التحكم في محرك السائر

تقوم المحركات الكهربائية بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية ، وبالنسبة لمحركات السائر ، فإنها تحول طاقة النبضات الكهربائية إلى حركات دوارة للعضو الدوار. يتم بدء الحركة الناتجة عن عمل كل نبضة وتكرارها بدقة عالية ، مما يجعل المحركات الكروية تعمل بكفاءة للأجهزة التي تتطلب تحديد المواقع بدقة.

تشتمل محركات الخطوة ذات المغناطيس الدائم على: دوار مغناطيسي دائم ، ولفائف الجزء الثابت ، ولب مغناطيسي. تُنشئ ملفات الطاقة قطبين شمالي وجنوبي مغناطيسي كما هو موضح. يجبر المجال المغناطيسي المتحرك للجزء الثابت العضو الدوار على المحاذاة معه في جميع الأوقات. يمكن ضبط هذا المجال المغناطيسي الدوار عن طريق التحكم في الإثارة المتسلسلة لملفات الجزء الثابت لتحويل الدوار.

يوضح الشكل مخططًا لطريقة الإثارة النموذجية لمحرك ثنائي الطور. في المرحلة A ، يتم تنشيط ملفي الجزء الثابت وهذا يتسبب في جذب الجزء المتحرك وقفله حيث تجتذب الأقطاب المغناطيسية المعاكسة بعضها البعض.عند إيقاف تشغيل لفات المرحلة A ، يتم تشغيل لفات المرحلة B ، يدور الدوار في اتجاه عقارب الساعة (الإنجليزية CW - في اتجاه عقارب الساعة ، CCW - عكس اتجاه عقارب الساعة) 90 درجة.

ثم يتم إيقاف تشغيل المرحلة B ويتم تشغيل المرحلة A ، لكن الأقطاب أصبحت الآن معاكسة لما كانت عليه في البداية. يؤدي هذا إلى الدوران التالي بزاوية 90 درجة. يتم بعد ذلك إيقاف تشغيل المرحلة A ، ويتم تشغيل المرحلة B بقطبية عكسية ، وسيؤدي تكرار هذه الخطوات إلى تدوير الجزء المتحرك في اتجاه عقارب الساعة بزيادات قدرها 90 درجة.

يسمى التحكم التدريجي الموضح في الشكل التحكم أحادي الطور. الطريقة الأكثر قبولًا للتحكم في التدرج هي التحكم النشط ثنائي الطور ، حيث يتم تشغيل كلا طوري المحرك دائمًا ، لكن القطبية في أحدهما تتغير ، كما هو موضح في الشكل.

يؤدي هذا التحكم إلى تحرك الجزء المتحرك من محرك السائر بحيث يتماشى مع كل خطوة في مركز القطبين الشمالي والجنوبي المتكونين ، بين نتوءات الدائرة المغناطيسية. نظرًا لأن كلا المرحلتين تعملان دائمًا ، توفر طريقة التحكم هذه عزمًا أكبر بنسبة 41.4٪ من التحكم في مرحلة نشطة واحدة ، ولكنها تتطلب ضعف الطاقة الكهربائية.

نصف خطوة

يمكن أيضًا أن يكون المحرك المتدرج "شبه متدرج" ، ثم تتم إضافة مرحلة التعثر أثناء انتقال الطور. هذا يقطع زاوية الملعب إلى النصف. على سبيل المثال ، بدلاً من 90 درجة ، يمكن لمحرك متدرج إجراء دورات 45 درجة في كل «نصف خطوة» ، كما هو موضح في الشكل.

لكن وضع نصف الخطوة يقدم فقدًا في عزم الدوران بنسبة 15-30 ٪ ، مقارنةً بالتحكم في الخطوة مع مرحلتين نشيطتين ، لأن إحدى اللفات تكون غير نشطة خلال نصف الخطوة وهذا يؤدي في النهاية إلى فقدان القوة الكهرومغناطيسية ، والتي تعمل على الدوار ، أي صافي خسارة عزم الدوران.

لفائف القطبين

يفترض التحكم في الخطوة على مرحلتين وجود لف ثنائي القطب للجزء الثابت. كل مرحلة لها ملفها الخاص ، وعندما ينعكس التيار من خلال الملفات ، تتغير الأقطاب الكهرومغناطيسية أيضًا. المرحلة الأولية نموذجية سائق على مرحلتين هو مبين في الشكل. يظهر مخطط التحكم في الجدول. يمكن ملاحظة مدى سهولة تغيير اتجاه التيار عبر الملفات في إمكانية تغيير القطبية المغناطيسية في المراحل.

لفائف قطب واحد

نوع نموذجي آخر من الملف هو الملف أحادي القطب. هنا تنقسم الملفات إلى جزأين وعندما يتم تنشيط أحد أجزاء الملف ، يتم إنشاء القطب الشمالي ، وعندما يتم تنشيط الجزء الآخر ، يتم إنشاء القطب الجنوبي. يسمى هذا الحل الملف أحادي القطب لأن القطبية الكهربائية المسؤولة عن التيار لا تتغير أبدًا. تظهر مراحل التحكم في الشكل.

يسمح هذا التصميم باستخدام كتلة إلكترونية أبسط. ومع ذلك ، يتم فقدان ما يقرب من 30 ٪ من عزم الدوران هنا مقارنةً بالملف ثنائي القطب لأن الملفات بها نصف السلك كملف ثنائي القطب.

زوايا إمالة أخرى

للحصول على زوايا ميل أصغر ، من الضروري وجود عدد أكبر من الأقطاب على كل من العضو الدوار والجزء الثابت. يحتوي الدوار 7.5 درجة على 12 زوجًا من الأقطاب ، بينما يحتوي الجزء المتحرك للجزء الثابت على 12 نتوءًا. آذان مكوكتان وملفان.

هذا يعطي 48 عمودًا لكل خطوة 7.5 درجة. في الشكل يمكنك رؤية العروات ذات 4 أقطاب في القسم. من الممكن بالطبع الجمع بين الخطوات لتحقيق عمليات إزاحة كبيرة ، على سبيل المثال ست درجات من 7.5 درجة ستؤدي إلى دوران الدوار بمقدار 45 درجة.

دقة

دقة محركات السائر هي 6-7٪ لكل خطوة (بدون تراكم). سيكون محرك السائر بخطوات 7.5 درجة دائمًا في نطاق 0.5 درجة من الموضع المتوقع نظريًا ، بغض النظر عن عدد الخطوات التي تم اتخاذها بالفعل. لن يتراكم الخطأ لأنه ميكانيكيًا يتكرر كل 360 درجة خطوة بخطوة. مع عدم وجود حمل ، فإن الوضع المادي للجزء الثابت والقطب الدوار بالنسبة لبعضهما البعض سيكون هو نفسه في جميع الأوقات.

صدى

المحركات السائر لها تردد الرنين الخاص بها لأنها ذات وزن زنبركي مثل الأنظمة. عندما يكون الإيقاع هو نفسه تردد الرنين الطبيعي للمحرك ، يمكن سماع الضوضاء الناتجة عن المحرك ويتم تضخيم الاهتزاز.

تعتمد نقطة الرنين على تطبيق المحرك ، وحمله ، ولكن بشكل عام يتراوح تردد الرنين من 70 إلى 120 خطوة في الثانية. في أسوأ الحالات ، سيفقد المحرك دقة التحكم إذا دخل في صدى.

طريقة سهلة لتجنب مشاكل صدى النظام هي تغيير الإيقاع بعيدًا عن نقطة الرنين. في وضع نصف أو خطوة صغيرة ، يتم تقليل مشكلة الرنين بسبب التخلي عن نقطة الرنين مع زيادة السرعة.

عزم الدوران

إن عزم دوران المحرك السائر هو وظيفة: سرعة الخطوة ، تيار لف الجزء الثابت ، نوع المحرك. ترتبط قوة محرك متدرج معين أيضًا بهذه العوامل الثلاثة.إن عزم المحرك السائر هو مجموع عزم الاحتكاك وعزم القصور الذاتي.

عزم الاحتكاك بالجرام لكل سنتيمتر هو القوة المطلوبة لتحريك حمولة تزن عددًا معينًا من الجرامات مع ذراع بطول 1 سم. من المهم ملاحظة أنه مع زيادة سرعة خطوة المحرك ، فإن المجال الكهرومغناطيسي الخلفي في المحرك ، أي أن الجهد الناتج عن المحرك يزداد. هذا يحد من التيار في لفات الجزء الثابت ويقلل من عزم الدوران.