ניתוח מפורט של מנוע סרוו DC

ישנם שני סוגים של מנועי סרוו נפוצים, אלו הפועלים על מתח AC נקראים מנועי AC סרוו, ואלו הפועלים על מתח DC נקראים מנועי סרוו DC. מאמר זה מספק רק ניתוח מפורט של מנועי סרוו DC.

תפקידו של מנוע סרוו הוא להמיר את אות מתח הכניסה לתזוזה זוויתית או פלט מהירות זוויתית על הציר. במילים אחרות, מנוע סרוו מתייחס למנוע בקרה שמהירותו וכיוונו משתנים עם הגודל והכיוון של אות מתח הכניסה. מנועי סרוו יכולים לשאת כמות מסוימת של עומס ולשמש כמפעילים במערכות בקרה אוטומטיות, ולכן הם נקראים גם מנועי מנהלים.

 

ניתן לסכם את דרישות הביצועים עבור מנועי סרוו במערכות בקרה אוטומטיות כדלקמן.

 

(1) אין תופעה של סיבוב עצמי. לפני שמגיע אות הבקרה, רוטור מנוע הסרוו נשאר נייח; לאחר שמגיע אות הבקרה, הרוטור מסתובב במהירות; כאשר אות הבקרה נעלם, רוטור מנוע הסרוו אמור להפסיק מיד להסתובב. התופעה של המשך סיבוב המנוע כאשר אות הבקרה הוא אפס נקראת "סיבוב עצמי", וביטול הסיבוב העצמי הוא תנאי הכרחי לפעולה תקינה של מערכת הבקרה העצמית.

(2) מתח התחלה נמוך ללא עומס. כאשר המנוע פורק, מתח הבקרה הקטן מהמצב הנייח לפעולה רציפה של הרוטור, ללא קשר למיקומו, נקרא מתח ההתחלה. ככל שמתח ההתנעה קטן יותר, כך רגישות המנוע גבוהה יותר.

(3) הליניאריות של מאפיינים מכניים ורגולטוריים טובה, והיא יכולה לווסת בצורה חלקה ויציבה מהירות על פני טווח רחב.

(4) מהיר ומגיב. קבוע הזמן האלקטרומכני קטן, ולכן מנועי סרוו דורשים מומנט אינרציה קטן.

 

1. סיווג ומבנה של מנועי סרוו DC

 

מנוע סרוו DC הוא מנוע DC למטרות מיוחדות במערכות בקרה אוטומטיות. המבנה שלו אינו שונה מהותית ממנועי DC כלליים, והוא גם מורכב משני חלקים: סטטור ורוטור.

 

תפקידו של הסטטור הוא ליצור שדה מגנטי קבוע, ועמודי הסטטור מצוידים בפיתולי עירור. במערכות סרוו DC, משתמשים בדרך כלל במנועי DC סרוו אלקטרומגנטיים ומגנטים קבועים. נכון להיום, שיטת העירור האלקטרומגנטית היא שיטת עירור נפרדת, והאבזור ופיתול העירור מופעלים על ידי שני מקורות כוח עצמאיים.

 

מנוע הסרוו מגנט קבוע DC של אבזור הכוס החלול מורכב מסטאטור חיצוני וסטטור פנימי, ואבזור הכוס החלול מסתובב במרווח האוויר בין הסטטור הפנימי והחיצוני. הסטטור החיצוני עשוי מחומר מגנטי רך כמו ליבת הברזל, המצוידת בפיתול מרוכז (שני קטבים מגנטיים חצי עגולים עשויים ממגנטים או ממוגנטים על פלדה מגנטית מעגלית ליצירת קטבי N ו-S). הסטטור הפנימי עשוי מחומר מגנטי רך גלילי, המשמש כחלק מהמעגל המגנטי ויכול להפחית את ההתנגדות המגנטית. אבזור הוא צילינדר חלול בצורת כוס העשוי מחומרים לא מגנטיים (כגון פלסטיק), המותקן ישירות על גל המנוע. פיתול שנוצר על ידי סידור כוסות חלולות לאורך הציר ההיקפי וריפוין בשרף אפוקסי. ספק הכוח מופעל על האבזור המתפתל באמצעות מברשות ומסיטים. אורך ליבת האבזור והקוטר של מנוע סרוו DC טיפוסי גדולים יותר מאלה של מנוע DC רגיל, במטרה להפחית את מומנט גלגל התנופה שלו ולשפר את מהירות התגובה.

 

בשנים האחרונות, עם התפתחות הטכנולוגיה, צצו זנים חדשים של מנועי סרוו DC, כמו מנועי סרוו DC ללא מברשות.

 

2. עקרון העבודה של מנוע סרוו DC

 

עקרון העבודה של מנועי סרוו DC זהה גם לזה של מנועי DC קטנים רגילים. עבור מנוע סרוו DC נרגש בנפרד, אם זרם עירור מופעל על פיתול העירור כדי ליצור שדה מגנטי קבוע, ייווצר מומנט אלקטרומגנטי כאשר פיתול האבזור עובר דרך הזרם, וגורם לסיבוב הרוטור. כאשר אחד מפיתולי העירור או פיתולי האבזור מאבד כוח, המנוע מפסיק מיד להסתובב. על ידי שינוי גודל וכיוון זרם העירור, ניתן לשנות את המהירות והכיוון של המנוע כדי לעמוד בדרישות הבקרה של מנוע הסרוו. כאשר מומנט העומס קבוע, שמירה על מתח אספקת החשמל של האבזור קבוע ושליטה על מהירות המנוע על ידי שינוי זרם העירור נקראת בקרת שדה מגנטי; שמירה על זרם העירור קבוע ושליטה על מהירות המנוע על ידי שינוי מתח אספקת החשמל נקראת בקרת אבזור. בשל המאפיינים והדיוק האידיאליים של האחרונים, מנועי סרוו DC בדרך כלל מאמצים בקרת אבזור, המשתמשת במתח אבזור כמתח אות הבקרה, בעוד שבקרת שדה מגנטי משמשת רק למנועים בעלי הספק נמוך.

 

עקרון העבודה הבסיסי של מנוע סרוו DC זהה לזה של מנוע DC כללי. כאשר פיתול העירור מחובר למתח קבוע, פיתול האבזור שמקבל את אות הבקרה מקבל את אות מתח הבקרה. כאשר הזרם זורם דרך פיתול האבזור, השטף המגנטי הנוצר על ידו מקיים אינטראקציה עם השטף המגנטי שנוצר על ידי פיתול העירור כדי ליצור מומנט אלקטרומגנטי, מה שגורם לסיבוב של האבזור. על ידי שינוי גודל אות מתח הבקרה, ניתן לשנות את מהירות המנוע כדי להשיג את המטרה של ויסות מהירות.

 

בעת שימוש במנועי סרוו DC יש לנקוט באמצעי הזהירות הבאים:

 

① בעת שימוש במנוע סרוו DC מבוקר אבזור אלקטרומגנטי, יש לחבר תחילה את כוח העירור, ולאחר מכן יש להפעיל את מתח האבזור. במהלך הפעולה, רצוי להימנע ככל האפשר מהפסקת חשמל של פיתול העירור כדי למנוע זרם אבזור מוגזם ומהירות יתר של המנוע.

② בעת בחירת צורות שונות של ספקי כוח לבקרת אבזור, חשוב להשאיר מרווח מתאים בקיבולת שלהם.