المشاهدات: 0 المؤلف: محرر الموقع وقت النشر: 18-04-2025 المنشأ: موقع
أ محرك السائر هو نوع من المحركات الكهربائية التي تتحرك بخطوات دقيقة وثابتة بدلاً من الدوران المستمر مثل المحرك العادي. يُستخدم بشكل شائع في التطبيقات التي تتطلب التحكم الدقيق في الموضع، مثل الطابعات ثلاثية الأبعاد وآلات CNC والروبوتات ومنصات الكاميرا.
محركات السائر هي نوع من المحركات الكهربائية التي تحول الطاقة الكهربائية إلى حركة دورانية بدقة ملحوظة. على عكس المحركات الكهربائية العادية، التي توفر دورانًا مستمرًا، تدور المحركات السائر في خطوات منفصلة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب تحديد موضع دقيق.
كل نبضة كهربائية يتم إرسالها إلى محرك متدرج من سائقه تؤدي إلى حركة دقيقة - كل نبضة تتوافق مع خطوة محددة. ترتبط السرعة التي يدور بها المحرك ارتباطًا مباشرًا بتردد هذه النبضات: كلما زادت سرعة إرسال النبضات، زادت سرعة الدوران.
واحدة من المزايا الرئيسية ل محرك السائر هو التحكم السهل بهم. تعمل معظم برامج التشغيل بنبضات بقوة 5 فولت، متوافقة مع الدوائر المتكاملة الشائعة. يمكنك إما تصميم دائرة لتوليد هذه النبضات أو استخدام مولد نبض من شركات مثل BesFoc.
على الرغم من عدم دقتها في بعض الأحيان - تبلغ دقة محركات السائر القياسية حوالي ± 3 دقائق قوسية (0.05 درجة) - إلا أن هذه الأخطاء لا تتراكم مع خطوات متعددة. على سبيل المثال، إذا قام محرك متدرج قياسي بخطوة واحدة، فسوف يدور بمقدار 1.8° ± 0.05°. حتى بعد مليون خطوة، يظل الانحراف الإجمالي ± 0.05 درجة فقط، مما يجعلها موثوقة للحركات الدقيقة عبر مسافات طويلة.
بالإضافة إلى ذلك، فإن المحركات السائر معروفة باستجابتها السريعة وتسارعها بسبب القصور الذاتي المنخفض للدوار، مما يسمح لها بتحقيق سرعات عالية بسرعة. وهذا يجعلها مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب حركات قصيرة وسريعة.
أ يعمل محرك السائر عن طريق تقسيم الدورة الكاملة إلى عدد من الخطوات المتساوية. ويستخدم المغناطيس الكهربائي لإنشاء حركة بزيادات صغيرة يمكن التحكم فيها.
يتكون المحرك السائر من جزأين رئيسيين:
الجزء الثابت – الجزء الثابت مع الملفات (المغناطيسات الكهربائية).
الدوار – الجزء الدوار، غالبًا ما يكون مغناطيسًا أو مصنوعًا من الحديد.
عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر ملفات الجزء الثابت، فإنه يخلق مجالات مغناطيسية.
هذه الحقول تجذب الدوار.
من خلال تشغيل وإيقاف الملفات بتسلسل محدد، يتم سحب الدوار خطوة بخطوة بحركة دائرية.
في كل مرة يتم فيها تنشيط الملف، يتحرك الجزء المتحرك بزاوية صغيرة (تسمى الخطوة).
على سبيل المثال، إذا كان المحرك يحتوي على 200 خطوة لكل دورة، فإن كل خطوة تحرك الدوار بمقدار 1.8 درجة.
يمكن للمحرك أن يدور للأمام أو للخلف حسب ترتيب النبضات المرسلة إلى الملفات.
أ يرسل سائق المحرك السائر نبضات كهربائية إلى ملفات المحرك.
كلما زاد عدد النبضات، زاد دوران المحرك.
يمكن لوحدات التحكم الدقيقة (مثل Arduino أو Raspberry Pi) التحكم في برامج التشغيل هذه لتحريك المحرك بدقة.
يصور الرسم التوضيحي أدناه نظام محرك متدرج قياسي، والذي يتكون من عدة مكونات أساسية تعمل معًا. يؤثر أداء كل عنصر على الأداء العام للنظام.
يوجد في قلب النظام جهاز الكمبيوتر أو وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). يعمل هذا المكون بمثابة الدماغ، حيث لا يتحكم فقط في محرك السائر، بل أيضًا في الآلة بأكملها. يمكنها أداء مهام مختلفة، مثل رفع المصعد أو تحريك الحزام الناقل. اعتمادًا على التعقيد المطلوب، يمكن أن تتراوح وحدة التحكم هذه من كمبيوتر شخصي متطور أو PLC إلى زر ضغط بسيط للمشغل.
التالي هو المفهرس أو بطاقة PLC، التي تنقل تعليمات محددة إلى محرك السائر . فهو يولد العدد المطلوب من النبضات للحركة ويضبط تردد النبض للتحكم في تسارع المحرك وسرعته وتباطؤه. يمكن أن يكون المفهرس إما وحدة مستقلة، مثل BesFoc، أو بطاقة مولد نبض يتم توصيلها بـ PLC. وبغض النظر عن شكله، فإن هذا المكون ضروري لتشغيل المحرك.
يتكون محرك المحرك من أربعة أجزاء رئيسية:
منطق التحكم في الطور: تستقبل هذه الوحدة المنطقية نبضات من المفهرس وتحدد مرحلة المحرك التي يجب تنشيطها. يجب أن تتبع مراحل التنشيط تسلسلاً محددًا لضمان التشغيل السليم للمحرك.
مزود الطاقة المنطقي: هو مصدر طاقة منخفض الجهد يعمل على تشغيل الدوائر المتكاملة (ICs) داخل برنامج التشغيل، ويعمل عادةً بحوالي 5 فولت، بناءً على مجموعة الشرائح أو التصميم.
مصدر طاقة المحرك: يوفر هذا المصدر الجهد اللازم لتشغيل المحرك، عادةً حوالي 24 فولت تيار مستمر، على الرغم من أنه يمكن أن يكون أعلى اعتمادًا على التطبيق.
مضخم الطاقة: يتكون هذا المكون من ترانزستورات تمكن التيار من التدفق خلال مراحل المحرك. يتم تشغيل وإيقاف هذه الترانزستورات بالتسلسل الصحيح لتسهيل حركة المحرك.
وأخيرًا، تعمل جميع هذه المكونات معًا لتحريك الحمولة، والتي يمكن أن تكون برغيًا أو قرصًا أو حزامًا ناقلًا، اعتمادًا على التطبيق المحدد.
هناك ثلاثة أنواع أساسية من محركات السائر:
تتميز هذه المحركات بأسنان على الجزء الدوار والجزء الثابت ولكنها لا تشتمل على مغناطيس دائم. ونتيجة لذلك، فإنها تفتقر إلى عزم الدوران، مما يعني أنها لا تحافظ على وضعها عندما لا يتم تنشيطها.
تحتوي محركات السائر PM على مغناطيس دائم على الدوار ولكن ليس لها أسنان. على الرغم من أنها تظهر عادة دقة أقل في زوايا الخطوة، إلا أنها توفر عزم دوران ثابتًا، مما يسمح لها بالحفاظ على موضعها عند إيقاف تشغيل الطاقة.
BesFoc متخصص حصريًا في الهجين محرك السائر ق. تدمج هذه المحركات الخصائص المغناطيسية للمغناطيس الدائم مع التصميم المسنن للمحركات ذات الممانعة المتغيرة. الجزء الدوار ممغنط محوريًا، مما يعني أنه في التكوين النموذجي، النصف العلوي هو قطب شمالي والنصف السفلي هو قطب جنوبي.
يتكون الدوار من كوبين مسننين، يحتوي كل منهما على 50 سنًا. يتم تعويض هذه الأكواب بمقدار 3.6 درجة، مما يسمح بتحديد موضع دقيق. عند النظر إليها من الأعلى، يمكنك أن ترى أن أحد الأسنان الموجودة على كوب القطب الشمالي تتماشى مع الأسنان الموجودة على كوب القطب الجنوبي، مما يؤدي إلى إنشاء نظام تروس فعال.
تعمل محركات السائر الهجينة على مرحلتين، حيث تحتوي كل مرحلة على أربعة أقطاب متباعدة بمقدار 90 درجة. يتم لف كل قطب في الطور بحيث يكون للأقطاب التي تبعد عن بعضها 180 درجة نفس القطبية، بينما تكون الأقطاب معاكسة لتلك التي تبعد عن بعضها 90 درجة. من خلال عكس التيار في أي مرحلة، يمكن أيضًا عكس قطبية القطب الثابت المقابل، مما يتيح للمحرك تحويل أي قطب ثابت إلى قطب شمالي أو جنوبي.
يحتوي الجزء الدوار للمحرك المتدرج على 50 سنًا، مع درجة 7.2 درجة بين كل سن. أثناء تشغيل المحرك، يمكن أن تختلف محاذاة أسنان الجزء الدوار مع أسنان الجزء الثابت - على وجه التحديد، يمكن تعويضها بمقدار ثلاثة أرباع ميل السن، أو نصف ميل السن، أو ربع ميل السن. عندما يتحرك المحرك، فإنه بطبيعة الحال يأخذ أقصر مسار لإعادة تنظيم نفسه، وهو ما يترجم إلى حركة قدرها 1.8 درجة لكل خطوة (نظرًا لأن 1/4 من 7.2 درجة يساوي 1.8 درجة).
عزم الدوران والدقة في تتأثر محركات السائر بعدد الأقطاب (الأسنان). بشكل عام، يؤدي ارتفاع عدد الأقطاب إلى تحسين عزم الدوران والدقة. تقدم BesFoc محركات متدرجة 'عالية الدقة' تتميز بنصف درجة أسنان نماذجها القياسية. تحتوي هذه الدوارات عالية الدقة على 100 سن، مما يؤدي إلى زاوية قدرها 3.6 درجة بين كل سن. مع هذا الإعداد، تتوافق حركة مقدارها 1/4 درجة سن مع خطوة أصغر تبلغ 0.9 درجة.
ونتيجة لذلك، توفر نماذج 'عالية الدقة' دقة مضاعفة للمحركات القياسية، حيث تحقق 400 خطوة لكل دورة مقارنة بـ 200 خطوة لكل دورة في النماذج القياسية. تؤدي زوايا الخطوات الأصغر أيضًا إلى انخفاض الاهتزازات، نظرًا لأن كل خطوة تكون أقل وضوحًا وأكثر تدرجًا.
يوضح الرسم البياني أدناه مقطعًا عرضيًا لمحرك متدرج خماسي الطور. يتكون هذا المحرك بشكل أساسي من جزأين رئيسيين: الجزء الثابت والدوار. يتكون الدوار نفسه من ثلاثة مكونات: كوب الدوار 1، كوب الدوار 2، ومغناطيس دائم. الدوار ممغنط في الاتجاه المحوري. على سبيل المثال، إذا تم تعيين الكأس الدوار 1 ليكون القطب الشمالي، فإن الكأس الدوار 2 سيكون القطب الجنوبي.
يتميز الجزء الثابت بـ 10 أقطاب مغناطيسية، كل منها مزود بأسنان صغيرة ولفائف مقابلة. تم تصميم هذه اللفات بحيث يكون كل منها متصلاً بملف القطب المقابل له. عندما يتدفق التيار عبر زوج من اللفات، فإن الأقطاب التي تربطهما تتمغنط في نفس الاتجاه - إما الشمال أو الجنوب.
يشكل كل زوج من الأقطاب المتعارضة مرحلة واحدة من المحرك. نظرًا لوجود 10 أقطاب مغناطيسية إجمالاً، فإن هذا يؤدي إلى خمس أطوار متميزة ضمن هذه الأطوار الخمسة محرك السائر.
والأهم من ذلك، أن كل كوب دوار يحتوي على 50 سنًا على طول محيطه الخارجي. يتم إزاحة الأسنان الموجودة في كوب الدوار 1 وكوب الدوار 2 ميكانيكيًا عن بعضها البعض بمقدار نصف مسافة السن، مما يسمح بالمحاذاة الدقيقة والحركة أثناء التشغيل.
يعد فهم كيفية قراءة منحنى السرعة وعزم الدوران أمرًا بالغ الأهمية، لأنه يوفر نظرة ثاقبة لما يمكن للمحرك تحقيقه. تمثل هذه المنحنيات خصائص الأداء لمحرك معين عند إقرانه بمحرك معين. بمجرد تشغيل المحرك، يتأثر خرج عزم الدوران بنوع المحرك والجهد المطبق. ونتيجة لذلك، يمكن للمحرك نفسه أن يظهر منحنيات سرعة وعزم دوران مختلفة بشكل كبير اعتمادًا على السائق المستخدم.
يوفر BesFoc منحنيات السرعة وعزم الدوران هذه كمرجع. إذا كنت تستخدم محركًا مزودًا بمحرك يتمتع بتصنيفات جهد وتيار مماثلة، فيمكنك توقع أداء مشابه. للحصول على تجربة تفاعلية، يرجى الرجوع إلى منحنى السرعة وعزم الدوران الموضح أدناه:
عقد عزم الدوران
هذا هو مقدار عزم الدوران الذي ينتجه المحرك عندما يكون في حالة سكون، مع تدفق التيار المقدر عبر لفاته.
منطقة البدء/الإيقاف
يشير هذا القسم إلى قيم عزم الدوران والسرعة التي يمكن أن يبدأ عندها المحرك أو يتوقف أو ينعكس على الفور.
عزم الدوران القابل للسحب
هذه هي قيم عزم الدوران والسرعة التي تسمح للمحرك بالبدء أو التوقف أو الرجوع للخلف مع البقاء متزامنًا مع نبضات الإدخال.
عزم الدوران القابل للسحب
يشير هذا إلى قيم عزم الدوران والسرعة التي يمكن للمحرك أن يعمل بها دون توقف، مع الحفاظ على التزامن مع مراحل الإدخال. إنه يمثل الحد الأقصى لعزم الدوران الذي يمكن للمحرك توفيره أثناء التشغيل.
الحد الأقصى لسرعة البدء
هذه هي أعلى سرعة يمكن أن يبدأ بها المحرك في العمل عندما لا يكون هناك أي حمل.
الحد الأقصى لسرعة التشغيل
يشير هذا إلى أسرع سرعة يمكن للمحرك تحقيقها أثناء التشغيل بدون تحميل.
للعمل داخل المنطقة بين عزم السحب والسحب، يجب أن يبدأ المحرك مبدئيًا في منطقة التشغيل/الإيقاف. عندما يبدأ المحرك في العمل، يزداد معدل النبض تدريجياً حتى الوصول إلى السرعة المطلوبة. لإيقاف المحرك، يتم بعد ذلك تقليل السرعة حتى تنخفض إلى ما دون منحنى عزم الدوران.
يتناسب عزم الدوران بشكل مباشر مع التيار وعدد لفات الأسلاك في المحرك. لزيادة عزم الدوران بنسبة 20%، يجب أيضًا زيادة التيار بنسبة 20% تقريبًا. على العكس من ذلك، لتقليل عزم الدوران بنسبة 50%، يجب تقليل التيار بنسبة 50%.
ومع ذلك، بسبب التشبع المغناطيسي، ليس هناك فائدة في زيادة التيار بما يتجاوز ضعف التيار المقنن، حيث أنه بعد هذه النقطة، فإن الزيادات الإضافية لن تؤدي إلى تعزيز عزم الدوران. إن التشغيل بحوالي عشرة أضعاف التيار المقنن يشكل خطر إزالة مغنطة الدوار.
جميع محركاتنا مجهزة بعزل من الفئة B، والذي يمكنه تحمل درجات حرارة تصل إلى 130 درجة مئوية قبل أن يبدأ العزل في التدهور. لضمان طول العمر، نوصي بالحفاظ على فرق درجة الحرارة بمقدار 30 درجة مئوية من الداخل إلى الخارج، مما يعني ألا تتجاوز درجة حرارة العلبة الخارجية 100 درجة مئوية.
تلعب الحث دورًا مهمًا في أداء عزم الدوران عالي السرعة. وهذا ما يفسر لماذا لا تظهر المحركات مستويات عالية من عزم الدوران إلى ما لا نهاية. كل لف للمحرك له قيم مميزة من الحث والمقاومة. الحث المقاس بالهنري، مقسومًا على المقاومة بالأوم، ينتج عنه ثابت زمني (بالثواني). يشير هذا الثابت الزمني إلى المدة التي يستغرقها الملف للوصول إلى 63% من تياره المقدر. على سبيل المثال، إذا تم تصنيف المحرك لـ 1 أمبير، بعد ثابت مرة واحدة، سيصل الملف إلى 0.63 أمبير تقريبًا. عادةً ما يستغرق الأمر حوالي أربع إلى خمس ثوابت زمنية حتى يصل الملف إلى التيار الكامل (1 أمبير). نظرًا لأن عزم الدوران يتناسب مع التيار، إذا وصل التيار إلى 63% فقط، فإن المحرك سينتج حوالي 63% من عزم الدوران الأقصى بعد ثابت مرة واحدة.
عند السرعات المنخفضة، لا يمثل هذا التأخير في تراكم التيار مشكلة نظرًا لأن التيار يمكن أن يدخل ويخرج من الملفات بشكل فعال بسرعة، مما يسمح للمحرك بتقديم عزم الدوران المقدر. ومع ذلك، عند السرعات العالية، لا يمكن للتيار أن يزيد بسرعة كافية قبل أن تتحول المرحلة التالية، مما يؤدي إلى انخفاض عزم الدوران.
يؤثر جهد المحرك بشكل كبير على الأداء عالي السرعة لـ محرك السائر . تؤدي النسبة الأعلى من جهد المحرك إلى جهد المحرك إلى تحسين قدرات السرعة العالية. وذلك لأن الفولتية المرتفعة تسمح للتيار بالتدفق إلى اللفات بسرعة أكبر من عتبة 63٪ التي تمت مناقشتها سابقًا.
عندما ينتقل محرك متدرج من خطوة إلى أخرى، لا يتوقف الدوار فورًا عند الموضع المستهدف. وبدلاً من ذلك، يتحرك بعد الموضع النهائي، ثم يتم سحبه للخلف، متجاوزًا الاتجاه المعاكس، ويستمر في التأرجح ذهابًا وإيابًا حتى يتوقف في النهاية. تحدث هذه الظاهرة، التي يشار إليها باسم 'الرنين'، مع كل خطوة يقوم بها المحرك (انظر الرسم البياني التفاعلي أدناه). يشبه إلى حد كبير الحبل المطاطي، فإن زخم الدوار يحمله إلى ما هو أبعد من نقطة التوقف، مما يؤدي إلى 'الارتداد' قبل أن يستقر في حالة السكون. ومع ذلك، في كثير من الحالات، يُطلب من المحرك الانتقال إلى الخطوة التالية قبل أن يتوقف تمامًا.
توضح الرسوم البيانية أدناه سلوك الرنين للمحرك السائر في ظل ظروف التحميل المختلفة. عندما يتم تفريغ المحرك، فإنه يظهر رنينًا كبيرًا، مما يؤدي إلى زيادة الاهتزاز. يمكن أن يؤدي هذا الاهتزاز المفرط إلى توقف المحرك عند تفريغه أو تحميله بشكل خفيف، حيث قد يفقد المزامنة. لذلك، من الضروري دائمًا اختبار أ محرك السائر مع الحمل المناسب.
ويصور الرسمان البيانيان الآخران أداء المحرك عند تحميله. يساعد تحميل المحرك بشكل صحيح على استقرار تشغيله وتقليل الاهتزاز. من الناحية المثالية، يجب أن يتطلب الحمل ما بين 30% إلى 70% من أقصى عزم دوران للمحرك. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تقع نسبة القصور الذاتي للحمل إلى الدوار بين 1:1 و10:1. بالنسبة للحركات الأقصر والأسرع، يفضل أن تكون هذه النسبة أقرب إلى 1:1 إلى 3:1.
يتوفر متخصصو ومهندسو التطبيقات في BesFoc للمساعدة في تحديد الحجم المناسب للمحرك.
أ محرك السائر اهتزازات متزايدة بشكل ملحوظ عندما يتزامن تردد نبضة الإدخال مع تردده الطبيعي، وهي ظاهرة تعرف بالرنين. سيواجه يحدث هذا غالبًا عند حوالي 200 هرتز. عند الرنين، يتم تضخيم تجاوز الدوار ونقصه بشكل كبير، مما يزيد من احتمالية فقدان الخطوات. في حين أن تردد الرنين المحدد يمكن أن يختلف مع قصور الحمل، فإنه عادة ما يحوم حول 200 هرتز.
لا يمكن لمحركات السائر ثنائية الطور أن تفوت الخطوات إلا في مجموعات مكونة من أربعة. إذا لاحظت حدوث فقدان في الخطوة بمضاعفات الأربعة، فهذا يشير إلى أن الاهتزازات تتسبب في فقدان المحرك للتزامن أو أن الحمل قد يكون مفرطًا. على العكس من ذلك، إذا لم تكن الخطوات الفائتة من مضاعفات الأربعة، فهناك إشارة قوية إلى أن عدد النبضات غير صحيح أو أن الضوضاء الكهربائية تؤثر على الأداء.
يمكن أن تساعد العديد من الاستراتيجيات في تخفيف تأثيرات الرنين. إن أبسط طريقة هي تجنب التشغيل بسرعة الرنين تمامًا. نظرًا لأن 200 هرتز يتوافق مع حوالي 60 دورة في الدقيقة لمحرك ثنائي الطور، فهي ليست سرعة عالية للغاية. معظم تتمتع محركات السائر بأقصى سرعة بدء تبلغ حوالي 1000 نبضة في الثانية (pps). لذلك، في كثير من الحالات، يمكنك بدء تشغيل المحرك بسرعة أعلى من تردد الرنين.
إذا كنت بحاجة إلى تشغيل المحرك بسرعة أقل من تردد الرنين، فمن المهم التسريع بسرعة خلال نطاق الرنين لتقليل تأثيرات الاهتزاز.
الحل الفعال الآخر هو استخدام زاوية خطوة أصغر. تميل زوايا الخطوة الأكبر إلى أن تؤدي إلى زيادة في التجاوز أو النقصان. إذا كان أمام المحرك مسافة قصيرة ليقطعها، فلن يولد قوة كافية (عزم الدوران) لتجاوز السرعة بشكل كبير. من خلال تقليل زاوية الخطوة، يتعرض المحرك لاهتزاز أقل. وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل تقنيات نصف الخطوة والخطوة الدقيقة فعالة جدًا في تقليل الاهتزازات.
تأكد من اختيار المحرك بناءً على متطلبات الحمل. الحجم المناسب للمحرك يمكن أن يؤدي إلى أداء عام أفضل.
المخمدات هي خيار آخر يجب مراعاته. يمكن تركيب هذه الأجهزة على العمود الخلفي للمحرك لامتصاص بعض الطاقة الاهتزازية، مما يساعد على تسهيل تشغيل المحرك الاهتزازي بطريقة فعالة من حيث التكلفة.
تقدم جديد نسبيا في تقنية محرك السائر هي محرك السائر ذو 5 مراحل. الفرق الأكثر وضوحًا بين المحركات ثنائية الطور ومحرك 5 الطور (انظر الرسم البياني التفاعلي أدناه) هو عدد أقطاب الجزء الثابت: المحركات ثنائية الطور لها 8 أقطاب (4 لكل طور)، بينما تحتوي المحركات ذات 5 الطور على 10 أقطاب (2 لكل طور). تصميم الدوار مشابه لتصميم المحرك ثنائي الطور.
في المحرك ثنائي الطور، تقوم كل مرحلة بتحريك الدوار بمقدار 1/4 خطوة سن، بينما في المحرك ذو 5 مراحل، يتحرك الدوار بمقدار 1/10 خطوة سن بسبب تصميمه. مع مسافة سن تبلغ 7.2 درجة، تصبح زاوية الخطوة للمحرك 5 مراحل 0.72 درجة. يسمح هذا البناء للمحرك خماسي الطور بتحقيق 500 خطوة لكل دورة، مقارنة بالمحرك ثنائي الطور 200 خطوة لكل دورة، مما يوفر دقة أكبر 2.5 مرة من المحرك ثنائي الطور.
تؤدي الدقة الأعلى إلى زاوية خطوة أصغر، مما يقلل الاهتزاز بشكل كبير. نظرًا لأن زاوية خطوة المحرك خماسي الطور أصغر بمقدار 2.5 مرة من زاوية المحرك ثنائي الطور، فإنه يتعرض لرنين واهتزازات أقل بكثير. في كلا النوعين من المحركات، يجب أن يتجاوز الدوار أو يقل بمقدار يزيد عن 3.6 درجة لتفويت الخطوات. مع زاوية خطوة المحرك خماسي الطور التي تبلغ 0.72 درجة فقط، يصبح من المستحيل تقريبًا للمحرك أن يتجاوز أو ينقص من هذا الهامش، مما يؤدي إلى احتمالية منخفضة جدًا لفقد التزامن.
هناك أربع طرق محرك أساسية ل محرك السائر :
محرك الموجة (الخطوة الكاملة)
مرحلتان للتشغيل (الخطوة الكاملة)
تشغيل 1-2 مراحل (نصف خطوة)
ميكروستيب
في الرسم البياني أدناه، تم تبسيط طريقة الدفع الموجي لتوضيح مبادئها. تمثل كل دورة بزاوية 90 درجة موضحة في الرسم التوضيحي 1.8 درجة من دوران الجزء الدوار في محرك حقيقي.
في طريقة الدفع الموجي، والمعروفة أيضًا بطريقة التشغيل أحادي الطور، يتم تنشيط مرحلة واحدة فقط في كل مرة. عندما يتم تنشيط الطور A، فإنه يخلق قطبًا جنوبيًا يجذب القطب الشمالي للدوار. بعد ذلك، يتم إيقاف تشغيل المرحلة A وتشغيل المرحلة B، مما يتسبب في دوران الدوار بمقدار 90 درجة (1.8 درجة)، وتستمر هذه العملية مع تنشيط كل مرحلة على حدة.
يعمل محرك الموجة بتسلسل كهربائي من أربع خطوات لتدوير المحرك.
في طريقة التشغيل 'التشغيل على مرحلتين'، يتم تنشيط مرحلتي المحرك بشكل مستمر.
كما هو موضح أدناه، فإن كل دورة بمقدار 90 درجة تتوافق مع دوران الجزء الدوار بمقدار 1.8 درجة. عندما يتم تنشيط المرحلتين A وB كقطبين جنوبيين، ينجذب القطب الشمالي للدوار بالتساوي إلى كلا القطبين، مما يؤدي إلى محاذاة مباشرة في المنتصف. مع تقدم التسلسل وتنشيط المراحل، سوف يدور الجزء المتحرك للحفاظ على المحاذاة بين القطبين النشطين.
تعمل طريقة 'التشغيل على مرحلتين' باستخدام تسلسل كهربائي من أربع خطوات لتدوير المحرك.
تستخدم محركات BesFoc القياسية ثنائية الطور وثنائية الطور من النوع M طريقة القيادة '2 Phases On' هذه.
الميزة الرئيسية لطريقة 'التشغيل على مرحلتين' مقارنة بطريقة 'التشغيل على المرحلة الأولى' هي عزم الدوران. في طريقة 'التشغيل بمرحلة واحدة'، يتم تنشيط مرحلة واحدة فقط في كل مرة، مما يؤدي إلى تأثير وحدة واحدة من عزم الدوران على الدوار. في المقابل، تعمل طريقة 'التشغيل على مرحلتين' على تنشيط كلا المرحلتين في وقت واحد، مما ينتج عنه وحدتين من عزم الدوران. يعمل أحد ناقلي عزم الدوران عند موضع الساعة 12 والآخر عند موضع الساعة 3. عندما يتم دمج متجهي عزم الدوران هذين، فإنهما ينتجان متجهًا محصلًا بزاوية 45 درجة بحجم أكبر بنسبة 41.4% من متجه واحد. وهذا يعني أن استخدام طريقة 'التشغيل على مرحلتين' يتيح لنا تحقيق نفس زاوية الخطوة مثل طريقة 'التشغيل على الطورين' مع توفير عزم دوران أكبر بنسبة 41%.
ومع ذلك، تعمل المحركات ذات الخمس مراحل بطريقة مختلفة بعض الشيء. بدلاً من استخدام أسلوب 'التشغيل على مرحلتين'، فإنهم يستخدمون أسلوب 'التشغيل على 4 مراحل'. في هذا الأسلوب، يتم تنشيط أربع مراحل في وقت واحد في كل مرة يقوم فيها المحرك بخطوة.
ونتيجة لذلك، يتبع المحرك ذو الخمس مراحل تسلسلًا كهربائيًا مكونًا من 10 خطوات أثناء التشغيل.
تجمع طريقة '1-2 مراحل التشغيل'، والمعروفة أيضًا بنصف الخطوة، بين مبادئ الطريقتين السابقتين. في هذا النهج، نقوم أولاً بتنشيط الطور A، مما يؤدي إلى محاذاة الجزء الدوار. مع الحفاظ على تنشيط المرحلة A، نقوم بعد ذلك بتنشيط المرحلة B. عند هذه النقطة، ينجذب الجزء المتحرك بالتساوي إلى كلا القطبين ويصطف في المنتصف، مما يؤدي إلى دوران بمقدار 45 درجة (أو 0.9 درجة). بعد ذلك، نقوم بإيقاف تشغيل المرحلة A مع الاستمرار في تنشيط المرحلة B، مما يسمح للمحرك باتخاذ خطوة أخرى. تستمر هذه العملية، بالتناوب بين تنشيط مرحلة واحدة ومرحلتين. ومن خلال القيام بذلك، قمنا بشكل فعال بقطع زاوية الخطوة إلى النصف، مما يساعد على تقليل الاهتزازات.
بالنسبة للمحرك ذو 5 مراحل، فإننا نستخدم استراتيجية مماثلة من خلال التناوب بين 4 مراحل و5 مراحل.
يتكون وضع نصف الخطوة من تسلسل كهربائي من ثماني خطوات. في حالة استخدام محرك خماسي الطور بطريقة '4-5 مراحل تشغيل'، يمر المحرك بتسلسل كهربائي مكون من 20 خطوة.
(يمكن إضافة المزيد من المعلومات حول الخطوات الدقيقة إذا لزم الأمر.)
Microstepping هي تقنية تستخدم لجعل الخطوات الأصغر أكثر دقة. كلما كانت الخطوات أصغر، زادت الدقة وتحسنت خصائص اهتزاز المحرك. في الخطوات الدقيقة، لا تكون المرحلة في حالة تشغيل كامل أو إيقاف تشغيل كامل؛ بدلا من ذلك، يتم تنشيطه جزئيا. يتم تطبيق الموجات الجيبية على كل من المرحلة A والمرحلة B، مع اختلاف طور قدره 90 درجة (أو 0.9 درجة في خمس مراحل محرك السائر ).
عندما يتم تطبيق الحد الأقصى من الطاقة على المرحلة أ، تكون المرحلة ب عند الصفر، مما يتسبب في محاذاة الدوار مع المرحلة أ. ومع انخفاض التيار إلى المرحلة أ، يزداد التيار إلى المرحلة ب، مما يسمح للدوار باتخاذ خطوات صغيرة نحو المرحلة ب. وتستمر هذه العملية مع دورات التيار بين المرحلتين، مما يؤدي إلى حركة سلسة دقيقة.
ومع ذلك، فإن الخطوات الدقيقة تمثل بعض التحديات، خاصة فيما يتعلق بالدقة وعزم الدوران. نظرًا لأنه يتم تنشيط المراحل جزئيًا فقط، فإن المحرك عادةً ما يواجه انخفاضًا في عزم الدوران بنسبة حوالي 30%. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن فرق عزم الدوران بين الخطوات يكون ضئيلًا، فقد يواجه المحرك صعوبة في التغلب على الحمل، مما قد يؤدي إلى مواقف حيث يُطلب من المحرك التحرك عدة خطوات قبل أن يبدأ التحرك فعليًا. في كثير من الحالات، يكون دمج أجهزة التشفير ضروريًا لإنشاء نظام حلقة مغلقة، على الرغم من أن هذا يزيد من التكلفة الإجمالية.
أنظمة الحلقة المفتوحة
أنظمة الحلقة المغلقة
أنظمة المؤازرة
عادةً ما يتم تصميم محركات السائر كأنظمة حلقة مفتوحة. في هذا التكوين، يرسل مولد النبض نبضات إلى دائرة تسلسل الطور. يحدد مُسلسل الطور المراحل التي يجب تشغيلها أو إيقاف تشغيلها، كما هو موضح سابقًا في طرق الخطوة الكاملة ونصف الخطوة. يتحكم جهاز التسلسل في FETs عالية الطاقة لتنشيط المحرك.
ومع ذلك، في نظام الحلقة المفتوحة، لا يوجد تحقق من الموضع، مما يعني أنه لا توجد طريقة لتأكيد ما إذا كان المحرك قد نفذ الحركة المطلوبة.
إحدى الطرق الأكثر شيوعًا لتنفيذ نظام الحلقة المغلقة هي إضافة جهاز تشفير إلى العمود الخلفي للمحرك ذي العمود المزدوج. يتكون جهاز التشفير من قرص رفيع مميز بخطوط تدور بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال. وفي كل مرة يمر خط بين هذين المكونين، فإنه يولد نبضة على خطوط الإشارة.
يتم بعد ذلك تغذية نبضات الإخراج هذه إلى وحدة التحكم، التي تقوم بإحصاءها. عادةً، في نهاية الحركة، تقوم وحدة التحكم بمقارنة عدد النبضات التي أرسلتها إلى السائق مع عدد النبضات المستلمة من جهاز التشفير. يتم تنفيذ روتين محدد، حيث إذا اختلف العددان، يقوم النظام بضبطه لتصحيح التناقض. إذا تطابقت الأعداد، فهذا يشير إلى عدم حدوث أي خطأ، ويمكن أن تستمر الحركة بسلاسة.
يأتي نظام الحلقة المغلقة مع عيبين رئيسيين: التكلفة (والتعقيد) ووقت الاستجابة. يضيف تضمين جهاز التشفير إلى التكلفة الإجمالية للنظام، إلى جانب زيادة تعقيد وحدة التحكم، مما يساهم في التكلفة الإجمالية. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن التصحيحات تتم فقط في نهاية الحركة، فقد يؤدي ذلك إلى حدوث تأخيرات في النظام، مما قد يؤدي إلى إبطاء أوقات الاستجابة.
البديل لأنظمة السائر ذات الحلقة المغلقة هو نظام مؤازر. تستخدم الأنظمة المؤازرة عادةً محركات ذات عدد أقطاب منخفض، مما يتيح أداءً عالي السرعة ولكنه يفتقر إلى القدرة الكامنة على تحديد الموقع. لتحويل جهاز مؤازر إلى جهاز موضعي، هناك حاجة إلى آليات ردود الفعل، وغالبًا ما تستخدم أداة تشفير أو محلل مع حلقات التحكم.
في نظام مؤازر، يتم تنشيط المحرك وإلغاء تنشيطه حتى يشير محلل البيانات إلى الوصول إلى موضع محدد. على سبيل المثال، إذا تم توجيه المؤازرة لتحريك 100 دورة، فإنه يبدأ بعدد المحللات عند الصفر. يعمل المحرك حتى يصل عدد المحلل إلى 100 دورة، وعند هذه النقطة يتم إيقاف تشغيله. إذا كان هناك أي تغيير موضعي، فسيتم إعادة تنشيط المحرك لتصحيح الوضع.
تتأثر استجابة المؤازرة للأخطاء الموضعية بإعدادات الكسب. يسمح إعداد الكسب العالي للمحرك بالتفاعل بسرعة مع التغييرات في الخطأ، بينما يؤدي إعداد الكسب المنخفض إلى استجابة أبطأ. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي ضبط إعدادات الكسب إلى حدوث تأخيرات زمنية في نظام التحكم في الحركة، مما يؤثر على الأداء العام.
AlphaStep هو ابتكار BesFoc حل محرك متدرج ، يتميز بمحلل متكامل يقدم تعليقات فورية للموقع. يضمن هذا التصميم معرفة الموقع الدقيق للدوار في جميع الأوقات، مما يعزز دقة وموثوقية النظام.
يتميز برنامج تشغيل AlphaStep بعداد إدخال يتتبع جميع النبضات المرسلة إلى محرك الأقراص. في الوقت نفسه، يتم توجيه ردود الفعل من وحدة التحليل إلى عداد موضع الدوار، مما يسمح بالمراقبة المستمرة لموضع الدوار. يتم تسجيل أي اختلافات في عداد الانحراف.
عادةً، يعمل المحرك في وضع الحلقة المفتوحة، مما يولد نواقل عزم الدوران ليتبعها المحرك. ومع ذلك، إذا أشار عداد الانحراف إلى تناقض أكبر من ±1.8 درجة، يقوم مُسلسِل الطور بتنشيط ناقل عزم الدوران في القسم العلوي من منحنى إزاحة عزم الدوران. يؤدي هذا إلى توليد أقصى عزم دوران لإعادة ضبط الدوار وإعادته إلى التزامن. إذا تم إيقاف المحرك بعدة خطوات، يقوم جهاز التسلسل بتنشيط نواقل عزم الدوران المتعددة عند الطرف الأعلى من منحنى إزاحة عزم الدوران. يمكن للسائق التعامل مع حالات التحميل الزائد لمدة تصل إلى 5 ثوانٍ؛ إذا فشل في استعادة التزامن خلال هذا الإطار الزمني، فسيتم تشغيل خطأ، ويتم إصدار إنذار.
من الميزات الرائعة لنظام AlphaStep هو قدرته على إجراء تصحيحات في الوقت الفعلي لأي خطوات لم يتم إجراؤها. على عكس الأنظمة التقليدية التي تنتظر حتى نهاية الحركة لتصحيح أي أخطاء، يتخذ برنامج التشغيل AlphaStep إجراءً تصحيحيًا بمجرد سقوط الدوار خارج نطاق 1.8 درجة. بمجرد عودة الدوار ضمن هذا الحد، يعود السائق إلى وضع الحلقة المفتوحة ويستأنف عمليات تنشيط الطور المناسبة.
يوضح الرسم البياني المصاحب منحنى إزاحة عزم الدوران، مع تسليط الضوء على أوضاع تشغيل النظام - الحلقة المفتوحة والحلقة المغلقة. يمثل منحنى إزاحة عزم الدوران عزم الدوران الناتج عن مرحلة واحدة، مما يحقق أقصى عزم دوران عندما ينحرف موضع الدوار بمقدار 1.8 درجة. لا يمكن تفويت أي خطوة إلا إذا تجاوز الدوار أكثر من 3.6 درجة. نظرًا لأن السائق يتحكم في ناقل عزم الدوران عندما يتجاوز الانحراف 1.8 درجة، فمن غير المرجح أن يفوت المحرك خطوات ما لم يتعرض لحمل زائد يستمر لأكثر من 5 ثوانٍ.
يعتقد الكثير من الناس خطأً أن دقة خطوة محرك AlphaStep هي ±1.8 درجة. في الواقع، تتمتع AlphaStep بدقة خطوة تبلغ 5 دقائق قوسية (0.083 درجة). يدير السائق نواقل عزم الدوران عندما يكون الدوار خارج نطاق 1.8 درجة. بمجرد أن يقع الدوار ضمن هذا النطاق، تتم محاذاة أسنان الدوار بدقة مع ناقل عزم الدوران الذي يتم توليده. يضمن AlphaStep محاذاة السن الصحيحة مع ناقل عزم الدوران النشط.
تأتي سلسلة AlphaStep في إصدارات مختلفة. تقدم BesFoc كلا من الطرازات ذات العمود الدائري والمجهزة بنسب تروس متعددة إما لتعزيز الدقة وعزم الدوران أو لتقليل القصور الذاتي المنعكس. يمكن تجهيز معظم الإصدارات بفرامل مغناطيسية آمنة من الفشل. بالإضافة إلى ذلك، يوفر BesFoc إصدار 24 VDC يسمى سلسلة ASC.
في الختام، المحركات السائر مناسبة للغاية لتطبيقات تحديد المواقع. إنها تسمح بالتحكم الدقيق في كل من المسافة والسرعة ببساطة عن طريق تغيير عدد النبض والتردد. يتيح عدد الأقطاب المرتفع الدقة، حتى عند التشغيل في وضع الحلقة المفتوحة. عندما يكون الحجم مناسبًا لتطبيق معين، أ محرك السائر لن يفوت الخطوات. علاوة على ذلك، نظرًا لأنها لا تتطلب ردود فعل موضعية، فإن المحركات السائر تعد حلاً فعالاً من حيث التكلفة.
