كيفية عمل المحركات السيرفو

مبدأ عمل محرك السيرفو بسيط نسبيًا، لكن كفاءته عالية نسبيًا. تُبنى دارات التحكم في المحرك داخل وحدة المحرك نفسها، والتي تستخدم عمودًا مرنًا غالبًا ما يكون مزوّدًا بتروس. تتحكم الإشارات الكهربائية في المحرك كما تحدد مقدار حركة العمود. يتكوّن التركيب الداخلي لمحرك السيرفو من ثلاثة عناصر أساسية: محرك صغير يعمل بالتيار المستمر، دائرة تحكم، ومقاوم متغيّر (بوتينشيومتر). يُوصَل محرك التيار المستمر بعجلة التحكم عبر ترس؛ ومع دوران المحرك، يتغيّر مقاومة البوتينشيومتر، مما يمكّن دائرة التحكم من ضبط الحركة والاتجاه بدقة.

عندما يبلغ العمود الوضع الصحيح (المطلوب)، يتوقف المحرك عن تزويد الطاقة. وإذا لم يتوقف العمود عند الوضع المستهدف، يستمر المحرك في الدوران حتى يتحرك في الاتجاه الصحيح. يتم نقل موضع الهدف عبر خط إشارة باستخدام نبضات كهربائية؛ لذلك، تتناسب سرعة المحرك مع الفرق بين الوضع الفعلي والوضع المطلوب. وكلما اقترب المحرك من الوضع المطلوب، بدأ يدور ببطء، بينما يزداد سرعته كلما ابتعد أكثر عن الوضع المطلوب. وبعبارة أخرى، لا يتعين على محركات السيرفو إلا إنجاز المهمة بأسرع ما يمكن، مما يجعلها أجهزة عالية الكفاءة.

عندما لا يتوفر جهد التحكم في محرك سيرفو يعمل بالتيار المتناوب، لا يتولد في الفجوة الهوائية سوى مجال مغناطيسي نابض تولده ملفات الإثارة، ويظل الدوار ساكناً دون عزم انطلاق. وعند وجود جهد التحكم، وإذا كانت تيارات ملف التحكم وملف الإثارة في طورين مختلفين، ينشأ في الفجوة الهوائية مجال مغناطيسي دوار، فيتولد عزم كهرومغناطيسي يدفع الدوار إلى الدوران باتجاه المجال المغناطيسي الدوار. غير أن محرك السيرفو يشترط ليس فقط إمكانية بدء الحركة تحت تأثير جهد التحكم، بل أيضاً أن يتمكن المحرك من التوقف فوراً بعد انعدام الجهد. فإذا ما انقطع جهد التحكم عن محرك السيرفو كما يحدث في محرك غير متزامن أحادي الطور العادي، واستمرّ في الدوران، فإن ذلك يؤدي إلى ظاهرة الانفلات؛ ونطلق على هذه الظاهرة، الناجمة عن فقدان السيطرة على حركة الدوران الذاتية، اسم «الدوران الذاتي».

يتميّز مبدأ التشغيل الأساسي لمحرك السيرفو بالتيار المستمر التقليدي بأنه مطابق تمامًا لمبدأ عمل محرك التيار المستمر العادي، إذ يعتمد على تأثير تيار الجزء الدوار وتدفق الفيض في الفجوة الهوائية لتوليد عزم كهرومغناطيسي يُحرّك المحرك. وعادةً ما يُستخدم أسلوب التحكم في الجزء الدوار؛ أي أنه، مع بقاء جهد الإثارة ثابتًا، يتم ضبط السرعة عن طريق تغيير جهد الجزء الدوار. فكلما انخفض جهد الجزء الدوار، انخفضت السرعة؛ وعندما يصبح جهد الجزء الدوار صفراً، يتوقف المحرك. وعندما ينعدم جهد الجزء الدوار، ينعدم أيضًا تيار الجزء الدوار، فلا ينشأ عزم كهرومغناطيسي، وبالتالي لا يحدث «الدوران الحر».