مبدأ تسخين المحرك المتدرج وتقنية التحكم في عملية التسارع والتباطؤ

مبدأ توليد الحرارةمحرك متدرج.

 

 

1- عادةً ما نرى جميع أنواع المحركات، وتتكون مكوناتها الداخلية من قلب حديدي وملف لف.للملفات مقاومة، وعند تنشيطها ينتج عنها فقد في الطاقة، ويتناسب مقدار هذا الفقد طرديًا مع مربع المقاومة والتيار، ويُشار إليه غالبًا بفقد النحاس. وإذا لم يكن التيار تيارًا مستمرًا قياسيًا أو موجة جيبية، فإنه ينتج أيضًا فقدًا توافقيًا. أما القلب الحديدي، فيُظهر تأثير التيارات الدوامية الهستيرية، وفي المجال المغناطيسي المتناوب ينتج عنه فقد أيضًا، ويتفاوت مقداره ومادته وتياره وتردده وجهده، ويُسمى هذا الفقد بفقد الحديد. يتجلى فقد النحاس وفقد الحديد في صورة حرارة، مما يؤثر على كفاءة المحرك. تسعى محركات الخطوة عمومًا إلى تحقيق دقة عالية في تحديد المواقع وعزم دوران كبير، إلا أن كفاءتها منخفضة نسبيًا، وتيارها كبير نسبيًا، وتحتوي على مكونات توافقية عالية، كما أن تردد التيار المتناوب يتغير بتغير السرعة، ولذلك فإن محركات الخطوة تُنتج حرارة بشكل عام، وتكون هذه المشكلة أكثر حدة من محركات التيار المتردد العادية.

2- النطاق المعقول لـمحرك متدرجحرارة.

يعتمد مدى تحمل المحرك للحرارة بشكل أساسي على مستوى العزل الداخلي. يُحافظ العزل الداخلي على كفاءته عند درجات حرارة عالية (130 درجة مئوية أو أكثر) قبل أن يتلف. لذا، طالما لم تتجاوز درجة الحرارة الداخلية 130 درجة مئوية، فلن يتلف المحرك، وستبقى درجة حرارة سطحه أقل من 90 درجة مئوية.

لذا، تُعتبر درجة حرارة سطح المحرك المتدرج بين 70 و80 درجة مئوية طبيعية. يُمكنك استخدام مقياس حرارة بسيط لتحديد درجة الحرارة تقريبًا: إذا لمسته بيدك لمدة ثانية أو ثانيتين، فلا تتجاوز 60 درجة مئوية؛ وإذا لمسته فقط، فتكون درجة حرارته بين 70 و80 درجة مئوية؛ وإذا تبخرت بضع قطرات من الماء بسرعة، فتكون درجة حرارته أعلى من 90 درجة مئوية.

3, محرك متدرجالتسخين مع تغييرات السرعة.

عند استخدام تقنية محرك التيار الثابت، يظل التيار ثابتًا في محركات الخطوة عند السكون والسرعة المنخفضة، مما يحافظ على عزم دوران ثابت. وعندما ترتفع السرعة إلى مستوى معين، يرتفع الجهد العكسي الداخلي للمحرك، فينخفض ​​التيار تدريجيًا، وينخفض ​​عزم الدوران أيضًا.

لذا، فإنّ حالة التسخين الناتجة عن فقد النحاس تعتمد على السرعة. ففي حالة السكون والسرعة المنخفضة، تُولّد حرارة عالية، بينما في حالة السرعة العالية، تُولّد حرارة منخفضة. لكنّ فقد الحديد (على الرغم من كونه نسبة أقل) لا يتغير بنفس القدر، وحرارة المحرك ككل هي مجموع حرارة كليهما، لذا فإنّ ما سبق هو مجرد وصف عام.

4- تأثير الحرارة.

على الرغم من أن حرارة المحرك لا تؤثر عادةً على عمره، إلا أن معظم العملاء لا يولونها اهتمامًا. مع ذلك، قد تُسبب ارتفاعات الحرارة الشديدة بعض الآثار السلبية. فعلى سبيل المثال، يؤدي اختلاف معاملات التمدد الحراري للأجزاء الداخلية للمحرك إلى تغيرات في الإجهاد الهيكلي، كما أن التغيرات الطفيفة في الفجوة الهوائية الداخلية تؤثر على الاستجابة الديناميكية للمحرك، مما قد يؤدي إلى فقدان التزامن عند السرعات العالية. ومن الأمثلة الأخرى، أن بعض التطبيقات لا تسمح بارتفاع حرارة المحرك بشكل مفرط، مثل المعدات الطبية وأجهزة الاختبار عالية الدقة. لذلك، من الضروري التحكم في حرارة المحرك.

5- كيفية تقليل حرارة المحرك.

يهدف تقليل توليد الحرارة إلى تقليل فقد النحاس والحديد. ولتقليل فقد النحاس في كلا الاتجاهين، يتم تقليل المقاومة والتيار، مما يتطلب اختيار محرك ذي مقاومة منخفضة وتيار مقنن منخفض قدر الإمكان. في حالة المحركات ثنائية الطور، يمكن استخدام المحرك على التوالي دون الحاجة إلى توصيله بالتوازي. إلا أن هذا غالبًا ما يتعارض مع متطلبات عزم الدوران والسرعة العالية. بالنسبة للمحرك المُختار، يجب الاستفادة الكاملة من وظيفة التحكم التلقائي بنصف التيار ووظيفة إيقاف التشغيل. تعمل الأولى على تقليل التيار تلقائيًا عندما يكون المحرك في حالة سكون، بينما تعمل الثانية على قطع التيار تمامًا.

بالإضافة إلى ذلك، في محركات التقسيم الفرعي، نظرًا لأن شكل موجة التيار قريب من الشكل الجيبي، مما يقلل من التوافقيات، وبالتالي يقلل من سخونة المحرك. هناك طرق قليلة لتقليل فقد الحديد، ويرتبط مستوى الجهد الكهربائي بذلك. على الرغم من أن تشغيل المحرك بجهد عالٍ يُحسّن من خصائص السرعة العالية، إلا أنه يزيد أيضًا من توليد الحرارة. لذا، يجب اختيار مستوى جهد التشغيل المناسب، مع مراعاة السرعة العالية، وسلاسة التشغيل، والحرارة، والضوضاء، وغيرها من المؤشرات.

تقنيات التحكم في عمليات التسارع والتباطؤ لمحركات الخطوة.

مع الانتشار الواسع لاستخدام المحركات الخطوية، تتزايد أيضًا دراسة التحكم بها. ففي مرحلة بدء التشغيل أو التسارع، إذا تغيرت نبضات المحرك الخطوي بسرعة كبيرة، فإن الدوار، بسبب القصور الذاتي، لا يستجيب لتغيرات الإشارة الكهربائية، مما يؤدي إلى توقف المحرك أو فقدان الخطوة. وللسبب نفسه، قد يحدث تجاوز للخطوة. ولمنع التوقف وفقدان الخطوة والتجاوز، يُنصح بتحسين تردد التشغيل، وذلك برفع سرعة المحرك الخطوي.

تعتمد سرعة المحرك الخطوي على تردد النبضات، وعدد أسنان الدوار، وعدد النبضات. تتناسب سرعته الزاوية طرديًا مع تردد النبضات، وتتزامن معه زمنيًا. لذا، إذا كان عدد أسنان الدوار وعدد النبضات ثابتين، يُمكن الحصول على السرعة المطلوبة بالتحكم في تردد النبضات. ولأن المحرك الخطوي يبدأ تشغيله باستخدام عزمه المتزامن، فإن تردد بدء التشغيل يكون منخفضًا لتجنب فقدان الخطوة. ومع زيادة القدرة، يزداد قطر الدوار، ويزداد القصور الذاتي، وقد يختلف تردد بدء التشغيل عن تردد التشغيل الأقصى بما يصل إلى عشرة أضعاف.

تتميز خصائص تردد بدء تشغيل المحرك الخطوي بأنه لا يصل مباشرةً إلى تردد التشغيل، بل يمر بعملية بدء تشغيل تدريجية، أي من سرعة منخفضة إلى سرعة التشغيل. وعندما يتوقف المحرك، لا يمكن خفض تردد التشغيل إلى الصفر فورًا، بل يتم خفض السرعة تدريجيًا إلى الصفر بسرعة عالية.

 

يقل عزم دوران محرك الخطوة مع ارتفاع تردد النبضات؛ فكلما زاد تردد البدء، قل عزم الدوران الأولي، وضعفت قدرة المحرك على تحريك الحمل، مما يؤدي إلى فقدان الخطوة عند البدء، وتجاوز السرعة عند التوقف. ولضمان وصول محرك الخطوة إلى السرعة المطلوبة بسرعة ودون فقدان الخطوة أو تجاوز السرعة، يكمن الحل في جعل عملية التسارع وعزم الدوران اللازمين للتسارع مستغلين بالكامل عزم الدوران الذي يوفره المحرك عند كل تردد تشغيل، مع الحرص على عدم تجاوز هذا العزم. لذلك، يمر تشغيل محرك الخطوة عادةً بثلاث مراحل: التسارع، والسرعة الثابتة، والتباطؤ. يجب أن يكون زمن التسارع والتباطؤ قصيرًا قدر الإمكان، بينما يكون زمن السرعة الثابتة أطول ما يمكن. خاصةً في الأعمال التي تتطلب استجابة سريعة، حيث يجب أن يكون زمن التشغيل من نقطة البداية إلى النهاية هو الأقصر، مما يستلزم أن تكون عملية التسارع والتباطؤ هي الأقصر، بينما تكون السرعة الثابتة هي الأعلى.

 

أجرى العلماء والفنيون في الداخل والخارج العديد من الأبحاث حول تقنية التحكم في سرعة المحركات الخطوية، ووضعوا نماذج رياضية متنوعة للتحكم في التسارع والتباطؤ، مثل النموذج الأسي والنموذج الخطي، وغيرها. وبناءً على ذلك، تم تصميم وتطوير دوائر تحكم متنوعة لتحسين خصائص حركة المحركات الخطوية، وتوسيع نطاق استخدامها. يأخذ التسارع والتباطؤ الأسي في الاعتبار خصائص التردد اللحظي المتأصلة في المحركات الخطوية، مما يضمن استمرار حركة المحرك دون فقدان الخطوة، ويستغل خصائصه المتأصلة بشكل كامل، ويقلل زمن الرفع. إلا أنه يصعب تحقيقه بسبب تغيرات حمل المحرك. بينما يقتصر التسارع والتباطؤ الخطي على مراعاة سرعة المحرك الزاوية ونبضاته ضمن نطاق قدرة الحمل، ولا يتأثر بتقلبات جهد التغذية أو بيئة الحمل أو تغير خصائص المحرك. هذه الطريقة لتسريع المحرك ثابتة، لكن يعيبها أنها لا تأخذ في الحسبان خصائص عزم دوران خرج المحرك الخطوي بشكل كامل. عند تغيير السرعة، سيحدث خروج عن التزامن في محرك الخطوة عند السرعة العالية.

 

هذه مقدمة لمبدأ التسخين وتقنية التحكم في عملية التسارع/التباطؤ لمحركات الخطوة.

إذا كنتم ترغبون في التواصل والتعاون معنا، فلا تترددوا في الاتصال بنا!

نتفاعل بشكل وثيق مع عملائنا، فنستمع إلى احتياجاتهم ونلبي طلباتهم. ونؤمن بأن الشراكة المربحة للطرفين تقوم على جودة المنتج وخدمة العملاء.