المحركات

محرك السيرفو

ما هو محرك السيرفو؟

محرك السيرفو هو أحد المحركات الكهربائية الأكثر أهمية التي يمكنها تدوير جسم بدقة وسرعة عالية لديه الكثير من التطبيقات خصوصا في الطائرات والسيارات. لكن هذا المحرك يختلف عن المحركات الأخرى لأنه لا يدور في دوران كامل بشكل مستمر لذلك الوظيفة الأساسية لمحرك السيرفو تدور المحور بزاوية بقيمة معينة. محرك السيرفو هو ببساطة محرك تيار مستمر أو محرك تيار متردد ولكن مع وحدة تحكم للحصول على زوايا محددة. يتم استخدام محرك السيرفو في أجهزة السيارات الكبيرة والاسلكية وفي اجنحة وذيل الطائرات تحديدا للسيطرة على الدفة، المصعد، الجنيحات. عادة ، يتم تصنيف محركات السيرفو بالكيلوغرام / سم مما يعني مقدار الحمولة أو الوزن الذي يمكن رفعه بمحرك سيرفو على مسافة محددة. إذا كان محرك سيرفو الخاص بك مقداره 12 كجم / سم ، فإن محرك السيرفو يجب أن يرفع وزن 12 كجم عن عمود محركك لمسافة 1سم.


مكونات محرك السيرفو

يتكون محرك سيرفو من نظام كهربائي وميكانيكي ، والمكونات هي كما يلي:

  • دائرة تحكم وذلك للتحكم في الزوايا.
  • علبة تروس لتحويل عزم الدوران والسرعة بحيث تقلل دورة في الدقيقة وزيادة عزم الدوران.
  • ثلاثة أسلاك (VCC ، الأرضي ، إشارة التحكم).
  • غطاء صلب لحماية العناصر الداخلية.

محرك سيرفو هو نظام يمثل تحكم مغلقة حيث يستخدم حساس (لتكوين نظام تحكم مغلق) للتحكم في مكان المحور الدوار النهائي الخاص بمحرك السيرفو ، وذلك من مقارنة إشارة الخرج وإشارة الدخل يمكننا  معرفة خطأ الإشارة للسيطرة على محرك سيرفو. لاحظ أن: في أنظمة التحكم ، نقوم بمقارنة المدخلات والمخرجات واستناداً إلى القيمة الجديدة التي نتحكم بها في المحرك بدقة.

[ads2]


التحكم في محرك السيرفو 

جميع المحركات المؤازرة لها ثلاثة أسلاك. احدهم باللون الاحمر سيتم استخدامه لامدادات الجهد والاخر الخط الارضي باللون الاسود (Vcc و Ground) والآخر يستخدم للإشارة (PWM) وعادة يكون باللون الاصفر او الابيض وهذا السلك يوصل مع المتحكم الالكتروني مثل الاردوينو أو أي وحدة تحكم في الأجهزة. يمكن لمحركات السيرفو أن تدور 180 درجة، والبعض الآخر يمكن أن يدور بـ 270 أو 360 درجة. عندما نتحكم في محرك السيرفو لا نستخدم إشارة رقمية أو تمثيلية ولكننا نستخدم تضمين عرض النبضة PWM)Pulse width Modulation) من متحكم الاردوينو أو وحدة مستقبل التحكم عن بعد RC Reciever لأي طائرة او اي جهاز الكتروني ، فإن التحكم في قيمة النبضة الكهربائية يغير زاوية محرك السيرفو.

في هذا المثال للتحكم في محرك السيرفو، نحتاج إلى قيمة نبضة من 0 إلى 2 عندما تكون قيمة النبضة 1.5 ، يتحرك محرك السيرفو بمقدار 90 درجة ، وتكون قيمة النبضة 1 في حالة ان كان محرك السيرفو عند 0 درجة وتكون قيمة النبضة 2 للحد الأقصى للسيرفو 180 درجة ، الصورة التالية توضح ما سبق:

التحكم في محرك السيرفو

اختيار محرك السيرفو

ان اختيار محرك السيرفو يختلف عن اختيار المحركات الاخرى مثل محرك التيار المستمر بلا فرش ففي محرك السيرفو يكون تركيزنا على عزم الدوران اكثر من عدد الدورات في الدقيقة. عموما هذه هي الخصائص التي ينبغي الاهتمام بها عند اختيار محرك السيرفو:

  • الوزن والابعاد , بالتأكيد جميع المحركات تشترك في هذين التصنيفين.
  • السرعة, يجب الانتباه الى ان سرعة محرك السيرفو تختلف بناءا على الجهد المسلط للمحرك.
  • الدقة , من المعاير المهمة لاختيار محرك السيرفو لان الهدف الاساسي من محرك السيرفو التحرك في زوايا وذلك لغرض الدقة.
  • عزم الدورن, قبل شراء محرك السيرفو يجب ان تعرف تماما كم الوزن المتوقع رفعه ومعرفة المسافة المتوقع ازاحتها.
  • تيارات التشغيل – يوجد عادة نوعين للتيارات لمحركات السيرفو , الاول تيار الاستعداد (No-Load Current) اي عندما يكون المحرك خال من التحميل , والتيار الثاني تيار العمل (Working Current) وهو ادنى تيار يحتاجه محرك السيرفو للتحرك.
  • نوع التيار الذي يعمل به المحرك (تيار مستمر او متناوب).
  • عرض ومدة النبضة الكهربائية التي تستخدم للتحكم في المحرك.
  • درجة الحرارة المثالية للتشغيل وهذه من الصفات المهمة والمشتركة بين جميع المحركات الكهربائية.

[ads3]

الآن دعونا ندرس احدى المحركات (محرك سيرفو دوراني) علمًا انه يوجد محركات سيرفو خطية. وعلى سبيل المثال سوف ندرس المحرك DS3218 والذي يمكنك ان تراه متوفرًا على متجر امازون سبب اختيار هذا المحرك هي استخداماته الكثيرة في المجالات الصناعية والترفيهية على سبيل المثال في السيارات والطائرات الاسلكية او لغلق وفتح الابواب وما الى ذلك. اضافة الى انه يمكن ان يعمل في جهد قليل يتراوح بين 4.8-6.8 فولت وهذا الجهد سهل الحصول من العديد من المتحكمات الالكترونية مثل الاردوينو او ال PLC او اي متحكمات اخرى قابلة للبرمجة او غير قابلة للبرمجة. دعونا نلقي نظرة على الشكل الداخلي لهذا المحرك:

مصدر الصورة : امازون

نلاحظ من الصورة اعلاه ان هذا المحرك يتتكون من علبة تروس – مسننات gears معدنية وهذا أمر اساسي ي اختيار محركات السيرفو حتى لا تتعرض للانهيار اثناء العمل وسوف يعزز اداء المحرك غالبًا تصنع هذه المسننات من مواد معدنية صلبة لا تصدأ بسرعة ومعامل الاحتكاك قليل فنحن نعلم ان المسننات هي من اهم مكونات محرك السيرفو لانها المسؤولة عن توليد قوة عزم الدوران torque قادرة على تحريك الاشياء من حولنا. اضافة الى ذلك يتميز هذا المحرك الهيكل الصلب المصنوع من الالمنيوم ويوجد ميزة جميلة في هذا المحرك انه ضد الماء فهو يصلح مثلا للاستخدام في القوارب ونلاحظ ان البراغي يوجد لها مطاط rubber لعدم تسرب الماء لداخل محرك السيرفو. رائع اليس كذلك!

هذا المحرك يستطيع الدروان في زاوية مقدارها 270 درجة مما يتيح للمستخدم المزيد من التحكم في زوايا متعددة داخل حدود التحكم , الصورة التالية توضح قدرة زاوية المحرك:

مصدر الصورة : امازون

والآن دعونا ندرس الخصائص المختلفة المتوفرة في هذا النموذج من محركات السيرفو مثل الأبعاد وعزم الدوران وجهد التشغيل والتيارات المختلفة اي الخصائص الكهربائية والخصائص الميكانيكية وخصائص التحكم اضافة الى البيئة التشغيلية التي يعمل بها محرك السيرفة بشكل نموذجي حسب تصميم المنتج من الشركات الصناعية:

الأبعاد الهندسة للمحرك والمحور الدوراني الخارجي (عامود الدوار) motor shaft :

مصدر الصورة : امازون
مدرى درجة حرارة تخزين المحرك (دون استخدام) (-30℃~80℃)
درجة حرارة التشغيل (-15℃~70℃)
الجهد التشغيلي لهذا المحرك (4.8-6.8V)
الابعاد 40*20*40.5 ملم
الوزن60 غرام
نسبة علبة التروس 275
عدد ال Bearing – نسميها باللغة العربية المحامل او البيلمزدوج اي 2
طول اسلاك التوصيل الثلاثة 300±5mm
استهلاك التيار اثناء وقوفه (4mA-5V) (5mA-6.8V)
سرعة المحرك بدون اضافة الوزن او الاحمال0.16 ث/ 60° عند 5V او 0.14 ث/ 60° عند 6.8V
عزم الدوران Torque 18 Kg-cm عن 5V او 21.5 Kg-cm عن 6.8V
التردد الذي يعمل به 50-330Hz
مدى PWM 500~2500μsec

بشكل عام هذا اهم المواصفات التي سوف تحتاجها لاختيار محرك السيرفو الخاص بك. يمكنك الرجوع الى ورقة بيانات المنتج اذا احتجت الى مزيدًا من التفاصيل , ولكن يمكننا القول ان هذا المحرك رائع فهو يزودنا بالبيانات التي نحتاجها عند جهود (voltages) مختلفة مثلا اذا تم تزويد المحرك ب 6.8 فولت سوف تكون سرعته 60 درجة خلال زمن مقداره 0.16 ثانية وعزم دوران مقداره 18 Kg-cm حسب الجدول أعلاه. وذكرنا في بداية الدرس كيف نفهم قيمة عزم دوران محرك السيرفو. اذًا يمكننا القول ان عملية اختيار محرك السيرفو في غاية البساطة.


مميزات وعيوب محرك السيرفو 

 نظرًا لكثرة استخدامات محرك السيرفو المتعددة ولكن هناك مزايا وعيوب سنذكر أهمها في الاعتبار بشكل عام.

المميزات:

  • محرك السيرفو هو محرك دقيق في التحرك.
  • مناسبة للتطبيقات التي تحتاج إلى التحكم في الميلان.
  • يمكن أن تعطي عزم دوران عالي.
  • استجابة محرك السيرفو تمتاز بالسرعة والدقة.

[ads2]

العيوب:

  • زوايا الحركة محدودة 180 , 270 و 280 درجة.
  • هناك أجزاء إلكترونية في الداخل والكثير من التروس مما يعني المزيد من الصيانة.

وبشكل عام ان تختار محرك السيرفو حسب الوزن الي تريد رفعه.


وبالتأكيد لا تنسى تحميل برنامج To Circuit للهواتف الذكية مجانًا لتبقى دائما على اطلاع في الدروس التي ننشرها يوميًا وذلك بالضغط على الصورة التالية:

واذا كنت من عشاق المحركات الميكانيكية والطائرات وكل ما يتعلق بعالم الميكانيك يمكنك زيارة موقع ميكانيكا العرب من الرابط التالي www.arabmechanic.com

اقرأ ايضًا عن: 

تعليق واحد

اترك تعليقاً

أنت تستخدم إضافة Adblock

برجاء دعمنا عن طريق تعطيل إضافة Adblock