المشغلات الميكانيكية Actuators

المشغلات الميكانيكية

Actuators

مقدمة

Actuators

معظم نظم الميكاترونيك لها علاقة بالحركة أو بفعل ما . هذه الحركة أو هذا الفعل يمكن تطبيقه علي أي شئ بدءاً من ذرة واحدة إلي بناء مفصلي كبير . تنشأ هذه الحركة إما عن طريق قوة أو عزم يؤدي إلي عجلة وإزاحة . المشغلات الميكانيكية Actuators هي أجهزة تستخدم لإنتاج هذه الحركة أو الفعل Action.

حتي هذه النقطة في كتابنا هذا ركزنا علي العناصر الألكترونية والحساسات والإشارات المرافقة ومعالجة الإشارة كل هذا مطلوب لإنتاج فعل ميكانيكي معين . يقيس دخل الحساس كيف ينتج نظام الميكاترونيك فعله بشكل جيد ويساعد تحكم المسار المفتوح أو تحكم المسار المغلق علي تنظيم regulate فعل معين , وكثير من الألكترونيات التي تعلمناها حول هذا المجال مطلوبة لتناول هذه المعلومة . تنتج التغيرات الفيزيائية مثل الإزاحة الخطية والإزاحة الزاوية . من المظاهر المهمة في تصميم نظام الميكاترنيك هو اختيار النوع المناسب للمشغل الميكانيكي Actuators . في هذا الفصل سنقوم بتغطية بعض أهم المشغلات الميكانيكية Actuators منها اللولبيات solenoids والمحركات الكهربية electric motors والإسطوانات الهيدرولكية hydraulic cylinders والمحركات الدوارة rotary motors وأسطوانات البينيوماتيك pneumatic cylinders .

مبادئ الكهرومغناطيسية :

يعتمد كثير من المشغلات الميكانيكية Actuators علي القوي الكهرومغناطيسية لخلق فعلهم . عندما يتحرك موصل يحمل تياراً كهربياً في مجال مغناطيس فإنه تنشأ قوة في اتجاه عمودي علي التيار وعمودي أيضاً علي المجال المغناطيسي . طبقاً لقانون لورنز Lorentz’s law يمكن صياغة معادلة القوة في صورة متجهات كالأتي :

Mechanical actuators 1_03

حيث F متجه القوة ( لوحدة طول الموصل ) , I متجه التيار وB متجه المجال المغناطيسي . يبين شكل العلاقة بين هذه المتجهات علي أساس قاعدة فلمنج لليد اليمني , وتنص هذه القاعدة علي أن يشير السبابة لإتجاه التيار ويشير الوسطي لاتجاه المجال المغناطيسي بينما يشير الإبهام إلي اتجاه القوة والاتجاهات الثلاثة كل منها متعامد علي الأخر .

هناك تأثير كهرومغناطيسي أخر مهم عند تصميم المشغلات الميكانيكية هو العمل علي زيادة شدة المجال المغناطيسي عن طريق ملف . المعروف أن المجال المغناطيسي يتناسب مع التيار المار خلال الملف وعدد لفات الملف . تحدد نفاذية Permeability المادة قدر قابلية المادة لنفاذ المجال المغناطيسي خلالهما . للحديد نفاذية تصل

Mechanical actuators 2_03

Figure right – hand rule for magnetic force

مائة ضعف أو أقل قليلاً نفاذية الهواء , لذلك يلف الملف حول قلب حديدي ليمكنه إنتاج مجال مغناطيسي مائة ضعف لو كان الملف بدون قلب حديدي . معظم الأجهزة الكهرومغناطيسية التي سنتناولها تستخدم القلوب الحديدية Icon cores بشكل أو بأخر من أجل تحسين المجال المغناطيسي . في العادة تكون القلوب الحديدية علي شكل رقائق laminated ( رقائق من الحديد معزولة عن بعضها البعض ) لتقليل التيارات الإعصارية eddy currents المستنتجة في القلب الحديدي نتيجة تعرضه لتغيرات المجال الكهرومغناطيسي , وتؤدي هذه التيارات لفقدان بعض القدرة التي تتحول إلي حرارة غير مرغوب فيها .

اللولبيات والمتابعات Solenoids and Relays :

يتضح من شكل أن الـ solenoid يحتوي علي ملف وقلب حديدي قابل للحركة يطلق عليه armature . عند إثارة الملف بتيار كهربي , فإن القلب يتحرك ليزيد من الربط المغناطيسي flux linkage وذلك بغلق الثغرة الهوائية بين القلوب . عادة يتم تحميل القلب المتحرك بياي لكي يسمح للقلب المتحرك أن يرتد مرة أخري بعد زوال التيار منه . تتناسب القوة المتولدة تقريبا مع مربع التيار طردياً ولكن عكسياً مع مربع عرض الثغرة الهوائية . تنحصر تطبيقات الـ solenoids أساساً في الـ on – off مثل السقاطات latching والقفل locking والإشعال triggering وهي رخصة الثمن . لها استخدام أخر , في الأجهزة المنزلية مثل الصمامات في الغسالات الأوتوماتيكية وفي السيارات مثل سقاطات الأبواب واللولب البادئ starer solenoid .

أما المتابع relay الكهروميكانيكي فهو solenoid مهمته القيام بالتوصيل أو الفصل الميكانيكي بين أطراف كهربية عندما يدخل جهد صغير للـ solenoid فإنه يتحكم في تيار كبير يمر خلال نقاط تلامس contacts المتابع relay . من تطبيقات الـ relays مفاتيح القدرة وعناصر التحكم الكهروميكانيكية . يؤدي الـ relay وظيفة مشابهة لدائرة مفتاح ترانزستور القدرة ولكن له القدرة علي التعامل مع تيارات كهربية أكبر . دائرة الدخل للـ relay هي دائرة كهربية معزولة عن دائرة الخرج وهذا عكس دائرة الترانزستور المشترك – المشع , الذي فيه يكون هناك أرضي مشترك بين الدخل والخرج . لأن الـ relay معزول كهربياً , لذلك فإن هناك ضوضاء ناتجة عن الجهود وأعطال الأرضي التي تحدث في دائرة الخرج لها تأثير تصادمي صغير جداً علي دائرة الدخل . من عيوب الـ relay أن أزمنة تحويلها أبطأ من المفاتيح الترانزستورية .

Mechanical actuators 3_03

Figure Solenoids  &  Figure Voice coil

يبين الشكل أن الملف الصوتي voice coil يتكون من ملف يتحرك في مجال مغناطيسي ناتج من مغناطيس دائم يتم تقويته عن طريق قلب حديدي تتناسب القوةة المؤثرة علي الملف تناسباً طردياً مع التيار المار في الملف . عادة يتصل الملف بحمل متحرك مثل رق السماعات الصوتية أو رأس القراءة / الكتابة في مشغل أقراص الكمبيوتر . لما يتمتع به الـ voice coil من استجابة خطية ومقدرة ثنائية , فإنه المفضل في تطبيقات التحكم عن الـ solenoid .

Possibly Related Posts:


كتب في نفس المجال او من نفس الفئة

About farahat 1475 Articles
الــبــاجور - المـنـوفـيـة - جمهورية مصر العربية 0106331333 مهندس /احمد فرحات درس هندسه و علوم النظم و الحاسبات و له خيرة 18 عام في المجالات الهندسية المتعلقه بالنظم الهندسية كافة سواء كانت نظم لها علاقة بالعتاد (كهربيه - الكترونية - ميكانيكية) او نظم لها علاقة بالبرمجيات و قد حصل علي دبلومة مابعد التخرج في هندسه و علم الحاسب

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*