تُعد المحركات المتدرجة جزءًا مهمًا من أنظمة التحكم في الحركة الدقيقة. وتكمن قيمتها في قدرتها على أداء حركات محكومة منفصلة في خطوات. ويرتبط أداء تشغيل المحرك المتدرج ارتباطًا وثيقًا بتكوين الطور الخاص به، وهو مفهوم أساسي يحدد عدد الخطوات لكل دورة، وتوليد عزم الدوران، وسلاسة التشغيل.
ماذا تعني مرحلة المحرك المتدرج؟
تشير المرحلة في المحرك المتدرج إلى لفافة فردية، أو ملف، في الجزء الثابت. والجزء الثابت هو الجزء الثابت من المحرك، حيث يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية. يتم تنشيط كل مرحلة بشكل متسلسل لإنشاء مجال مغناطيسي دوار، والذي يسحب الدوار – وهو مغناطيس دائم مسنن أو قلب حديدي – معه. ومع تحرك المجال المغناطيسي خطوة بخطوة، يتحرك الدوار أيضًا، مما يؤدي إلى الحركة المتدرجة المميزة للمحرك.
يؤثر عدد المراحل في المحرك الخطوي بشكل مباشر على سلوك المحرك. على سبيل المثال، تتضمن التكوينات الشائعة محركات خطوية ثنائية الطور وثلاثية الطور وخمسية الطور، ولكل منها خصائص أداء خاصة بها.
محركات خطوية ثنائية الطور
المحركات الخطوية ثنائية الطور هي النوع الأكثر شيوعًا، وخاصة في التطبيقات ذات الأداء المنخفض إلى المتوسط. وهي متوفرة في نوعين رئيسيين من تكوينات اللف: أحادي القطب وثنائي القطب.
محركات السائر أحادية القطب
في المحركات ذات السائر أحادية القطب، يتم تقسيم كل لف طور إلى نصفين بنقرة مركزية. يمكن شحن ملف واحد بكفاءة في كل مرة بفضل تصميمه، الذي يسمح فقط بمرور التيار عبر نصف اللف في كل مرة. تتمثل ميزة المحركات أحادية القطب في أنها تبسط دوائر التحكم لأن اتجاه التيار لا يحتاج إلى عكس.
خصائص المحركات أحادية القطب:
- التحكم البسيط: من السهل التحكم في محركات السائر أحادية القطب لأن التيار لا يحتاج إلى تغيير الاتجاه.
- عزم دوران أقل: نظرًا لأن نصف اللفات فقط يتم تنشيطها في المرة الواحدة، فإن المحركات أحادية القطب تميل إلى إنتاج عزم دوران أقل مقارنة بالمحركات ثنائية القطب.
- التطبيقات الشائعة: غالبًا ما تُستخدم في التطبيقات منخفضة الطاقة مثل الطابعات وآلات CNC، حيث يتم إعطاء الأولوية للبساطة والفعالية من حيث التكلفة.
محركات السائر ثنائية القطب
من ناحية أخرى، تستخدم محركات السائر ثنائية القطب اللفة بأكملها لكل مرحلة، لكنها تتطلب التيار ليعكس الاتجاه. وهذا يعني أن المحركات ثنائية القطب تحتاج إلى نظام تحكم أكثر تعقيدًا مع دوائر جسر H لإدارة اتجاه التيار. ومع ذلك، نظرًا لاستخدام كلا نصفي اللفة، تنتج محركات السائر ثنائية القطب عزم دوران أكبر من نظيراتها أحادية القطب.
خصائص المحركات ثنائية القطب:
- عزم دوران أعلى: يتم استخدام اللف الكامل، وبالتالي يولد المحرك عزم دوران أكبر من المحرك أحادي القطب بنفس الحجم.
- تحكم أكثر تعقيدًا: يتطلب دوائر جسر H لعكس اتجاه التيار.
- التطبيقات الشائعة: تُستخدم محركات السائر ثنائية القطب في التطبيقات ذات الأداء العالي مثل الأتمتة الصناعية والروبوتات والطابعات ثلاثية الأبعاد المتطورة.
محركات متدرجة ثلاثية الطور
تعد المحركات ثلاثية الطور أقل شيوعًا من المحركات ثنائية الطور ولكنها تقدم العديد من المزايا، وخاصة فيما يتعلق بسلاسة التشغيل وتوليد عزم الدوران. يسمح العدد المتزايد من المراحل بدوران أكثر استمرارية للمجال المغناطيسي، مما يؤدي إلى حركة أكثر سلاسة واهتزاز أقل.
خصائص محركات السائر ثلاثية الطور:
- التشغيل السلس: كلما زاد عدد المراحل، كان الانتقال بين الخطوات أكثر سلاسة، مما يؤدي إلى اهتزاز أقل.
- كفاءة أعلى: تعد محركات السائر ثلاثية الطور أكثر كفاءة ويمكنها توليد عزم دوران أكبر لمدخل طاقة معين مقارنة بمحركات ثنائية الطور.
- متطلبات التحكم المعقدة: على الرغم من تحسن أداء المحرك مع زيادة عدد المراحل، إلا أن دائرة التحكم تصبح أكثر تعقيدًا، مما يتطلب برامج تشغيل أكثر تطورًا.
- التطبيقات الشائعة: غالبًا ما تُستخدم هذه المحركات في التطبيقات عالية الدقة مثل المعدات الطبية، حيث تكون الحركة السلسة وعزم الدوران العالي أمرًا بالغ الأهمية.
محركات متدرجة خماسية الطور
توفر محركات السائر ذات الخمس مراحل مستوى تحكم أدق وهي معروفة بكونها الأكثر سلاسة وكفاءة بين تكوينات محركات السائر. مع المزيد من المراحل، يمكن للدوار أن يتحرك بزيادات أصغر، مما يزيد من الدقة ويقلل الاهتزازات بشكل أكبر.
خصائص محركات السائر ذات الخمس مراحل:
- حركة سلسة للغاية: يسمح العدد الكبير من المراحل بزوايا خطوة صغيرة للغاية، مما يؤدي إلى تشغيل سلس للغاية.
- دقة أعلى: يمكن للمحركات ذات الخمس مراحل تحقيق خطوات عالية الدقة، وهو أمر مفيد في التطبيقات التي تتطلب تحديد المواقع بدقة.
- أكثر تكلفة وتعقيدًا: نظرًا للمراحل الإضافية، تكون هذه المحركات أكثر تكلفة وتتطلب أنظمة تحكم معقدة.
- التطبيقات الشائعة: عندما تكون هناك حاجة إلى أقصى مستوى من الدقة، يتم استخدامها في الآلات المتخصصة مثل آلات إنتاج أشباه الموصلات.
كيف يؤثر تكوين الطور على الأداء
يؤثر عدد المراحل في المحرك المتدرج على العديد من خصائص الأداء الرئيسية، بما في ذلك:
زاوية الخطوة
تُعرف المسافة الزاوية التي يقطعها الدوار في خطوة واحدة باسم زاوية الخطوة. عادةً ما يكون للمحركات ذات المراحل الأكثر زوايا خطوة أصغر، مما يسمح بالتحكم بشكل أدق في موضع المحرك. على سبيل المثال، يمكن أن يكون للمحرك الخطوي ثنائي الطور زاوية خطوة تبلغ 1.8 درجة، مما يعني أن الدورة الكاملة تتطلب 200 خطوة. على النقيض من ذلك، يمكن أن يكون للمحرك ذي الخمس مراحل زاوية خطوة صغيرة تصل إلى 0.72 درجة، مما يسمح بـ 500 خطوة لكل دورة.
عزم الدوران
يعد توليد عزم الدوران عاملاً حاسماً آخر يتأثر بتكوين الطور. تنتج المحركات ثنائية القطب، التي تستخدم نصفي كل ملف، عزم دوران أكبر من المحركات أحادية القطب من نفس الحجم. وبالمثل، يمكن للمحركات ثلاثية الطور وخماسية الطور إنتاج عزم دوران أعلى بسبب الطبيعة الأكثر استمرارية لحقلها المغناطيسي.
سلاسة التشغيل
تؤدي المراحل الأكثر إلى انتقالات أكثر سلاسة بين الخطوات، مما يقلل الاهتزاز ويحسن الأداء في التطبيقات التي تتطلب الدقة. عادةً ما تكون المحركات ذات الخمس مراحل هي الأكثر سلاسة، تليها المحركات ذات الثلاث مراحل، ثم المحركات ذات المرحلتين.
التحكم في التعقيد
تزداد تعقيدات نظام التحكم مع زيادة عدد المراحل. على سبيل المثال، يعد المحرك أحادي القطب ثنائي الطور هو الأسهل في التحكم، في حين يتطلب المحرك خماسي الطور دوائر أكثر تعقيدًا لإدارة تنشيط الملفات.
خاتمة
لتعلم المزيد عن تكوين الطور وكيف يؤثر على سلوك المحرك، اسأل أحد مصنعي محركات السائر المحترفين لضمان الأداء الأمثل لأنظمة التحكم الدقيقة.