يتكون المحرك الكهربائي من دوار موضوع داخل مجال مغناطيسي دوار. تحت تأثير هذا المجال المغناطيسي الدوار، يكتسب الجزء المتحرك عزم دوران، مما يؤدي إلى دورانه. تعمل المحركات غير المتزامنة عبر نطاق واسع من الطاقة، بدءًا من بضعة واط إلى عشرات الآلاف من الكيلووات، مما يوفر الطاقة لمختلف المعدات الميكانيكية والأجهزة المنزلية.
المحرك الكهربائي (يسمى عادة "المحرك") هو جهاز كهرومغناطيسي يقوم بتحويل أو نقل الطاقة الكهربائية على أساس مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. وتتمثل وظيفتها الأساسية في توليد عزم الدوران، ليكون بمثابة مصدر للطاقة للأجهزة الكهربائية أو المعدات الميكانيكية المختلفة.
الوظيفة الأساسية للمولد هي تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.
يتكون المحرك الكهربائي بشكل أساسي من ملف مغناطيس كهربائي أو ملفات الجزء الثابت الموزعة لتوليد مجال مغناطيسي، وعضو دوار أو عضو دوار، وملحقات أخرى. تحت تأثير المجال المغناطيسي الدوار الذي تنتجه ملفات الجزء الثابت، يتدفق التيار عبر إطار قفص الألومنيوم السنجابي لعضو المحرك. يتفاعل هذا التيار مع المجال المغناطيسي، مما يتسبب في دوران عضو الإنتاج.
الجزء الثابت (الجزء الثابت) الجزء الثابت: أحد مكونات الدائرة المغناطيسية للمحرك، والتي يتم تركيب ملفات الجزء الثابت عليها؛ ملفات الجزء الثابت: الدائرة الكهربائية للمحرك، والتي من خلالها يتدفق التيار المتردد ثلاثي-الأطوار لتوليد مجال مغناطيسي دوار؛ الإطار: يؤمن قلب الجزء الثابت والأغطية الأمامية/الخلفية لدعم الدوار، مع توفير الحماية وتبديد الحرارة ووظائف أخرى؛
الدوار (الجزء الدوار)
قلب الدوار: يعمل كجزء من الدائرة المغناطيسية للمحرك ويحتوي على ملفات الدوار داخل فتحاته؛
اللفات الدوارة: تقطع من خلال المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت لتوليد القوة الدافعة الكهربائية المستحثة والتيار، مما ينتج عزم الدوران الكهرومغناطيسي الذي يدفع دوران المحرك؛
【الرسوم المتحركة لمبدأ المحرك】
محرك المغناطيس الدائم ▼
محرك بتيار مستمر ▼
المحرك المغناطيسي الكمي ▼
محرك حثي -أحادي الطور ▼
مبدأ عمل المحركات السائر ▼
محرك التوازن ▼
مبدأ توليد التيار الكهربائي ▼
الجزء الثابت ثلاثي الطور- ▼
قسم موتور كروس- ▼
محرك كهربائي ▼
محركات التيار المستمر▼
الاختلافات بين إصلاح المحركات ذات التردد المتغير والمحركات التقليدية
إن طرق إصلاح المحركات ذات التردد المتغير هي في الأساس نفس طرق إصلاح المحركات التقليدية. ومع ذلك، نظرًا للخصائص الفريدة لإمدادات الطاقة ذات التردد المتغير، فإن متطلبات العزل لملفات المحركات ذات التردد المتغير تكون أكثر صرامة من المحركات التقليدية. يجب اتخاذ التدابير التالية لتحسين ظروف العزل:
1. حدد سلكًا كهرومغناطيسيًا يتمتع بمقاومة ممتازة للإكليل لتلبية متطلبات المحرك لتحمل نبضات التردد العالي- والتفريغ الجزئي.
عادةً، يتم استخدام سلك بولي أميد/بولي أميد أميد مطلي بالمينا أو سلك كهرومغناطيسي مقاوم للإكليل-.
2. تقنيات بناء اللف وإدخال الفتحات.
تعد الإدارة الصارمة أمرًا ضروريًا أثناء عمليات اللف وإدخال الفتحة والربط للمحركات ذات التردد المتغير. يجب إيلاء اهتمام خاص لمنع تلف الموصل أثناء اللف وإدخال الفتحة. يجب أن يضمن إدخال الفتحة الموضع المناسب لعزل الفتحة، وعزل الطور، وطبقة العزل من - إلى - الطبقة. يجب أن يستخدم عزل الطور مواد يمكن اختراقها بسهولة بواسطة ورنيش العزل. يجب تعزيز نهايات الملفات بالربط والتأمين للتأكد من أنها تشكل وحدة متكاملة.
إن تعزيز العزل في الجزء السفلي من فتحة المحرك، وبين المراحل، وبين الطبقات، وعند دورات بداية/نهاية الملف يعزز قوة العزل الكهربائي للمحرك.
3. يجب أن يستخدم العزل الرئيسي عزلًا خاليًا من الفجوات-.
تعتبر الفجوات الهوائية داخل الهيكل العازل للمحركات ذات التردد المتغير هي السبب الرئيسي لتفريغ الهالة. لضمان عدم وجود فجوات هوائية في هيكل العزل الكلي، وفقًا للمعيار الوطني GB/TZ1707-2008 "مواصفات العزل لثلاثة-محركات غير متزامنة الطور للتحكم في سرعة التردد المتغير،" يجب ألا يقل الورنيش المشرب المستخدم عن الورنيش الخالي من المذيبات من الفئة F- مع محتوى متطاير أقل من 10%، ويجب أن تكون عملية VPI يكون موظفا. تعمل هذه العملية أيضًا على تحسين القوة الميكانيكية الإجمالية لهيكل العزل.
4. التأكد من المطابقة الصحيحة بين العاكس والكابلات والمحرك، وتحديد طول الكابلات بين المحرك ومصدر الطاقة.
نظرًا لعدم تطابق المعاوقة في خطوط الكهرباء، فإن سعة الجهد الزائد عند طرف المحرك تزداد مع طول الكابلات بين العاكس والمحرك، مما قد يؤدي بسهولة إلى تفريغ جزئي. لذلك، استنادًا إلى الخصائص المحددة لمصدر الطاقة ذو التردد المتغير والمتطلبات الفعلية، يجب تقليل طول كابل التوصيل قدر الإمكان لتقليل سعة الجهد الزائد عند طرف المحرك ومقدار التفريغ الجزئي، وبالتالي إطالة عمر خدمة المحرك. تستخدم كابلات الطاقة للمحركات ذات التردد المتغير بشكل عام كبلات متخصصة، تُعرف أيضًا باسم كبلات التردد المتغير ذات الموصل المتماثل، وهي من سلسلة 3P+3N/E. وهذا يعني أن التكوين الأصلي 3+1 يقسم الموصل المحايد الفردي إلى ثلاثة موصلات منفصلة.
محرك السائر
يوضح الشكل 1.1 مبدأ تشغيل محرك متدرج ثنائي الطور-، والذي يتميز بملفين. عندما يتم تنشيط ملف واحد، يولد قطب الجزء الثابت مجالًا مغناطيسيًا يجذب الجزء المتحرك ليتوافق مع هذا القطب. إذا تم تنشيط اللفات بالتسلسل تحت نبضات تحكم - تدور عبر الحالات A`A→B`B→`AA→`BB-يدور المحرك في اتجاه عقارب الساعة. عند تنشيطه بالتسلسل A`A→`BB→`AA→B`B، يدور المحرك عكس اتجاه عقارب الساعة. كل نبضة تحكم تغير اتجاه التنشيط، مما يجعل المحرك يتحرك خطوة واحدة (90 درجة). أربع نبضات تكمل دورة واحدة كاملة. يؤدي ارتفاع تردد النبض إلى دوران المحرك بشكل أسرع.
يتناسب عزم الدوران الناتج لمحرك السائر مع الحجم الفعال للمحرك، ودورات الملف، والتدفق المغناطيسي، والتيار. ولذلك، فإن الحجم الفعال الأكبر، والمزيد من دورات الملف، وفجوة الهواء الأصغر بين الجزء الثابت والعضو الدوار يؤدي إلى عزم دوران أكبر، والعكس صحيح.
شكل . 2 مخطط هيكل آلية المحرك السائر
يتكون هيكل محرك السائر من عضو دوار (قلب الجزء المتحرك، مغناطيس دائم، عمود، محامل كروية)، الجزء الثابت (اللفات، قلب الجزء الثابت)، وأغطية النهاية الأمامية والخلفية. يتميز محرك السائر الهجين ثنائي الطور-الأكثر شيوعًا بجزء ساكن به 8 أسنان كبيرة و40 سنًا صغيرًا، بينما يحتوي الدوار على 50 سنًا صغيرًا. يحتوي الجزء الثابت للمحرك ثلاثي الطور- على 9 أسنان كبيرة و45 سنًا صغيرة، كما يحتوي الجزء المتحرك أيضًا على 50 سنًا صغيرًا.
يشير عدد مراحل محرك السائر إلى عدد مجموعات الملفات داخل المحرك. تشتمل الأنواع شائعة الاستخدام على محركات متدرجة ثنائية الطور-، وثلاثة-طور، وأربعة-طور، وخمسة-طور. تؤدي أعداد الطور المختلفة إلى زوايا خطوة مختلفة: عادةً، اثنين من محركات الطور لها زوايا خطوة تبلغ 0.9 درجة /1.8 درجة، وثلاثة -محركات الطور لها 0.75 درجة /1.5 درجة، وخمسة-محركات الطور لها زوايا خطوة تبلغ 0.36 درجة /0.72 درجة . بدون محرك microstepping، يقوم المستخدمون في المقام الأول باختيار محركات السائر ذات أعداد مراحل مختلفة لتلبية مواصفات زاوية الخطوة المطلوبة. عند استخدام برنامج تشغيل microstepping، يصبح "عدد المراحل" غير ذي صلة؛ يمكن للمستخدمين ببساطة ضبط دقة الخطوات الدقيقة على السائق لتغيير زاوية الخطوة.
سواء كان سلكًا مكونًا من -مرحلة أربعة-سلكًا، أو سلكًا مكونًا من أربعة-مرحلة خامسة-سلكًا، أو محرك متدرج سلكيًا مكونًا من أربع-مرحلة ستة-سلكًا، يظل البناء الداخلي ثابتًا. يعتمد التمييز بين أربعة-أسلاك، أو خمسة-أسلاك، أو ستة-تكوينات أسلاك على ما إذا كان الزوجان A و~A، أو الزوجان B وB~، يشتركان في اتصال طرفي مشترك (COM). إذا كانت كلتا المجموعتين A وB لهما أطراف COM مخصصة خاصة بهما، فإن المحرك يتكون من ستة-أسلاك. إذا كانت المحطات المشتركة لـ A وB متصلة ببعضها البعض، فسيكون هناك خمسة-أسلاك.
لذلك، لتحديد تكوين الأسلاك للمحرك السائر، ما عليك سوى فصل المجموعتين A وB واختبارهما باستخدام مقياس متعدد.
أربعة-أسلاك:نظرًا لعدم وجود سلك (COM) مشترك في تكوين -أربعة أسلاك، فإن المجموعتين A وB معزولتان تمامًا وغير موصلتين لبعضهما البعض-. وهكذا، عند اختبارها بمقياس متعدد، لن تظهر مجموعة واحدة أي استمرارية.
خمسة-أسلاك:في التكوين المكون من خمسة-أسلاك، يتم توصيل الأطراف المشتركة للمجموعتين A وB معًا. عند الاختبار باستخدام مقياس متعدد، إذا أظهر أحد الأسلاك قيمة مقاومة مشابهة للأسلاك الأخرى، فإن هذا السلك هو الطرف المشترك. لقيادة محرك متدرج ذي خمسة أسلاك-، يمكن ترك الطرف المشترك غير متصل وسيظل المحرك يعمل.
ستة-أسلاك:المحطات المشتركة للمجموعتين A وB غير متصلة. وبالمثل، باستخدام مقياس متعدد لقياس المقاومة، إذا أظهر أحد الأسلاك مقاومة مماثلة للسلكين الآخرين، فإن هذا السلك هو طرف التوصيل، ويشكل السلكان الآخران مجموعة. لقيادة محرك متدرج سلكي رباعي-مرحلة ستة-، يمكن أيضًا تشغيل المحرك دون توصيل طرفي التوصيل المشتركين.
المفاهيم ذات الصلة بمحرك السائر:
عدد المراحل: عدد أزواج ملفات الإثارة التي تولد أزواجاً مختلفة من الأقطاب المغناطيسية N وS. يُشار إليه عادةً بـ m.
عدد النبض:عدد النبضات أو الحالات الموصلة اللازمة لإكمال دورة مجال مغناطيسي واحدة، ويرمز لها بالرمز n. وبدلاً من ذلك، يشير إلى عدد النبضات اللازمة للمحرك لتدوير زاوية ميل واحدة. على سبيل المثال، في محرك -أربع مراحل:
زاوية الخطوة:الإزاحة الزاوية لدوار المحرك المقابلة لإشارة نبضية واحدة، يُشار إليها بـ θ. θ=360 درجة / (أسنان الدوار J × رقم ضربات التشغيل). بالنسبة للمحركات التقليدية ذات الطورين- أو الأربعة- ذات 50 سنًا دوارًا: في التشغيل ذو الطور الأربع-، تكون زاوية الخطوة θ=360 درجة /(50*4)=1.8 درجة (تسمى عادةً الخطوة الكاملة). في عملية - ذات ثماني مراحل، تكون زاوية الخطوة θ=360 درجة /(50*8)=0.9 درجة (تسمى عادة نصف خطوة).
عقد عزم الدوران:عزم الدوران المتأصل للقفل في الجزء الدوار للمحرك عند إلغاء -الطاقة (الناجم عن التوافقيات الخاصة بأسنان المجال المغناطيسي والأخطاء الميكانيكية).
عزم الدوران الثابت:عزم دوران القفل على عمود المحرك عندما يكون المحرك تحت القوة الكهربائية الساكنة المقدرة ولكن لا يدور. يعمل عزم الدوران هذا كمعيار لتقييم حجم المحرك (الأبعاد الهندسية) وهو مستقل عن جهد المحرك أو مصدر الطاقة.
محرك السائر:تتضمن قيادة محرك متدرج بشكل أساسي تطبيق نبضات مستمرة بالتناوب على مجموعتي المحرك A وB، مما يتيح للمحرك العمل.
الخطوة المفقودة:العدد الفعلي للخطوات التي تم اتخاذها أثناء تشغيل المحرك لا يتطابق مع عدد الخطوات النظرية.
مثال:الاختلافات بين مرحلتين-وخمسة-محركات سائر الطور
يتم تصنيف المحركات السائرة في المقام الأول حسب عدد الأطوار، حيث تعد المحركات السائر ذات الطورين-والخمسة-الأطوار هي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في السوق الحالية. يمكن تقسيم معظم -محركات السائر ذات الطورين إلى 400 خطوة متساوية بحد أقصى لكل دورة، في حين يمكن تقسيم محركات الطور الخمسة-إلى 1000 خطوة متساوية. ونتيجة لذلك، تظهر المحركات السائر ذات الطور الخمس - خصائص أداء فائقة، وأوقات تسارع/تباطؤ أقصر، وقصور ذاتي ديناميكي أقل.
مقارنة الاختلافات بين مرحلتين-محركات سائر الطور وخمسة-طور:
| محرك متدرج ثنائي-مرحلتين | محرك متدرج ذو خمس-أطوار | |
| دقة | 1.8 درجة /0.9 درجة (200، 400 خطوة صغيرة) | 0.72 درجة/0.36 درجة (500، 1000 خطوة صغيرة)، 2.5 مرة أعلى من محركي السائر -الطورين |
| خصائص الاهتزاز | نطاق رنين منخفض السرعة-يتراوح بين 100-200 PPS، مع اهتزاز كبير | لا يوجد نقاط رنين هامة، اهتزاز منخفض |
| خصائص السرعة وعزم الدوران | سرعة أقل | سرعة عالية، وعزم دوران عالي |
1. الاختلافات في دقة التحكم
تتميز محركات السائر-المختلطة ثنائية الطور عادةً بزوايا خطوة تبلغ 3.6 درجة أو 1.8 درجة، في حين تتميز محركات السائر الهجينة-الخمسة بشكل عام بزوايا خطوة تبلغ 0.72 درجة أو 0.36 درجة. توفر بعض محركات السائر عالية الأداء-زوايا خطوة أصغر. على سبيل المثال، المحرك المتدرج الذي تنتجه شركة Sitong لآلات قطع الأسلاك البطيئة- له زاوية خطوة تبلغ 0.09 درجة. يمكن ضبط زوايا خطوات محركات السائر-الهجينة ثلاثية الطور التي تنتجها شركة Berger Lahr الألمانية عبر مفاتيح DIP على 1.8 درجة أو 0.9 درجة أو 0.72 درجة أو 0.36 درجة أو 0.18 درجة أو 0.09 درجة أو 0.072 درجة أو 0.036 درجة، مما يوفر التوافق مع كل من-المرحلة و خمس-مرحلة هجينة زوايا خطوة المحرك السائر.
يتم ضمان دقة التحكم في محركات سيرفو التيار المتردد بواسطة أجهزة التشفير الدوارة. إذا أخذنا محركات مؤازرة التيار المتردد الرقمية بالكامل من باناسونيك كمثال، بالنسبة للمحركات المجهزة بأجهزة تشفير قياسية ذات 2500 خط، فإن مكافئ النبض هو 360 درجة/10000=0.036 درجة بسبب تقنية تحويل التردد التربيعي المطبقة داخليًا في برنامج التشغيل. بالنسبة للمحركات المجهزة بتشفير 17 بت، يتلقى محرك الأقراص 2¹⁷=131,072 نبضة لكل دورة، مما يؤدي إلى دقة نبض تبلغ 360 درجة / 131,072 نبضة=0.002746 درجة لكل نبضة.
2. خصائص مختلفة للترددات المنخفضة
تكون المحركات السائرة عرضة للاهتزاز-منخفض التردد عند السرعات البطيئة. يعتمد تردد الاهتزاز على ظروف التحميل وأداء السائق، والذي يعتبر بشكل عام نصف تردد بدء عدم التحميل للمحرك. يعد هذا الاهتزاز ذو التردد المنخفض-، المتأصل في مبدأ تشغيل المحركات السائر، ضارًا جدًا بالتشغيل العادي للآلة. عندما تعمل المحركات السائرة بسرعات منخفضة، يجب استخدام تقنيات التخميد للتخفيف من الاهتزازات ذات التردد المنخفض-، مثل إضافة مخمدات إلى المحرك أو استخدام تقنية microstepping في السائق.
تعمل المحركات المؤازرة ذات التيار المتردد بسلاسة استثنائية، ولا تظهر أي اهتزاز حتى عند السرعات المنخفضة. تشتمل أنظمة مضاعفات التيار المتردد على إمكانات قمع الرنين للتعويض عن أوجه القصور في الصلابة الميكانيكية. بالإضافة إلى ذلك، تقوم وظيفة تحليل التردد الداخلي للنظام (FFT) بالكشف عن نقاط الرنين الميكانيكية، مما يسهل ضبط النظام.
3. اختلاف خصائص التردد-لعزم الدوران
تُظهر المحركات السائرة انخفاضًا في عزم الدوران الناتج مع زيادة السرعة، وتشهد انخفاضًا حادًا عند السرعات الأعلى. ونتيجة لذلك، تقتصر سرعة التشغيل القصوى عادةً على 300-600 دورة في الدقيقة. توفر المحركات المؤازرة ذات التيار المتردد خرجًا ثابتًا لعزم الدوران، وتحافظ على عزم الدوران المقدر ضمن نطاق السرعة المقدر لها (عمومًا 2000 أو 3000 دورة في الدقيقة). فوق السرعة المقدرة، فإنها تنتقل إلى إنتاج طاقة ثابت.
4. قدرات التحميل الزائد المختلفة
تفتقر محركات السائر بشكل عام إلى القدرة على التحميل الزائد. تمتلك محركات سيرفو التيار المتردد قدرة تحميل زائد قوية. بأخذ نظام مؤازرة Panasonic AC كمثال، فهو يتميز بكل من السرعة الزائدة والقدرة على التحميل الزائد لعزم الدوران. يصل عزم الدوران الأقصى إلى ثلاثة أضعاف عزم الدوران المقدر، مما يمكنه من التغلب على عزم القصور الذاتي للأحمال بالقصور الذاتي أثناء بدء التشغيل. تفتقر محركات السائر إلى هذه القدرة على التحميل الزائد. للتغلب على عزم الدوران بالقصور الذاتي أثناء بدء التشغيل، غالبًا ما يتم اختيار محركات عزم دوران أكبر أثناء المواصفات. ومع ذلك، فإن مثل هذا العزم العالي ليس ضروريًا أثناء التشغيل العادي، مما يؤدي إلى إهدار عزم الدوران.
5. أداء تشغيلي مختلف
تستخدم المحركات السائرية التحكم في الحلقة المفتوحة-. قد تؤدي ترددات البدء العالية جدًا أو الأحمال الزائدة إلى فقدان الخطوة أو توقفها. يمكن أن تؤدي السرعات العالية بشكل مفرط أثناء التوقف إلى التجاوز. لذلك، لضمان دقة التحكم، يجب إدارة التسارع والتباطؤ بشكل صحيح. تستخدم أنظمة محرك سيرفو التيار المتردد التحكم في الحلقة المغلقة-. يقوم السائق مباشرة باختبار إشارات التغذية الراجعة من جهاز تشفير المحرك، مما يشكل حلقات للموقع الداخلي والسرعة. يتجنب هذا التصميم عمومًا مشاكل فقدان الخطوة أو التجاوز الشائعة في المحركات السائر، مما يوفر أداء تحكم أكثر موثوقية.
6. أداء استجابة سرعة مختلفة
يتطلب محرك السائر 200-400 مللي ثانية للتسارع من السكون إلى سرعة التشغيل (عادةً عدة مئات من الدورات في الدقيقة). تعرض أنظمة مؤازرة التيار المتردد أداء تسارع فائقًا. على سبيل المثال، يتسارع محرك سيرفو Panasonic MSMA 400W AC من السكون إلى سرعته المقدرة البالغة 3000 دورة في الدقيقة خلال أجزاء قليلة من الثانية فقط، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب التحكم السريع في التشغيل- والإيقاف.
باختصار، تتفوق أنظمة سيرفو التيار المتردد على محركات السائر في العديد من جوانب الأداء. ومع ذلك، لا تزال المحركات السائر تستخدم بشكل شائع كمحركات في التطبيقات الأقل تطلبًا. لذلك، أثناء تصميم نظام التحكم، يجب تقييم عوامل مثل متطلبات التحكم والتكلفة بشكل شامل لاختيار المحرك المناسب.