حلقة مغلقةمحركات متدرجةلقد غيّرت نسبة الأداء إلى التكلفة في العديد من تطبيقات التحكم في الحركة. كما أتاح نجاح محركات VIC التقدمية ذات الحلقة المغلقة إمكانية استبدال محركات السيرفو باهظة الثمن بمحركات منخفضة التكلفة.محركات متدرجةفي عدد متزايد من تطبيقات الأتمتة الصناعية عالية المستوى، تعمل التطورات التكنولوجية على تغيير نسبة الأداء إلى التكلفة بين المحركات المتدرجة ومحركات المؤازرة.
محركات السائر مقابل محركات المؤازرة
وفقًا للمعتقدات السائدة، تُحسّن أنظمة التحكم المؤازرة أداءها في التطبيقات التي تتطلب سرعات تزيد عن 800 دورة في الدقيقة واستجابة ديناميكية عالية. أما محركات السائر، فتُناسب التطبيقات ذات السرعات المنخفضة، والتسارع المنخفض إلى المتوسط، وعزم الدوران العالي.
إذًا، ما هو أساس هذه الحكمة التقليدية حول محركات السائر ومحركات السيرفو؟ لنحللها بمزيد من التفصيل أدناه.
1. البساطة والتكلفة
محركات السائر ليست أرخص من محركات السيرفو فحسب، بل هي أيضًا أسهل في التشغيل والصيانة. تتميز محركات السائر بثباتها عند السكون وثباتها (حتى مع الأحمال الديناميكية). ومع ذلك، إذا تطلبت بعض التطبيقات أداءً أعلى، فيجب استخدام محركات سيرفو أكثر تكلفةً وتعقيدًا.
2. الهيكل
محركات السائريدور المحرك تدريجيًا، باستخدام ملفات مغناطيسية لسحب مغناطيس تدريجيًا من موضع إلى آخر. لتحريك المحرك 100 موضع في أي اتجاه، تتطلب الدائرة إجراء 100 عملية خطوة على المحرك. تستخدم محركات السائر النبضات لتحقيق حركات تدريجية، مما يسمح بتحديد المواقع بدقة دون استخدام أي مستشعرات تغذية راجعة.
تختلف آلية حركة محرك السيرفو. فهو يربط مستشعر موضع - أي مُشفِّر - بالدوار المغناطيسي، ويرصد باستمرار الموضع الدقيق للمحرك. يراقب السيرفو الفرق بين الموضع الفعلي للمحرك والموضع المطلوب، ويضبط التيار وفقًا لذلك. يحافظ نظام الحلقة المغلقة هذا على حركة المحرك في الوضع الصحيح.
3. السرعة وعزم الدوران
الفرق في الأداء بين محركات السائر والمحركات المؤازرة ينبع من حلول تصميم المحركات المختلفة.محركات السائرتمتلك محركات السيرفو عددًا أكبر بكثير من الأقطاب مقارنةً بمحركات السيرفو، لذا تتطلب دورة كاملة لمحرك السائر تبادلات تيار أكبر بكثير في اللفات، مما يؤدي إلى انخفاض سريع في عزم الدوران عند زيادة السرعات. بالإضافة إلى ذلك، عند الوصول إلى أقصى عزم دوران، قد يفقد محرك السائر وظيفة مزامنة السرعة. لهذه الأسباب، تُعد محركات السيرفو الحل الأمثل في معظم التطبيقات عالية السرعة. على النقيض من ذلك، يُعد العدد الأكبر من أقطاب محرك السائر مفيدًا عند السرعات المنخفضة، عندما يتمتع محرك السائر بميزة عزم دوران أعلى من محرك سيرفو من نفس الحجم.
مع زيادة السرعة، ينخفض عزم المحرك المتدرج
4. التمركز
هناك اختلافات جوهرية بين محركات السائر ومحركات السيرفو في التطبيقات التي تتطلب معرفة الموقع الدقيق للآلة باستمرار. في تطبيقات الحركة مفتوحة الحلقة التي تتحكم بها محركات السائر، يفترض نظام التحكم أن المحرك دائمًا في حالة حركة صحيحة. ومع ذلك، بعد مواجهة مشكلة، مثل توقف المحرك بسبب مكون عالق، لا يتمكن المتحكم من معرفة الموقع الفعلي للآلة، مما قد يؤدي إلى فقدان الموقع. يتميز نظام الحلقة المغلقة لمحرك السيرفو نفسه بميزة: في حال تعطله بواسطة جسم ما، فإنه يكتشفه فورًا. ستتوقف الآلة عن العمل ولن تفقد موقعها أبدًا.
5. استهلاك الحرارة والطاقة
تستخدم محركات السائر مفتوحة الحلقة تيارًا ثابتًا وتُصدر حرارة عالية. أما التحكم في الحلقة المغلقة فيوفر التيار اللازم لحلقة السرعة فقط، مما يُجنّب مشكلة ارتفاع درجة حرارة المحرك.
ملخص المقارنة
أنظمة التحكم بالمحركات المؤازرة (السيرفو) هي الأنسب للتطبيقات عالية السرعة التي تتطلب تغيرات ديناميكية في الأحمال، مثل الأذرع الروبوتية. أما أنظمة التحكم بالمحركات الخطوية، فهي أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب تسارعًا منخفضًا إلى متوسطًا وعزم دوران عالٍ، مثل الطابعات ثلاثية الأبعاد، والناقلات، والمحاور الفرعية، وغيرها. ولأن محركات السائر أرخص، فإنها تُقلل من تكلفة أنظمة الأتمتة عند استخدامها. ويتعين على أنظمة التحكم في الحركة التي تحتاج إلى الاستفادة من خصائص محركات السيرفو أن تثبت أن هذه المحركات عالية التكلفة تستحق قيمتها.
محركات متدرجة ذات تحكم حلقة مغلقة
يُعادل المحرك الخطوي المُدمج بالتحكم الإلكتروني محرك تيار مستمر ثنائي الطور بدون فرش، ويُمكنه التحكم في حلقات الموضع والسرعة والدقة (DQ)، بالإضافة إلى خوارزميات أخرى. يُستخدم مُشفِّر مطلق أحادي الدورة للتبديل في الحلقة المغلقة، مما يضمن عزم دوران مثاليًا عند أي سرعة.
انخفاض استهلاك الطاقة والحفاظ على البرودة
تتميز محركات السائر VIC بكفاءة عالية في استهلاك الطاقة. بخلاف محركات السائر مفتوحة الحلقة، التي تعمل دائمًا بأقصى طاقة ممكنة، مما يُسبب مشاكل في الحرارة والضوضاء، يتغير التيار وفقًا لظروف الحركة الفعلية، على سبيل المثال أثناء التسارع والتباطؤ. وكما هو الحال مع محركات السيرفو، يتناسب التيار الذي تستهلكه هذه المحركات في أي لحظة طرديًا مع عزم الدوران الفعلي المطلوب. ولأن المحرك ولوحة التحكم الإلكترونية المدمجة يعملان بدرجة حرارة أقل، يمكن لمحركات السائر VIC تحقيق عزم دوران ذروة أعلى يُضاهي عزم دوران محركات السيرفو.
حتى عند السرعات العالية، تتطلب محركات السائر VIC تيارًا أقل
بفضل التقدم في تكنولوجيا الحلقة المغلقة، أصبحت المحركات المتدرجة قادرة على اختراق التطبيقات عالية الأداء وعالية السرعة التي كانت في السابق مقتصرة على محركات المؤازرة فقط
محركات متدرجة بتقنية الحلقة المغلقة
ماذا لو تم تطبيق مزايا تقنية السيرفو ذات الحلقة المغلقة على المحركات المتدرجة؟
هل يمكننا تحقيق أداء مماثل لمحركات المؤازرة مع تحقيق مزايا التكلفة لمحركات السائر؟
من خلال دمج تقنية التحكم بالحلقة المغلقة، سيصبح محرك السائر منتجًا شاملًا يجمع بين مزايا محركات السيرفو والسائر بتكلفة منخفضة. ونظرًا لأن محركات السائر ذات الحلقة المغلقة تُحسّن الأداء وكفاءة الطاقة بشكل ملحوظ، فإنها تُمكّنها من استبدال محركات السيرفو الأكثر تكلفة في عدد متزايد من التطبيقات عالية الجودة.
فيما يلي مثال لمحرك متدرج متكامل VIC مع تحكم حلقة مغلقة مدمج لشرح أداء ومزايا وعيوب محركات السائر بتقنية الحلقة المغلقة.
متطلبات الأداء المطابقة بدقة
لضمان عزم دوران كافٍ للتغلب على الاضطرابات وتجنب فقدان الخطوات، عادةً ما تحتاج محركات السائر مفتوحة الحلقة إلى ضمان أن يكون عزم الدوران أعلى بنسبة 40% على الأقل من القيمة المطلوبة للتطبيق. لا تواجه جميع محركات السائر مغلقة الحلقة هذه المشكلة. فعندما تتوقف هذه المحركات بسبب الحمل الزائد، فإنها ستستمر في تحمل الحمل دون فقدان عزم الدوران. وستستمر في العمل بعد زوال حالة الحمل الزائد. يمكن ضمان أقصى عزم دوران عند أي سرعة معينة، ويضمن مستشعر الموضع عدم وجود أي فقدان في الخطوات. وبالتالي، يمكن تحديد محركات السائر مغلقة الحلقة لتتوافق تمامًا مع متطلبات عزم الدوران للتطبيق المعني دون الحاجة إلى هامش إضافي بنسبة 40%.
مع محركات السائر مفتوحة الحلقة، يصعب تلبية متطلبات عزم الدوران اللحظي العالي نظرًا لخطر فقدان الخطوات. بالمقارنة مع محركات السائر التقليدية، تتميز محركات السائر مغلقة الحلقة VIC بقدرتها على تحقيق تسارع فائق، وضوضاء تشغيلية منخفضة، ورنين منخفض. كما يمكنها العمل بنطاق ترددي أعلى بكثير، وتحقيق أداء ممتاز.
لا يوجد خزانة
يدمج نظام Toda لوحة التحكم في المحرك، مما يقلل من استخدام الأسلاك ويُبسّط عملية التنفيذ. مع Toda، يمكنك بناء آلات بدون خزائن.
دمج الإلكترونيات مع محركات السائر يقلل من التعقيد
بفضل تقنية الحلقة المغلقة، توفر محركات السائر ذات الحلقة المغلقة للمستخدمين دقة وكفاءة ممتازتين، بفضل أداء محرك السيرفو وانخفاض تكلفته. وتنتشر محركات السائر منخفضة التكلفة تدريجيًا في تطبيقات كانت ستهيمن عليها محركات السيرفو عالية التكلفة.
وقت النشر: ١٠ أبريل ٢٠٢٣