اختيار المحركات المتدرجة في معدات الأتمتة

محركات السائريمكن استخدامه للتحكم في السرعة وتحديد المواقع دون استخدام أجهزة التغذية الراجعة (مثل التحكم في الحلقة المفتوحة)، لذا يُعدّ حل القيادة هذا اقتصاديًا وموثوقًا. يُستخدم محرك السائر على نطاق واسع في معدات الأتمتة والأجهزة. لكن العديد من المستخدمين، سواءً من الفنيين أو المستخدمين، يتساءلون عن كيفية اختيار محرك السائر المناسب، وكيفية تحقيق أفضل أداء له، أو لديهم المزيد من الأسئلة. تناقش هذه الورقة اختيار محركات السائر، مع التركيز على تطبيق بعض الخبرات الهندسية في هذا المجال. آمل أن يكون لشيوع استخدام محركات السائر في معدات الأتمتة دورٌ في تسهيل عملية الاستخدام.

 

1.مقدمةمحرك متدرج

يُعرف المحرك الخطوي أيضًا باسم محرك النبضات أو المحرك الخطوي. يتحرك بزاوية معينة في كل مرة تتغير فيها حالة الإثارة وفقًا لإشارة نبضة الدخل، ويبقى ثابتًا عند موضع معين عندما تبقى حالة الإثارة ثابتة. يسمح هذا للمحرك الخطوي بتحويل إشارة نبضة الدخل إلى إزاحة زاوية مقابلة للخرج. من خلال التحكم في عدد نبضات الدخل، يمكن تحديد الإزاحة الزاوية للخرج بدقة لتحقيق أفضل وضع؛ ومن خلال التحكم في تردد نبضات الدخل، يمكن التحكم بدقة في السرعة الزاوية للخرج وتحقيق هدف تنظيم السرعة. في أواخر ستينيات القرن الماضي، ظهرت مجموعة متنوعة من محركات السائر العملية، وشهدت السنوات الأربعين الماضية تطورًا سريعًا. أصبحت محركات السائر، إلى جانب محركات التيار المستمر والمحركات غير المتزامنة والمحركات المتزامنة، نوعًا أساسيًا من المحركات. هناك ثلاثة أنواع من محركات السائر: التفاعلية (نوع VR)، والمغناطيس الدائم (نوع PM)، والهجينة (نوع HB). يجمع محرك السائر الهجين مزايا النوعين السابقين من محركات السائر. يتكون محرك السائر من دوار (قلب دوار، مغناطيسات دائمة، عمود، محامل كروية)، وجزء ثابت (لفائف، قلب ثابت)، وأغطية طرفية أمامية وخلفية، إلخ. يتكون محرك السائر الهجين ثنائي الطور الأكثر شيوعًا من جزء ثابت ذي 8 أسنان كبيرة، و40 سنًا صغيرًا، وجزء دوار ذي 50 سنًا صغيرًا؛ بينما يتكون محرك ثلاثي الطور من جزء ثابت ذي 9 أسنان كبيرة، و45 سنًا صغيرًا، وجزء دوار ذي 50 سنًا صغيرًا.

 

2. مبدأ التحكم

المحرك متدرجلا يمكن توصيله مباشرةً بمصدر الطاقة، ولا يمكنه استقبال إشارات نبضية كهربائية مباشرةً، بل يجب أن يتم ذلك من خلال واجهة خاصة - مشغل محرك السائر - للتفاعل مع مصدر الطاقة ووحدة التحكم. يتكون مشغل محرك السائر عادةً من موزع حلقي ودائرة مضخم طاقة. يستقبل مقسم الحلقة إشارات التحكم من وحدة التحكم. في كل مرة يتم فيها استقبال إشارة نبضية، يتم تحويل خرج مقسم الحلقة مرة واحدة، وبالتالي فإن وجود أو غياب إشارة النبضة وترددها يمكن أن يحدد ما إذا كانت سرعة محرك السائر عالية أم منخفضة، أو متسارعة أم متباطئة لبدء التشغيل أو إيقافه. يجب على موزع الحلقة أيضًا مراقبة إشارة الاتجاه من وحدة التحكم لتحديد ما إذا كانت انتقالات حالة خرجها بترتيب موجب أم سالب، وبالتالي تحديد توجيه محرك السائر.

 

3.المعلمات الرئيسية

①رقم الكتلة: بشكل أساسي 20، 28، 35، 42، 57، 60، 86، وما إلى ذلك.

②عدد الأطوار: عدد الملفات داخل محرك السائر. عادةً ما يكون عدد أطوار محرك السائر ثنائي الطور، وثلاثي الطور، وخماسي الطور. تستخدم الصين بشكل رئيسي محركات السائر ثنائية الطور، كما تُستخدم محركات السائر ثلاثية الطور في بعض التطبيقات. أما اليابان، فتستخدم محركات السائر خماسية الطور بشكل أكثر شيوعًا.

③زاوية الخطوة: تُقابل إشارة النبضة، وهي الإزاحة الزاوية لدوران دوار المحرك. صيغ حساب زاوية خطوة المحرك الخطوي هي كما يلي.

زاوية الخطوة = 360 درجة ÷ (2 ميجا هرتز)

م عدد مراحل المحرك المتدرج

Z هو عدد أسنان دوار المحرك المتدرج.

وفقًا للصيغة أعلاه، فإن زاوية الخطوة للمحركات المتدرجة ثنائية الطور وثلاثية الطور وخماسية الطور هي 1.8 درجة و1.2 درجة و0.72 درجة على التوالي

④ عزم التثبيت: هو عزم دوران لفات الجزء الثابت للمحرك عبر التيار المقنن، ولكن عند عدم دوران الجزء الدوار، يُثبّت الجزء الثابت الجزء الدوار. يُعدّ عزم التثبيت أهم معلمة في محركات السائر، وهو الأساس لاختيار المحرك.

⑤ عزم التموضع: هو عزم الدوران اللازم لتدوير الدوار بقوة خارجية عند عدم مرور تيار في المحرك. يُعدّ عزم الدوران أحد مؤشرات أداء المحرك، وفي حال تساوي باقي المعلمات، كلما قلّ عزم التموضع، قلّ تأثير "الفتحة"، وزادت فائدة ذلك لسلاسة تشغيل المحرك عند السرعات المنخفضة. خصائص تردد عزم الدوران: تشير بشكل رئيسي إلى خصائص تردد عزم الدوران المُمتدة، حيث يُمكن للمحرك، عند تشغيله المستقر بسرعة معينة، أن يتحمل أقصى عزم دوران دون فقدان الخطوة. يُستخدم منحنى عزم الدوران لوصف العلاقة بين أقصى عزم دوران والسرعة (التردد) دون فقدان الخطوة. يُعدّ منحنى تردد عزم الدوران معلمة مهمة في محرك السائر، وهو الأساس لاختيار المحرك.

⑥ التيار المقدر: تيار لف المحرك المطلوب للحفاظ على عزم الدوران المقدر، والقيمة الفعالة

 

4. اختيار النقاط

تستخدم التطبيقات الصناعية في سرعة المحرك المتدرج ما يصل إلى 600 ~ 1500 دورة في الدقيقة، وسرعة أعلى، يمكنك النظر في محرك متدرج الحلقة المغلقة، أو اختيار برنامج محرك سيرفو أكثر ملاءمة خطوات اختيار المحرك المتدرج (انظر الشكل أدناه).

 

(1) اختيار زاوية الخطوة

وفقًا لعدد أطوار المحرك، هناك ثلاثة أنواع من زاوية الخطوة: 1.8 درجة (ثنائي الطور)، 1.2 درجة (ثلاثي الطور)، 0.72 درجة (خماسي الطور). بالطبع، تتميز زاوية الخطوة خماسية الطور بأعلى دقة، لكن محركها ومشغلها أغلى ثمناً، لذا نادرًا ما يُستخدم في الصين. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم محركات السائر الشائعة الآن تقنية محرك التقسيم الفرعي، وفي التقسيمات الفرعية الأربعة أدناه، لا يزال من الممكن ضمان دقة زاوية الخطوة الفرعية، لذلك، إذا تم أخذ مؤشرات دقة زاوية الخطوة وحدها في الاعتبار، يمكن استبدال محرك السائر خماسي الطور بمحرك سائر ثنائي أو ثلاثي الطور. على سبيل المثال، في تطبيق نوع ما من الرصاص لحمل المسمار 5 مم، إذا تم استخدام محرك متدرج ثنائي الطور وتم ضبط السائق على 4 أقسام فرعية، فإن عدد النبضات لكل دورة للمحرك هو 200 × 4 = 800، والمكافئ النبضي هو 5 ÷ 800 = 0.00625 مم = 6.25 ميكرومتر، يمكن لهذه الدقة تلبية معظم متطلبات التطبيق.

(2) اختيار عزم الدوران الثابت (عزم التثبيت)

تتضمن آليات نقل الحمل المستخدمة بشكل شائع الأحزمة المتزامنة، وقضبان الخيوط، والرف والترس، وما إلى ذلك. يقوم العملاء أولاً بحساب حمل الماكينة (عزم التسارع بالإضافة إلى عزم الاحتكاك بشكل أساسي) وتحويله إلى عزم الحمل المطلوب على عمود المحرك. ثم، وفقًا لأقصى سرعة تشغيل مطلوبة من قبل الزهور الكهربائية، فإن حالتي الاستخدام المختلفتين التاليتين لاختيار عزم التثبيت المناسب للمحرك المتدرج 1 لتطبيق سرعة المحرك المطلوبة البالغة 300 دقيقة في الدقيقة أو أقل: إذا تم تحويل حمل الماكينة إلى عزم الحمل المطلوب لعمود المحرك T1، فسيتم ضرب عزم الحمل هذا بعامل الأمان SF (عادةً ما يكون 1.5-2.0)، أي عزم تثبيت محرك السائر المطلوب Tn ②2 للتطبيقات التي تتطلب سرعة محرك تبلغ 300 دقيقة في الدقيقة أو أكثر: اضبط أقصى سرعة Nmax، إذا تم تحويل حمل الماكينة إلى عمود المحرك، فإن عزم الحمل المطلوب هو T1، فسيتم ضرب عزم الحمل هذا بعامل الأمان SF (عادةً ما يكون 2.5-3.5)، مما يعطي عزم التثبيت Tn. ارجع إلى الشكل 4 واختر طرازًا مناسبًا. ثم استخدم منحنى العزم والتردد للتحقق والمقارنة: على منحنى العزم والتردد، تتوافق أقصى سرعة Nmax المطلوبة للمستخدم مع أقصى عزم دوران خطوة مفقود لـ T2، لذا يجب أن يكون أقصى عزم دوران خطوة مفقود لـ T2 أكبر بنسبة 20% من T1. وإلا، فمن الضروري اختيار محرك جديد بعزم دوران أكبر، ثم التحقق والمقارنة مرة أخرى وفقًا لمنحنى تردد عزم المحرك المختار حديثًا.

(3) كلما كان رقم قاعدة المحرك أكبر، كلما كان عزم الإمساك أكبر.

(4) وفقًا للتيار المقدر لتحديد محرك الخطوة المطابق.

على سبيل المثال، التيار المقدر للمحرك 57CM23 هو 5A، ثم تطابق الحد الأقصى المسموح به للتيار للمحرك بأكثر من 5A (يرجى ملاحظة أن هذه هي القيمة الفعالة وليس الذروة)، وإلا إذا اخترت الحد الأقصى للتيار للمحرك 3A فقط، فإن عزم الدوران الأقصى لإخراج المحرك يمكن أن يكون حوالي 60٪ فقط!

5، تجربة التطبيق

(1) مشكلة الرنين منخفض التردد للمحرك المتدرج

يُعدّ محرك التقسيم الفرعي طريقةً فعّالةً لتقليل رنين التردد المنخفض لمحركات السائر. عند سرعات أقل من 150 دورة في الدقيقة، يكون محرك التقسيم الفرعي فعّالاً للغاية في تقليل اهتزاز المحرك. نظرياً، كلما زاد التقسيم الفرعي، كان تأثيره أفضل في تقليل اهتزاز محرك السائر، ولكن في الواقع، يزداد التقسيم الفرعي إلى 8 أو 16 بعد أن يصل تأثير التحسين في تقليل اهتزاز محرك السائر إلى أقصى حد.

في السنوات الأخيرة، ظهرت محركات متدرجة مضادة للترددات المنخفضة الرنينية في السوق المحلية والأجنبية، مثل سلسلة منتجات Leisai DM وDM-S، التي تعتمد على تقنية مقاومة الترددات المنخفضة الرنينية. تعتمد هذه السلسلة من المحركات على تعويض التوافقيات، ومن خلال تعويض مطابقة السعة والطور، يمكن أن تقلل بشكل كبير من اهتزازات الترددات المنخفضة للمحرك المتدرج، مما يضمن تشغيلًا منخفض الاهتزاز والضوضاء.

(2) تأثير تقسيم المحرك المتدرج على دقة التموضع

لا تُحسّن دائرة محرك السائر المُقسّم سلاسة حركة الجهاز فحسب، بل تُحسّن أيضًا دقة تحديد موقعه بفعالية. أظهرت الاختبارات أنه في منصة حركة محرك السير المتزامن، يمكن تحديد موقع المحرك بدقة في كل خطوة.