحرك غير المتزامن الطور المكثف. تم تجهيز الجزء الثابت بملفين بفارق موضع 90 درجة ، أحدهما هو ملف الإثارة Rf ، والذي يرتبط دائمًا بجهد التيار المتردد Uf ؛ الآخر هو لف التحكم L ، المتصل بجهد إشارة التحكم Uc. لذلك يسمى محرك سيرفو AC أيضًا بمحركين مؤازرين.
عادة ما يكون الجزء المتحرك لمحرك سيرفو AC مصنوعًا من نوع قفص السنجاب ، ولكن من أجل جعل المحرك المؤازر لديه نطاق سرعة واسع ، وخصائص ميكانيكية خطية ، وعدم وجود ظاهرة "دوران" وأداء استجابة سريع ، مقارنة بالمحرك العادي ، يجب أن يكون مقاومة كبيرة للدوار ولحظة صغيرة من القصور الذاتي لهاتين الخاصيتين. في الوقت الحاضر ، هناك نوعان من الهياكل الدوارة المستخدمة على نطاق واسع: أحدهما هو دوار قفص السنجاب مع قضيب توجيه عالي المقاومة مصنوع من مادة موصلة ذات مقاومة عالية. من أجل تقليل لحظة القصور الذاتي للعضو الدوار ، يتم جعل الدوار نحيفًا ؛ الآخر مصنوع من دوار كوب مجوف من سبائك الألومنيوم ، وجدار الكوب 0 فقط. 2-0. 3 مم ، دوار الكوب المجوف لديه لحظة صغيرة من القصور الذاتي ، ورد الفعل السريع ، والتشغيل السلس ، لذلك فهو واسع النطاق مستخدم.
عندما لا يحتوي محرك سيرفو التيار المتردد على جهد تحكم ، فإن الجزء الثابت يحتوي فقط على مجال مغناطيسي نابض ناتج عن ملف الإثارة ، ويكون الدوار ثابتًا. عندما يكون هناك جهد تحكم ، سيولد الجزء الثابت مجالًا مغناطيسيًا دوارًا ، والدوار على طول اتجاه دوران المجال المغناطيسي الدوار ، في حالة الحمل الثابت ، تتغير سرعة المحرك مع حجم جهد التحكم ، عندما تتغير المرحلة لجهد التحكم عكس ذلك ، سينعكس محرك سيرفو.
على الرغم من أن مبدأ العمل للمحرك المؤازر AC مشابه لمبدأ تشغيل محرك غير متزامن أحادي الطور ، إلا أن مقاومة الدوار الأول أكبر بكثير من مقاومة الأخير. لذلك ، مقارنة بالمكثف الذي يعمل بمحرك غير متزامن ، فإن المحرك المؤازر له خاصيتان مهمتان:
1. عزم دوران كبير لبدء التشغيل: نظرًا لأن مقاومة الدوار كبيرة ، فإن خصائص عزم الدوران (الخصائص الميكانيكية) أقرب إلى الخطية ، ولها عزم دوران كبير. لذلك ، عندما يكون للجزء الثابت جهد تحكم ، يدور الدوار على الفور ، أي أنه يتميز بخصائص البدء السريع والحساسية العالية.
2. نطاق تشغيل واسع: عملية سلسة ، ضوضاء منخفضة. [/ p] [p =30، 2، left] 3 ، لا توجد ظاهرة دوران: محرك سيرفو قيد التشغيل ، طالما فقد جهد التحكم ، سيتوقف المحرك عن العمل فورًا.
محرك دقيق دقيق خاص
يمكن لـ "محرك دقيق دقيق خاص" تنفيذ التعليمات المتغيرة بشكل متكرر في النظام بسرعة وبشكل صحيح ، ودفع آلية المؤازرة لإكمال العمل المتوقع للتعليمات ، والتي يمكن أن يفي معظمها بالمتطلبات التالية:
1. يمكن في كثير من الأحيان البدء ، والتوقف ، والفرامل ، والتشغيل العكسي ومنخفض السرعة ، وقوة ميكانيكية عالية ، ودرجة مقاومة حرارة عالية ، ودرجة عزل عالية.
2. قدرة استجابة سريعة جيدة ، عزم دوران كبير ، لحظة صغيرة من الجمود ، وقت صغير ثابت.
3. مع محرك وجهاز تحكم (مثل محرك سيرفو ، محرك متدرج) ، أداء تحكم جيد.
4. موثوقية ودقة عالية.
تتم مقارنة فئات المحركات الدقيقة الدقيقة وهيكلها وأدائها على النحو التالي:
محرك سيرفو التيار المتردد
(1) محرك سيرفو من نوع القفص ثنائي الطور (دوار قفص نحيف ، خصائص ميكانيكية خطية تقريبًا ، حجم صغير وتيار إثارة ، مؤازر منخفض الطاقة ، تشغيل منخفض السرعة ليس سلسًا).
(2) محرك مؤازر AC ثنائي الطور غير مغناطيسي دوار (دوار كوب مجوف ، خصائص ميكانيكية خطية تقريبًا ، حجم كبير وتيار إثارة ، مؤازر منخفض الطاقة ، تشغيل سلس بسرعة منخفضة).
(3) محرك سيرفو مغناطيسي مزدوج الكأس الدوار ذو مرحلتين (كوب دوار مغناطيسي مع خصائص ميكانيكية خطية تقريبًا ، عزم دوار كبير من القصور الذاتي ، تأثير أخدود أسنان صغير وتشغيل مستقر).
(4) محرك مؤازر AC مغناطيسي دائم متزامن (يتكون من محرك متزامن مغناطيسي دائم ، وآلة قياس السرعة ووحدة محورية لعنصر الكشف عن الموضع ، الجزء الثابت هو 3 طور أو مرحلتين ، دوار مادة مغناطيسية ، يجب أن يكون مجهزًا بسائق ؛ نطاق سرعة واسع ، الخصائص الميكانيكية من خلال منطقة عزم الدوران الثابتة ومنطقة الطاقة الثابتة ، والتوصيل المستمر ، والأداء المقابل السريع جيد ، وقوة الإخراج الكبيرة ، وتقلب عزم الدوران الصغير ؛ محرك الموجة المربعة ومحرك الموجة الجيبية بطريقتين ، أداء تحكم جيد ، لمنتجات التكامل الكهروميكانيكية).
(5) محرك سيرفو غير متزامن ثلاثي الأطوار (محرك متزامن متشابه في القفص والدوار ، يجب أن يكون مجهزًا بسائق ، تحكم ناقل ، يوسع نطاق التحكم في سرعة الطاقة الثابتة ، يستخدم في الغالب لنظام التحكم في سرعة مغزل أداة الآلة).
محرك سيرفو تيار مستمر
(1) محرك سيرفو DC متعرج مطبوع (دوار على شكل قرص ، فولاذ مغناطيسي أسطواني على شكل قرص ، عزم دوار صغير من القصور الذاتي ، بدون تأثير فتحة ، لا تأثير تشبع ، عزم دوران ناتج كبير).
(2) محرك سيرفو DC ذو جرح سلكي (دوار على شكل قرص والجزء الثابت مرتبطان محوريًا بفولاذ مغناطيسي أسطواني ، وعزم الدوار من القصور الذاتي صغير ، وأداء التحكم أفضل من محركات مؤازرة DC الأخرى ، وكفاءة عالية ، وعزم دوران خرج كبير).
(3) محرك DC مغناطيسي دائم من نوع الكأس (دوار كوب مجوف ، قصور دوار صغير ، مناسب لنظام مؤازر حركة تزايدي).
(4) محرك سيرفو DC بدون فرشات (الجزء الثابت عبارة عن لف متعدد الأطوار ، الدوار عبارة عن مغناطيس دائم ، مستشعر موضع الدوار ، لا يوجد تداخل بالشرر ، عمر طويل ، ضوضاء منخفضة).
محرك عزم الدوران
(1) محرك عزم الدوران DC (الهيكل المسطح ، عدد الأعمدة ، عدد الفتحات ، عدد لوحات الانعكاس ، عدد الموصلات المتسلسلة ؛ عزم دوران خرج كبير ، تشغيل مستمر بسرعة منخفضة أو دوران مسدود ، خصائص ميكانيكية وتنظيمية جيدة ، وقت كهروميكانيكي صغير ثابت).
(2) محرك عزم دوران DC بدون فرش (على غرار هيكل محرك سيرفو DC بدون فرش ، ولكنه مسطح ، عدد الأعمدة وعدد الفتحات من موصلات السلسلة ؛ عزم دوران ناتج كبير ، خصائص ميكانيكية وتعديل جيدة ، عمر طويل ، لا شرارة ، ضوضاء منخفضة).
(3) محرك عزم AC من النوع القفص (دوار من نوع القفص ، هيكل مسطح ، المزيد من فتحات القطب ، عزم دوران كبير لبدء التشغيل ، ثابت زمني كهروميكانيكي صغير ، يمكن أن يعمل لفترة طويلة ، خصائص ميكانيكية ناعمة).
(4) محرك عزم دوران التيار المتردد الصلبة (الدوار الصلب للمواد المغناطيسية ، الهيكل المسطح ، عدد الأعمدة والفتحات ، يمكن حظره لفترة طويلة ، التشغيل السلس ، الخصائص الميكانيكية الناعمة).
السائر المحركات
(1) محرك متدرج للتفاعل (الجزء الثابت الدوار مصنوع من صفائح فولاذية من السيليكون ، قلب الدوار ليس له لف ، الجزء الثابت لديه لف تحكم ؛ زاوية خطوة صغيرة ، تردد تشغيل وتشغيل عالي ، دقة زاوية منخفضة الخطوة ، لا عزم دوران ذاتي القفل).
(2) محرك متدرج مغناطيسي دائم (دوار مغناطيسي دائم ، قطبية مغناطيسية شعاعية ؛ زاوية الخطوة كبيرة ، تردد التشغيل والتشغيل منخفض ، يتم الحفاظ على عزم الدوران ، استهلاك الطاقة أصغر من صيغة التفاعل ، لكن الموجب والسالب يجب توفير تيار النبض.
(3) محرك متدرج هجين (دوار مغناطيسي دائم ، قطبية مغنطيسية محورية ؛ دقة عالية لزاوية الخطوة ، الحفاظ على عزم الدوران ، تيار إدخال صغير ، نوع التفاعل ومزايا نوع المغناطيس الدائم).
محرك ممانعة مبدلة (الدوار الثابت مصنوع من صفائح فولاذية من السيليكون ، ونوع قطب محدب ، ورقم قطب قريب من هيكل محرك خطوة رد فعل مسافة الخطوة متشابه ، مع مستشعر موضع الدوار ، اتجاه عزم الدوران مستقل عن الاتجاه الحالي ، نطاق السرعة صغير ، ضوضاء عالية ، الخصائص الميكانيكية بمنطقة عزم الدوران الثابتة ، منطقة القدرة الثابتة ، المنطقة المميزة للسلسلة المكونة من ثلاثة أجزاء).
محرك خطي (هيكل بسيط ، سكة التوجيه يمكن استخدامها كموصل ثانوي ، مناسب للحركة الترددية الخطية ؛ أداء مؤازر عالي السرعة ، عامل طاقة وكفاءة عاليان ، أداء سرعة ثابت ممتاز).