المحرك المؤازر مقابل المحرك المتدرج: كشف الاختلافات الرئيسية

محرك متدرج

مبدأ عمل المحرك المتدرج

محرك السائر، وهو نوع المحرك المصممة خصيصًا للتحكم، تحول النبضات الكهربائية إلى إزاحة زاويّة.

عندما يتلقى مشغل السائر إشارة نبضية، فإنه يتسبب في دوران محرك السائر بزاوية ثابتة محددة مسبقًا، تعرف باسم "زاوية الخطوة"، في الاتجاه المحدد.

يدور المحرك خطوة بخطوة بزاوية الخطوة الثابتة.

يمكن تحقيق تحديد دقيق للموضع من خلال التحكم في عدد النبضات، ويمكن تحقيق تنظيم سرعة وتسارع دوران المحرك من خلال التحكم في تردد النبضة.

يمكن تحقيق عكس اتجاه دوران المحرك عن طريق تغيير التسلسل الذي يتم فيه تنشيط اللفات.

مبدأ عمل برنامج تشغيل محرك السائر

يتطلب محرك السائر محركاً متدرجاً متخصصاً لتشغيله. ويتكون هذا المحرك من وحدة تحكم في النبضات ووحدة محرك طاقة ووحدة حماية.

تقوم وحدة محرك الطاقة بتضخيم النبضات التي تولدها وحدة التحكم في النبضات ويتم توصيلها مباشرةً بمحرك السائر، وتعمل كواجهة طاقة بين محرك السائر والمتحكم الدقيق.

تستقبل وحدة تعليمات التحكم إشارات النبض والاتجاه وتولد مجموعة من النبضات المقابلة، والتي يتم إرسالها بعد ذلك إلى محرك السائر من خلال وحدة محرك الطاقة.

يدور محرك السائر بعد ذلك بزاوية خطوة محددة في الاتجاه المشار إليه.

يتميز محرك السائر بالعديد من المواصفات الفنية الرئيسية، مثل أقصى عزم دوران ثابت, تردد البدءوتردد التشغيل.

بشكل عام، كلما كانت زاوية الخطوة أصغر، كلما زاد الحد الأقصى لعزم الدوران الساكن، وكلما زاد ترددات البدء والتشغيل.

لذلك، يركز وضع التشغيل بقوة على تقنية محرك التقسيم الفرعي.

تعمل هذه الطريقة على تحسين عزم دوران محرك السائر ودقته وتزيل تمامًا التذبذب منخفض التردد.

ونتيجة لذلك، يتفوق أداء محرك الأقراص بالتقسيم الفرعي على أنواع محركات الأقراص الأخرى.

الدوار داخل المحرك المؤازر عبارة عن مغناطيس دائم. يتحكم المشغّل في كهرباء ثلاثية الطور U/V/W لإنشاء مجال كهرومغناطيسي، مما يؤدي إلى دوران الدوّار تحت تأثير هذا المجال المغناطيسي. يوفر جهاز التشفير الخاص بالمحرك إشارات تغذية راجعة للمشغّل، والذي يقوم بضبط زاوية دوران الدوّار بناءً على قيمة التغذية الراجعة والقيمة المستهدفة.

محرك مؤازر

مبدأ عمل المحرك المؤازر

يُستخدم المحرك المؤازر، الذي يشار إليه أيضًا باسم المحرك التنفيذي، كمشغل في أنظمة التحكم الآلي لتحويل الإشارات الكهربائية المستقبلة إلى إزاحة زاويّة أو سرعة زاوية على عمود المحرك.

تأتي المحركات المؤازرة في نوعين: التيار المستمر والتيار المتردد.

عندما يستقبل محرك سيرفو نبضة، فإنه يدور بالزاوية المقابلة لإنتاج الإزاحة. ويرجع ذلك إلى أن محرك المؤازرة نفسه يصدر نبضات، حيث يصدر عن كل زاوية دوران عدد مناظر من النبضات التي تشكل حلقة مغلقة مع النبضات التي يستقبلها محرك المؤازرة.

وهذا يسمح للنظام بمراقبة عدد النبضات التي يرسلها إلى المحرك المؤازر وعدد النبضات التي يتلقاها، مما يتيح التحكم الدقيق وتحديد المواقع بدقة.

من حيث الأداء، تتفوق المحركات المؤازرة بالتيار المتردد على المحركات المؤازرة بالتيار المستمر. تستخدم المحركات المؤازرة التي تعمل بالتيار المتردد التحكم في الموجة الجيبية، مما يؤدي إلى تموج عزم دوران منخفض وقدرة عالية.

من ناحية أخرى، تستخدم المحركات المؤازرة للتيار المستمر التحكم بالموجات شبه المنحرفة وأداءها ضعيف نسبيًا.

ومع ذلك، فإن المحركات المؤازرة بدون فرش في المحركات المؤازرة بالتيار المستمر تعمل بشكل أفضل من المحركات المؤازرة بالفرشاة.

مبدأ عمل محرك المحرك المؤازر

يحتوي الجزء الداخلي للمحرك المؤازر على دوّار مغناطيسي دائم.

يتحكم المشغّل بالكهرباء ثلاثية الطور U/V/W لتوليد مجال كهرومغناطيسي، مما يؤدي إلى دوران الدوار.

بالإضافة إلى ذلك، يوفر مُشفر المحرك إشارات تغذية راجعة للسائق.

يضبط برنامج التشغيل زاوية دوران الدوّار بناءً على قيمة التغذية الراجعة والقيمة المستهدفة المطلوبة.

محرك فرشاة بمحرك سيرفو تيار مستمر:

يشبه مبدأ تشغيل المحرك مبدأ تشغيل محرك التيار المستمر القياسي.

يحتوي المشغل على هيكل ثلاثي الحلقات، يتكون من حلقة تيار وحلقة سرعة وحلقة موضع، مرتبة بالترتيب من الداخل إلى الخارج.

يتحكم خرج حلقة التيار في جهد المحرك في المحرك.

مدخلات الحلقة الحالية هي مخرجات PID لحلقة السرعة، ومدخلات حلقة السرعة هي مخرجات PID لحلقة الموضع، ومدخلات حلقة الموضع هي المدخلات المحددة.

مخطط التحكم موضح أعلاه.

محرك محرك سيرفو تيار مستمر بدون فرش:

مصدر الطاقة هو التيار المستمر، والذي يتم تحويله إلى طاقة تيار متردد U/V/W بواسطة عاكس داخلي ثلاثي الأطوار.

يستخدم المشغّل أيضًا هيكل تحكم ثلاثي الحلقات (حلقة التيار، وحلقة السرعة، وحلقة الموضع)، ومبدأ التحكم في القيادة هو نفسه الموصوف سابقًا.

محرك محرك سيرفو تيار متردد:

يمكن تقسيم النظام إلى وحدتين منفصلتين: لوحة الطاقة ولوحة التحكم، ولكل منهما وظائف مميزة.

تقوم لوحة التحكم بإخراج إشارات PWM من خلال خوارزمية مقابلة تعمل كدائرة محرك لإشارة المحرك، لتعديل طاقة خرج العاكس وتحقيق التحكم في محرك سيرفو AC المتزامن المغناطيسي الدائم ثلاثي الأطوار.

تقوم وحدة محرك الطاقة أولاً بتحويل الكهرباء المدخلة ثلاثية الأطوار أو الكهرباء البلدية إلى كهرباء تيار مباشر من خلال دائرة مقوم كامل الجسر ثلاثي الأطوار.

ثم يتم تشغيل محرك سيرفو التيار المتردد المتزامن المغناطيسي الدائم ثلاثي الأطوار بواسطة مبدل التيار الكهربائي لمعاكس الجهد الجيبية الجيبية ثلاثي الأطوار من نوع PWM، بعد تصحيح الكهرباء ثلاثية الأطوار أو البلدية.

هذه العملية هي ببساطة تحويل التيار المتردد إلى تيار متردد إلى تيار متردد.

وحدة التحكم هي جوهر نظام مؤازر التيار المتردد بأكمله وتقوم بالتحكم في موضع النظام والتحكم في السرعة والتحكم في عزم الدوران والتحكم في التيار.

مقارنة أداء المحرك المؤازر والمحرك السائر

دقة التحكم

كلما زاد عدد المراحل والنبضات في المحرك المتدرج زادت دقته.

يحصل المحرك المؤازر على التغذية الراجعة من أداة التشفير الخاصة به، وكلما زادت مقاييس التشفير زادت دقته.

خاصية التردد المنخفض

المحركات السائر عرضة للاهتزاز منخفض التردد عند السرعات المنخفضة.

ولمكافحة ذلك، غالبًا ما يستخدم التشغيل منخفض السرعة تقنية التخميد أو التقسيم الفرعي.

في المقابل، تعمل المحركات المؤازرة بسلاسة دون اهتزاز، حتى عند السرعات المنخفضة.

خاصية تردد عزم الدوران

يقل عزم الدوران الناتج للمحرك السائر مع زيادة السرعة وينخفض بشكل كبير عند السرعات العالية.

في المقابل، يوفر المحرك المؤازر خرج عزم دوران ثابت عند سرعته المقدرة وخرج طاقة ثابت عند سرعته المقدرة.

سعة التحميل الزائد

يفتقر محرك السائر إلى قدرة التحميل الزائد، بينما يمتلك محرك المؤازرة قدرة تحميل زائدة قوية.

أداء العملية

تعمل المحركات السائر تحت التحكم في الحلقة المفتوحة، مما يجعلها عرضة لفقدان الخطوة أو التوقف عن الدوران إذا كان تردد البدء مرتفعًا جدًا أو كان الحمل ثقيلًا جدًا. إذا كانت السرعة عالية جدًا، فقد يؤدي ذلك أيضًا إلى تجاوز السرعة.

من ناحية أخرى، يستخدم نظام محرك سيرفو التيار المتردد التحكم في الحلقة المغلقة. يقوم مشغل المحرك المؤازر بأخذ عينات من إشارة التغذية الراجعة للمشفر مباشرةً، مما يشكل حلقات داخلية للتحكم في الموضع والسرعة. ونتيجة لذلك، تقل احتمالية فقدان المحركات السائر للخطوة أو التجاوز، مما يجعل أداء التحكم أكثر موثوقية.

أداء الاستجابة السريعة

تستغرق المحركات السائر مئات المللي ثانية للتسارع من حالة السكون إلى سرعة التشغيل.

وبالمقارنة، تتمتع أنظمة مؤازرة التيار المتردد بأداء تسارع ممتاز، وعادةً ما تستغرق بضع أجزاء من الثانية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب بدء تشغيل وتوقف سريع.