نقاط للصيانة الدورية لمحركات الخطوة

يُستخدم المحرك الخطوي على نطاق واسع في أنظمة التحكم بالحركة كعنصر تنفيذ رقمي. يلاحظ العديد من المستخدمين ارتفاع درجة حرارة المحرك الخطوي أثناء التشغيل، مما يثير شكوكهم حول ما إذا كانت هذه الظاهرة طبيعية. في الواقع، تُعدّ الحرارة ظاهرة شائعة في المحركات الخطوية، ولكن ما هي درجة الحرارة الطبيعية، وكيف يمكن تقليلها؟

أولاً، لفهم سبب ارتفاع درجة حرارة المحرك المتدرج.

في جميع أنواع المحركات الخطوية، يتكون الجزء الداخلي من قلب حديدي وملف لولبي. تُسبب مقاومة الملف فقدًا في الطاقة، ويتناسب حجم هذا الفقد طرديًا مع مربع المقاومة والتيار، وهذا ما يُعرف بفقد النحاس. إذا لم يكن التيار تيارًا مستمرًا قياسيًا أو موجة جيبية، فسيُسبب ذلك أيضًا فقدًا توافقيًا. كما يُسبب تأثير التيارات الدوامية في القلب الحديدي فقدًا في المجال المغناطيسي المتناوب، ويتناسب حجم الفقد مع التيار والتردد والجهد، وهذا ما يُعرف بفقد الحديد. يتجلى فقد النحاس وفقد الحديد في صورة حرارة مُتولدة، مما يؤثر على كفاءة المحرك.

تسعى المحركات الخطوية عمومًا إلى تحقيق دقة تحديد المواقع وعزم الدوران، وتكون كفاءتها منخفضة نسبيًا، ويكون التيار كبيرًا بشكل عام، وتحتوي على مكونات توافقية عالية، ويتغير تردد التيار مع السرعة، لذلك تعاني المحركات الخطوية عمومًا من مشكلة ارتفاع درجة الحرارة، وتكون هذه المشكلة أكثر خطورة من محركات التيار المتردد العادية.

ثانيًا، التحكم في حرارة المحرك المتدرج ضمن نطاق معقول.

يعتمد مدى تحمل المحرك للحرارة بشكل أساسي على مستوى العزل الداخلي. لا يتلف العزل الداخلي إلا عند ارتفاع درجة حرارته إلى مستوى عالٍ (أعلى من 130 درجة مئوية). لذا، طالما لم تتجاوز درجة الحرارة الداخلية 130 درجة مئوية، فلن يتضرر المحرك، وعندها ستكون درجة حرارة السطح أقل من 90 درجة مئوية. لذلك، تُعد درجة حرارة سطح محرك الخطوة بين 70 و80 درجة مئوية طبيعية. يمكنك قياس درجة الحرارة بشكل تقريبي باستخدام مقياس حرارة بسيط: إذا لمسته بيدك لأكثر من ثانية أو ثانيتين، فلا تتجاوز 60 درجة مئوية؛ إذا لمسته فقط، فتكون درجة حرارته حوالي 70-80 درجة مئوية؛ إذا تبخرت بضع قطرات من الماء بسرعة، فتكون درجة حرارته أعلى من 90 درجة مئوية؛ بالطبع، يمكنك أيضًا استخدام مسدس حراري.

ثالثًا، تسخين المحرك المتدرج مع تغير السرعة.

عند استخدام تقنية محرك التيار الثابت، فإن محرك الخطوة في وضع السكون والسرعة المنخفضة، سيحافظ على تيار ثابت نسبيًا للحفاظ على عزم دوران ثابت.
عندما تصل السرعة إلى حد معين، يرتفع الجهد العكسي داخل المحرك، ويتناقص التيار تدريجيًا، وينخفض ​​عزم الدوران أيضًا. لذا، فإن الحرارة المتولدة نتيجة فقدان النحاس مرتبطة بالسرعة.
يكون توليد الحرارة مرتفعًا عمومًا عند السكون والسرعات المنخفضة، ومنخفضًا عند السرعات العالية. لكن تغير فقد الحديد (وإن كان بنسبة ضئيلة) لا ينطبق على هذه الحالة، وحرارة المحرك الكلية هي مجموع هاتين الحالتين، لذا فإن ما سبق هو مجرد وصف عام.

رابعًا، تأثير الحرارة

على الرغم من أن حرارة المحرك لا تؤثر عادةً على عمره، إلا أن معظم العملاء لا يحتاجون إلى الانتباه إليها. مع ذلك، فإن ارتفاع درجة الحرارة بشكل كبير قد يُسبب بعض الآثار السلبية.
مثل الأجزاء الداخلية للمحرك، ومعامل التمدد الحراري للإجهادات الهيكلية المختلفة الناتجة عن التغيرات في الفجوة الهوائية الداخلية، والتغيرات الصغيرة ستؤثر على الاستجابة الديناميكية للمحرك، ومن السهل أن يفقد المحرك سرعته العالية.
ومن الأمثلة الأخرى أن بعض الحالات لا تسمح بارتفاع درجة حرارة المحرك بشكل مفرط، مثل المعدات الطبية ومعدات الاختبار عالية الدقة. لذلك، يجب التحكم في حرارة المحرك بشكل ضروري.

ثالثا: تقليل حرارة المحرك.

يهدف تقليل الحرارة إلى تقليل فقد النحاس وفقد الحديد. ويتحقق تقليل فقد النحاس من خلال اتجاهين: تقليل المقاومة وتقليل التيار، مما يستلزم اختيار محركات صغيرة ذات مقاومة منخفضة وتيار مقنن منخفض قدر الإمكان. ويمكن استخدام المحركات ثنائية الطور في توصيلات التوالي، ولا داعي لتوصيلها على التوازي.
لكن هذا غالباً ما يتعارض مع متطلبات عزم الدوران والسرعة العالية.
بالنسبة للمحرك الذي تم اختياره، يجب أن يستفيد بشكل كامل من وظيفة التحكم التلقائي في نصف التيار ووظيفة عدم الاتصال الخاصة بالمحرك، حيث تعمل الأولى على تقليل التيار تلقائيًا عندما يكون المحرك في حالة ثابتة، بينما تقوم الثانية ببساطة بقطع التيار.
بالإضافة إلى ذلك، فإنّ نظام القيادة المُقسّم بدقة، نظرًا لقرب شكل موجة التيار من الشكل الجيبي، يُقلّل من التوافقيات، وبالتالي يُقلّل من سخونة المحرك. لا توجد طرق كثيرة لتقليل فقد الحديد، ويرتبط مستوى الجهد بمحرك القيادة عالي الجهد، ورغم أنه يُحسّن خصائص السرعة العالية، إلا أنه يزيد من الحرارة.
لذلك، ينبغي علينا اختيار مستوى جهد التشغيل المناسب، مع مراعاة السرعة العالية والسلاسة والحرارة والضوضاء وغيرها من المؤشرات.