الفرق بين المضخة الهيدروليكية والمحرك الهيدروليكي
هل تساءلت يومًا كيف تؤدي الحفارات والآلات الثقيلة الأخرى مهامها القوية؟ في هذه المقالة، سوف نستكشف الاختلافات الرائعة بين المضخات الهيدروليكية والمحركات. سوف تتعلم كيف...
تخيل العالم بدون أزيز المحركات - لا سيارات، ولا أجهزة، ولا آلات صناعية. تقوم المحركات بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، فتشغّل كل شيء من الألعاب إلى عمالقة التصنيع. في هذه المقالة، سوف نستكشف أنواع المحركات المختلفة ومبادئ عملها وتطبيقاتها. من خلال فهم هذه الأساسيات، ستحصل على نظرة ثاقبة حول كيفية تشكيل هذه الأجهزة التي لا غنى عنها لحياتنا الحديثة والابتكارات التي تدفعها في المشهد الصناعي.
يُعزى ما يقرب من نصف استهلاك الطاقة في العالم إلى المحركات، مما يجعل الاستخدام الفعال للمحركات أحد أكثر التدابير فعالية لمعالجة مشاكل الطاقة العالمية.
المحرك هو جهاز يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. وهو يستخدم ملفاً يعمل بالطاقة (لفائف الجزء الثابت) لتوليد مجال مغناطيسي دوار يعمل على الدوار (مثل إطار الألومنيوم المغلق على شكل قفص سنجابي) لتوليد عزم دوران مغناطيسي دوار.
تنقسم المحركات إلى محركات التيار المباشر (DC) ومحركات التيار المتردد (AC) بناءً على نوع مصدر الطاقة المستخدم. معظم المحركات في نظام الطاقة هي محركات تيار متردد، والتي يمكن أن تكون إما متزامنة أو غير متزامنة (سرعة دوران المجال المغناطيسي للجزء الثابت للمحرك غير متزامنة مع سرعة دوران الدوار).
يتكون المحرك بشكل أساسي من الجزء الثابت والدوار. يرتبط اتجاه حركة الموصل الذي يعمل بالطاقة في المجال المغناطيسي باتجاه التيار واتجاه خطوط المجال المغناطيسي. مبدأ عمل المحرك هو قوة المجال المغناطيسي على التيار، مما يؤدي إلى دوران المحرك.
يشير التحكم في المحرك إلى التحكم في بدء تشغيل المحرك وتسارعه وتشغيله وتباطؤه وتوقفه. هناك متطلبات وأهداف مختلفة حسب نوع المحرك والظروف التي يستخدم فيها المحرك. بالنسبة للمحركات، من خلال التحكم في المحركات، يتم تحقيق أهداف التشغيل السريع، والاستجابة السريعة، والكفاءة العالية، وإخراج عزم الدوران العالي، والقدرة العالية على التحميل الزائد.
تشير المحركات القياسية، والمحركات المؤازرة، والمحركات المؤازرة، والمحركات السائرة، والمحركات المؤازرة المذكورة هنا إلى المحركات الدقيقة ذات التيار المستمر، والتي نصادفها كثيرًا. يشير المحرك، المعروف أيضًا باسم "المحرك"، إلى جهاز الحث الكهرومغناطيسي الذي يحافظ على تحويل أو نقل الطاقة الكهرومغناطيسية وفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي.
يُمثّل المحرك، المعروف أيضًا باسم "الآلة الكهربائية"، في دائرة الطاقة بالحرف الإنجليزي "M" (كان يُرمز له سابقًا بالحرف "D"). وتتمثل وظيفته الرئيسية في توليد عزم الدوران الدافع كمصدر طاقة للأجهزة الكهربائية أو الآلات المختلفة. ويمثل المولد بالحرف "G" في الدائرة الكهربائية.
بشكل عام، تشير المحركات بشكل عام إلى الأجهزة التي تحول القوة الناتجة عن تدفق التيار الكهربائي في مجال مغناطيسي إلى حركة دورانية، وبمعنى أوسع، إلى حركة خطية أيضًا.
يمكن تصنيف المحركات إلى فئتين بناءً على مصدر طاقتها: محركات التيار المستمر ومحركات التيار المتردد.
يمكن تصنيفها أيضًا بشكل تقريبي بناءً على مبادئ الدوران الخاصة بها، مع بعض الاستثناءات القليلة لأنواع خاصة من المحركات.
محرك مصقول
يُشار إلى المحرك المصقول المستخدم على نطاق واسع باسم محرك التيار المستمر. يدور الدوار عن طريق تبديل التيار من خلال أقطاب كهربائية تسمى "فرش" (على جانب الجزء الثابت) و"مبدل التيار" (على جانب المحرك).
محرك تيار مستمر بدون فرش
لا يحتاج هذا المحرك إلى فرش أو مقوم، بل يستخدم بدلاً من ذلك وظائف التبديل مثل الترانزستورات لتبديل التيارات وتدوير المحرك.
محرك متدرج
يعمل هذا المحرك بشكل متزامن مع الطاقة النبضية ولذلك يُطلق عليه أيضًا المحرك النبضي. وتتمثل خاصيته في سهولة ودقة عملية تحديد المواقع.
محرك غير متزامن
يتسبب التيار المتردد في إنتاج الجزء الثابت لمجال مغناطيسي دوار، وهو ما يجعل الدوار ينتج تيارًا مستحثًا ويدور تحت تأثيره.
محرك متزامن
ينشئ التيار المتردد مجالاً مغناطيسيًا دوارًا، ويدور الدوار مع المجال المغناطيسي بسبب الجذب. ويتزامن معدل الدوران مع تردد الطاقة.
عن التيار الكهربائي، والمجالات المغناطيسية، والقوة
أولاً، من أجل تسهيل شرح مبادئ المحركات، دعونا نستعرض القوانين الأساسية للتيار الكهربائي والمجالات المغناطيسية والقوة. على الرغم من أنها قد تجلب إحساسًا بالحنين إلى الماضي، إلا أنه من السهل نسيان هذه المعرفة إذا لم يستخدم المرء المكونات المغناطيسية بشكل متكرر.
سنستخدم الصور والصيغ لتوضيح ذلك.
عندما يكون الملف على شكل مستطيل، علينا التفكير في القوة المؤثِّرة على التيار.
يمكن حساب القوة F المؤثِّرة على الضلعين a و𝑐 بالصيغة التالية:
وينتج عن ذلك عزم دوران حول المحور المركزي.
على سبيل المثال، عند التفكير في الحالة التي تكون فيها زاوية الدوران θ فقط، فإن القوة المؤثرة على b و d عند الزوايا القائمة هي sinθ. لذلك، يمكن التعبير عن عزم الدوران Ta على الجانب a بالصيغة التالية:
وبنفس الطريقة، بالنظر إلى الضلع c، يتضاعف عزم الدوران ويولد عزم دوران محسوب بالصيغة التالية:
بما أن مساحة المستطيل تساوي S = h × l، فإن التعويض بها في الصيغة أعلاه ينتج عنه النتائج التالية:
هذه الصيغة لا تنطبق فقط على المستطيلات ولكن أيضًا على الأشكال الشائعة الأخرى مثل الدوائر. تستخدم المحركات هذا المبدأ.
عادةً ما يكون المحرك القياسي، الذي كثيراً ما نراه في الأدوات اليومية مثل الألعاب الكهربائية وماكينات الحلاقة الكهربائية، محركاً مصقولاً بالتيار المباشر. ويتميز بالسرعة العالية وعزم الدوران المنخفض، وهو لا يتطلب سوى سنَّين فقط لتشغيله. عند توصيله بالطرفين الموجب والسالب للبطارية، يبدأ المحرك بالدوران. سيؤدي عكس التوصيل إلى دوران المحرك في الاتجاه المعاكس.
محرك تخفيض التروس هو محرك قياسي مزود بعلبة تروس. يقلل هذا التصميم من سرعة الدوران مع زيادة عزم الدوران، مما يوسع نطاق التطبيقات العملية للمحرك القياسي.
يتكون المحرك المؤازر بشكل أساسي من غلاف، ولوحة دائرة، ومحرك بدون قلب، وتروس، وكاشف موضع. يعمل من خلال استقبال إشارة من جهاز الاستقبال إلى محرك سيرفو. ويحدد IC المدمج على اللوحة اتجاه الدوران ويدفع المحرك بدون قلب لبدء الدوران.
تنتقل الحركة إلى ذراع التأرجح من خلال تروس التخفيض، ويرسل كاشف الموضع إشارات عكسية في نفس الوقت للتحقق مما إذا كان قد تم الوصول إلى الموضع المقصود. كاشف الموضع هو في الأساس مقاوم متغير، والذي يغير قيم المقاومة أثناء دوران المحرك المؤازر. ومن خلال اكتشاف قيم المقاومة هذه، يمكن تحديد زاوية الدوران.
المواصفات المقدمة من الشركات المصنعة للمحركات المؤازرة تتضمن عادةً الأبعاد (مم)، وعزم الدوران (كجم/سم)، والسرعة (ثانية/60 درجة)، وجهد الاختبار (V)، والوزن (g). وحدة عزم الدوران هي كجم/سم وهي تشير إلى عدد الكيلوغرامات التي يمكن رفعها عند طول ذراع التأرجح 1 سم.
هذا هو مفهوم ذراع الرافعة المالية، وبالتالي، كلما زاد طول الذراع، انخفض عزم الدوران. وحدة السرعة هي ثانية/60 درجة، وهي تمثل الوقت اللازم لمحرك المؤازرة للدوران 60 درجة.
محرك السائر هو عنصر تحكم مفتوح الحلقة يقوم بتحويل إشارات النبضات الكهربائية إلى إزاحة زاويّة أو خطية. وفي ظل ظروف عدم وجود حمل زائد، تعتمد سرعة المحرك وموضع توقفه فقط على تردد وعدد إشارات النبضات، بغض النظر عن تغيرات الحمل.
عندما يتلقى مشغل السائر إشارة نبضية، فإنه يدفع محرك السائر للدوران بزاوية ثابتة، تعرف باسم "زاوية الخطوة"، في اتجاه محدد مسبقًا. ويتقدم دورانه بزيادات زاوية ثابتة. يمكن التحكم في عدد النبضات لإدارة الإزاحة الزاوية، مما يحقق تحديدًا دقيقًا للموضع. وبالمثل، يمكن استخدام تردد النبضة للتحكم في سرعة دوران المحرك وتسارعه، وبالتالي تحقيق تنظيم السرعة.
يعمل محرك المؤازرة، المعروف أيضًا باسم محرك المشغل، كوحدة تنفيذ في أنظمة التحكم الآلي، حيث يقوم بتحويل الإشارات الكهربائية المستقبلة إلى إزاحة زاويّة أو خرج سرعة زاويّة على عمود المحرك.
وهي تنقسم إلى فئتين رئيسيتين: المحركات المؤازرة ذات التيار المباشر (DC) ومحركات التيار المتردد (AC). وتتمثل الخاصية الأساسية لهذه المحركات في عدم وجود ظاهرة الدوران الذاتي عندما يكون جهد الإشارة صفراً وتتناقص سرعة الدوران بشكل منتظم مع زيادة عزم الدوران.
تعتمد المحركات المؤازرة في المقام الأول على النبضات لتحديد الموضع. بشكل أساسي، يدور المحرك المؤازر بزاوية مناظرة للنبضات لكل نبضة يتم استقبالها، وبالتالي تحقيق الإزاحة. وبما أن المحرك المؤازر نفسه لديه القدرة على إصدار نبضات، فإنه يصدر عددًا مناظرًا من النبضات لكل درجة يدور بها.
يشكل هذا نظام استجابة أو "حلقة مغلقة" مع النبضات المستقبلة. وبهذه الطريقة، يعرف النظام عدد النبضات التي تم إرسالها إلى المحرك المؤازر وعدد النبضات التي تم استقبالها. وبالتالي، يمكنه التحكم في دوران المحرك بدقة متناهية، مما يتيح تحديد المواقع بدقة تصل إلى 0.001 مم.
تنقسم المحركات المؤازرة بشكل عام إلى فئتي محركات مؤازرة التيار المتردد ومحركات مؤازرة التيار المستمر.
تنقسم المحركات المؤازرة بالتيار المتردد إلى محركات مؤازرة بالتيار المتردد غير المتزامنة ومحركات مؤازرة بالتيار المتردد المتزامنة.
تنقسم محركات مؤازرة التيار المستمر إلى محركات مصقولة ومحركات بدون فرش. المحركات المصقولة منخفضة التكلفة، وبسيطة في هيكلها، وتنتج عزم دوران عالٍ عند بدء التشغيل، ولها نطاق واسع للتحكم في السرعة، ويسهل التحكم فيها. وهي تتطلب الصيانة، ولكنها غير مريحة (على سبيل المثال، استبدال الفرشاة)، وتنتج تداخلًا كهرومغناطيسيًا ولها متطلبات بيئية محددة. لذلك، فهي مناسبة للتطبيقات الصناعية والمدنية العامة الحساسة من حيث التكلفة.
1） المحركات تدور بمساعدة المغناطيس والقوة المغناطيسية
حول مغناطيس دائم مع عمود دوار,
هذا هو المبدأ الأساسي لدوران المحرك.
يولِّد تدفُّق التيار عبر السلك مجالًا مغناطيسيًّا دوارًا (قوة مغناطيسية) حوله، وهو ما يؤدي إلى دوران المغناطيس.
في الواقع، هذه هي الحالة التشغيلية نفسها التي تم وصفها سابقًا.
بالإضافة إلى ذلك، إذا كان السلك ملفوفًا في ملف، فإن القوى المغناطيسية تتحد معًا لتكوين تدفق مجال مغناطيسي كبير (تدفق مغناطيسي)، وهو ما ينتج عنه قطبا N و S.
إن إدخال قلب حديدي في السلك على شكل ملف يسهل مرور خطوط المجال المغناطيسي من خلاله ويولد قوة مغناطيسية أقوى.
2） المحركات الدوارة العملية
سنقدم هنا الطريقة العملية لاستخدام التيار المتردد ثلاثي الأطوار والملفات لإنتاج مجال مغناطيسي دوار كمحرك دوار.
(التيار المتردد ثلاثي الأطوار هو إشارة تيار متردد بفرق طور 120 درجة).
يتوافق المجال المغناطيسي المركب في الحالة ① أعلاه مع الشكل ① أدناه.
يتوافق المجال المغناطيسي المركب في الحالة ② أعلاه مع الشكل ② أدناه.
يتوافق المجال المغناطيسي المركب في الحالة ③ أعلاه مع الشكل ③ أدناه.
كما ذكر أعلاه، ينقسم الملف الملف الملفوف حول القلب الحديدي إلى ثلاث مراحل، حيث يتم ترتيب لفائف الطور U، ولفائف الطور V، ولفائف الطور W على فترات 120 درجة.
يولد الملف ذو الجهد العالي قطب N، بينما يولد الملف ذو الجهد المنخفض قطب S.
يتغيّر كل طور وفقًا لموجة جيبية، وبالتالي ستتغير القطبية (القطب N والقطب S) والمجال المغناطيسي (القوة المغناطيسية) لكل ملف.
في هذا الوقت، إذا نظرنا إلى الملف الذي ينتج القطب N، نجد أنه يتغير بالتتابع من ملف الطور U إلى ملف الطور V إلى ملف الطور W إلى ملف الطور U، مما يسبب الدوران.
يوضح الشكل التالي الهياكل التقريبية والمقارنات بين ثلاثة أنواع من المحركات: المحرك المتدرج، ومحرك التيار المستمر المصقول، ومحرك التيار المستمر بدون فرش.
تتمثل المكونات الأساسية لهذه المحركات بشكل أساسي في الملفات والمغناطيسات والدوّارات، ويتم تصنيفها على أنها من النوع المثبت بالملف والنوع المثبت بالمغناطيس نظرًا لاختلاف أنواعها.
فيما يلي شرح هيكلي يتعلق بالمثال التخطيطي. بما أنه قد تكون هناك هياكل أخرى إذا قمنا بتقسيمها بشكل أكثر دقة، يرجى تفهم أن هذه المقالة تصف الهيكل العام.
في المحرك المتدرج الموضح هنا، يتم تثبيت الملف على الجانب الخارجي ويدور المغناطيس على الجانب الداخلي.
في محرك التيار المستمر المصقول الموضح هنا، يتم تثبيت المغناطيس على الجانب الخارجي ويدور الملف على الجانب الداخلي. الفرش ومبدل التيار مسؤولان عن إمداد الملف بالطاقة وتغيير اتجاه التيار.
في المحرك بدون فرش الموضح هنا، يتم تثبيت الملف على الجانب الخارجي ويدور المغناطيس على الجانب الداخلي.
نظرًا لاختلاف أنواع المحركات، حتى لو كانت المكونات الأساسية هي نفسها، فقد يكون الهيكل مختلفًا. سيتم تقديم الشرح التفصيلي في كل قسم.
هيكل المحرك المصقول
يظهر أدناه مظهر محرك التيار المستمر المصقول المستخدم بشكل متكرر في النماذج، بالإضافة إلى رسم تخطيطي تفصيلي لمحرك نموذجي ثنائي القطب (مغناطيسين) وثلاثي الفتحات (3 ملفات). قد يكون لدى العديد من الأشخاص خبرة في تفكيك المحركات وإزالة المغناطيسات.
كما يتضح، فإن المغناطيس الدائم لمحرك التيار المستمر المصقول ثابت، ويمكن أن تدور الملفات حول المركز الداخلي للمحرك. يسمى الجانب الثابت "الجزء الثابت"، بينما يسمى الجانب الدوار "الدوار".
فيما يلي رسم تخطيطي يمثل مفهوم هيكل المحرك.
توجد ثلاثة مبدلات (ألواح معدنية منحنية لتبديل التيار) على محيط المحور المركزي الدوّار. ولمنع تلامسها مع بعضها البعض، يتم ترتيب المبدلات على مسافات 120 درجة (360 درجة ÷ 3). تدور المبدلات مع دوران المحور.
يتم توصيل كل مبدل بطرف ملف واحد وطرف ملف آخر، وتشكل المبدلات الثلاثة والملفات الثلاثة شبكة دائرة ككل (على شكل حلقة).
يتم تثبيت فرشتين عند 0 درجة و180 درجة لملامسة مبدلات التيار. يتم توصيل مصدر طاقة التيار المستمر الخارجي بالفرشتين، ويتدفق التيار على طول مسار الفرشاة ← المبدل ← الملف ← الفرشاة.
مبدأ تشغيل المحرك المصقول.
① الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة من الحالة الابتدائية
في الحالة الأولية، يكون الملف A في الأعلى، ويتم توصيل مصدر الطاقة بالفرشتين مع تحديد الجانبين الأيسر (+) والأيمن (-). يتدفق تيار كبير من الفرشاة اليسرى عبر مبدل التيار إلى الملف A، ويصبح الجانب العلوي (الخارجي) من الملف A على شكل حرف S.
بما أن نصف التيار المتدفق عبر الملف A من الفرشاة اليسرى نحو الملفين B وC يكون في الاتجاه المعاكس للملف A، فإن الجانب الخارجي للملفين B وC يصبح القطب N الأضعف (ممثلاً بحروف أصغر في الشكل).
تتسبَّب المجالات المغناطيسية المتولِّدة في هذه الملفات والتنافر والتجاذب بين المغناطيسات في دوران الملف عكس اتجاه عقارب الساعة.
② مزيد من الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة
بافتراض أن الملف A في حالة دوران عكس اتجاه عقارب الساعة بزاوية 30 درجة، فإن الفرشاة اليمنى تلامس مقومين.
يستمر التيار في الملف A في التدفق من الفرشاة اليسرى عبر الفرشاة اليمنى، ويظل الجانب الخارجي للملف A قطب S.
يتدفق التيار نفسه الموجود في الملف A عبر الملف B، ويصبح الجانب الخارجي للملف B قطب N أقوى.
ونظرًا لأن طرفي الملف C موصولة بدائرة قصيرة بواسطة الفرشتين، لا يتدفق أي تيار ولا يتولد أي مجال مغناطيسي.
حتى في هذه الحالة، يتعرض الملف لقوة دوران عكس اتجاه عقارب الساعة.
من ③ إلى ④، يستمر الملف العلوي في التعرض لقوة باتجاه اليسار ويستمر الملف السفلي في التعرض لقوة باتجاه اليمين، ويستمر في الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة.
في كل مرة يدور فيها الملف بزاوية 30 درجة إلى الحالتين ③ و ④، يصبح الجانب الخارجي للملف قطب S عندما يكون الملف فوق المحور الأفقي المركزي، وقطب N عندما يكون الملف تحته، مع تكرار هذه الحركة.
بعبارة أخرى، يتلقى الملف العلوي مرارًا وتكرارًا قوة باتجاه اليسار، ويتلقى الملف السفلي مرارًا وتكرارًا قوة باتجاه اليمين (كلاهما في عكس اتجاه عقارب الساعة). وهذا يؤدي إلى دوران الدوار باستمرار عكس اتجاه عقارب الساعة.
إذا تم توصيل مصدر الطاقة بالفرشاة اليسرى المعاكسة (-) والفرشاة اليمنى (+)، يولد الملف مجالاً مغناطيسيًا في الاتجاه المعاكس، وينعكس اتجاه القوة المطبقة على الملف، مما يتسبب في دوران في اتجاه عقارب الساعة.
بالإضافة إلى ذلك، عندما ينفصل مصدر الطاقة، يتوقف دوار المحرك المصقول عن الدوران لعدم وجود مجال مغناطيسي يحافظ على دورانه.
مظهر وهيكل المحرك ثلاثي الأطوار كامل الموجة بدون فرشاة
يوضح الشكل التالي مثالاً على مظهر وهيكل المحرك بدون فرش.
على اليسار مثال لمحرك مغزل لتدوير الأقراص في جهاز تشغيل الأقراص. يوجد إجمالي تسعة ملفات تتكون من ثلاث مراحل مضروبة في ثلاثة.
على اليمين مثال على محرك مغزل لجهاز FDD، والذي يحتوي على 12 ملفًا (ثلاث مراحل في أربعة). الملفات مثبتة على لوحة الدائرة وملفوفة حول قلب حديدي.
المكون الذي على شكل قرص على يمين الملف هو دوار مغناطيس دائم. الحافة الخارجية مصنوعة من مغناطيس دائم، ويتم إدخال عمود الدوار في مركز الملف ويغطي جزءًا منه. يدور المغناطيس الدائم حول الحافة الخارجية للملف.
مخطط الهيكل الداخلي لمحرك ثلاثي الأطوار كامل الموجة بدون فرش ودائرة مكافئة لتوصيلات الملف.
فيما يلي مخططات مبسطة للهيكل الداخلي والدائرة المكافئة لتوصيلات الملف.
يُظهر الرسم البياني المبسط محرك ثنائي القطب (مغناطيسين) ثلاثي الفتحات (3 ملفات) بهيكل بسيط. إنه مشابه للمحرك المصقول هيكل المحرك بنفس عدد الأقطاب والفتحات، لكن جانب الملف ثابت بينما يمكن للمغناطيسات أن تدور. بالطبع، لا توجد فرش.
في هذه الحالة، يتم توصيل الملفات في تكوين على شكل حرف Y، وتستخدم مكونات أشباه الموصلات لتزويد الملفات بالتيار. يتم التحكم في تدفق التيار بناءً على موضع المغناطيسات الدوارة.
في هذا المثال، تُستخدم عناصر Hall للكشف عن موضع المغناطيس. توضع عناصر Hall بين الملفات وتكشف الجهد الناتج عن شدة المجال المغناطيسي، والذي يُستخدم كمعلومات عن الموضع. في صورة محرك عمود الدوران لجهاز FDD المقدم سابقًا، يمكن أيضًا رؤية عناصر Hall بين الملفات لاكتشاف الموضع (فوق الملفات).
عناصر هول هي حساسات مغناطيسية معروفة تقوم بتحويل حجم المجال المغناطيسي إلى حجم الجهد، وتمثل اتجاه المجال المغناطيسي بجهد موجب أو سالب.
فيما يلي رسم تخطيطي يوضح تأثير هول.
يستخدم عنصر هول ظاهرة أنه "عندما يمر تيار IH عبر شبه موصل ويمر تيار مغناطيسي B عموديًا على التيار، يتولد جهد VH في الاتجاه العمودي على كل من التيار والمجال المغناطيسي." اكتشف الفيزيائي الأمريكي إدوين هربرت هول هذه الظاهرة وأطلق عليها اسم "تأثير هول". ويُعبر عن الجهد VH المتولد بالصيغة التالية:
VH = (KH / d)・ ・HB
※KH: معامل هول، د: سُمك سطح اختراق التدفق المغناطيسي
كما هو موضح في الصيغة، كلما زاد التيار زاد الجهد. تُستخدم هذه الخاصية بشكل شائع للكشف عن موضع الدوار (المغناطيس).
مبدأ الدوران للمحركات ثلاثية الطور كاملة الموجة بدون فرش
سيتم الآن شرح مبدأ دوران المحرك بدون فرش في الخطوات من 1 إلى 6. لتسهيل فهمه، تم تبسيط المغناطيس الدائم من شكل دائري إلى شكل مستطيل.
① في نظام الملف ثلاثي الأطوار، يكون الملف 1 مثبتًا عند موضع الساعة 12، والملف 2 مثبتًا عند موضع الساعة 4، والملف 3 مثبتًا عند موضع الساعة 8 على وجه الساعة. يمكن لمغناطيس دائم ثنائي القطب مع وجود القطب N على اليسار والقطب S على اليمين أن يدور.
مرِّر تيارًا شدته Io عبر الملف 1 لإنتاج مجال مغناطيسي بقطب S على السطح الخارجي للملف. مرِّر تيارًا مقداره Io/2 خلال الملفين 2 و3 لإنتاج مجال مغناطيسي بقطب N على السطح الخارجي للملف.
عندما يُدمج المجالان المغناطيسيان للملفين 2 و3 معًا بشكل متجه، ينتج مجال مغناطيسي بقطب N يتجه لأسفل. هذا المجال المغناطيسي يساوي 0.5 ضعف المجال المغناطيسي الناتج عن مرور التيار Io عبر ملف واحد، وعند إضافته إلى المجال المغناطيسي للملف 1، يصبح أقوى بمقدار 1.5 مرة. وهذا يُنتِج مجالًا مغناطيسيًّا مدمجًا عموديًّا على المغناطيس الدائم، وهو ما يولِّد أقصى عزم دوران ويتسبَّب في دوران المغناطيس الدائم في اتجاه عقارب الساعة.
عندما ينخفض التيار المار عبر الملف 2 ويزداد التيار المار عبر الملف 3 بناءً على موضع الدوران، يدور المجال المغناطيسي المدمج أيضًا في اتجاه عقارب الساعة، مما يؤدي إلى استمرار دوران المغناطيس الدائم.
② في حالة الدوران بزاوية 30 درجة، يمر تيار Io عبر الملف 1، مما يجعل التيار في الملف 2 يساوي صفرًا ويتسبب في تدفق التيار Io من الملف 3.
يصبح الجزء الخارجي من الملف 1 قطب S ويصبح الجزء الخارجي من الملف 3 قطب N. عند الدمج المتجهي، يكون المجال المغناطيسي الناتج أقوى √3 (≈1.72) مرة من المجال المغناطيسي الناتج عن مرور التيار Io خلال ملف واحد. وينتج هذا أيضًا مجالًا مغناطيسيًّا مدمجًا عموديًّا على المغناطيس الدائم، الذي يدور في اتجاه عقارب الساعة.
عندما يتغيَّر موضع الدوران، ينخفض التيار المتدفِّق إلى الملف 1، ويبدأ التيار المتدفِّق إلى الملف 2 من الصفر ويزداد، ويزداد التيار المتدفِّق من الملف 3 إلى Io. ونتيجةً لذلك، يدور المجال المغناطيسي المدمج أيضًا في اتجاه عقارب الساعة، وهو ما يجعل المغناطيس الدائم يستمر في الدوران.
※ بافتراض أن كل تيار في كل طور هو موجة جيبية، فإن قيمة التيار هنا تساوي Io × sin(π⁄3) = Io × √3⁄2. من خلال التركيب الاتجاهي للمجالات المغناطيسية، يكون مقدار المجال المغناطيسي الكلي 1.5 ضعف المجال المغناطيسي الناتج عن ملف واحد.
عندما يكون كل تيار في كل طور موجة جيبية، بغض النظر عن موضع المغناطيس الدائم، يكون مقدار المجال المغناطيسي المركب اتجاهيًا دائمًا 1.5 مرة المجال المغناطيسي الناتج عن ملف واحد، ويكون المجال المغناطيسي عموديًا على المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم بزاوية 90 درجة.
③ في دوران مستمر بزاوية 30 درجة، يتدفَّق تيار شدته Io/2 عبر الملف 1، ويتدفَّق تيار شدته Io/2 عبر الملف 2، ويتدفَّق تيار شدته Io من الملف 3.
يصبح الجزء الخارجي من الملف 1 قطب S، ويصبح الجزء الخارجي من الملف 2 قطب S أيضًا، ويصبح الجزء الخارجي من الملف 3 قطب N. عند الدمج المتجهي، يكون المجال المغناطيسي الناتج يساوي 1.5 مرة المجال المغناطيسي الناتج عند مرور تيار Io خلال ملف واحد (كما في الخطوة 1). وينتج عن ذلك أيضًا مجال مغناطيسي مدمج عمودي على المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم بزاوية 90 درجة ويدور في اتجاه عقارب الساعة.
④-⑥
استمر في الدوران بنفس طريقة الخطوات 1-3.
وبهذه الطريقة، إذا تم تبديل التيار المتدفق في الملفات بشكل مستمر بناءً على موضع المغناطيس الدائم، فسوف يدور المغناطيس الدائم في اتجاه ثابت. وبالمثل، إذا تم جعل التيار يتدفق في الاتجاه المعاكس وتم عكس اتجاه المجال المغناطيسي المشترك، فسيكون الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة.
يوضح الشكل التالي التيار المتدفق عبر كل ملف لكل خطوة من 1 إلى 6.
من خلال الشرح أعلاه، ينبغي الآن فهم العلاقة بين التغيرات الحالية والدوران.
المحرك السائر هو نوع من المحركات التي يمكن التحكم فيها بدقة من حيث زاوية الدوران والسرعة من خلال المزامنة مع إشارة نبضية. تُعرف المحركات السائر أيضاً باسم "المحركات النبضية".
نظرًا لقدرتها على تحقيق التموضع الدقيق دون استخدام مستشعرات الموضع ومع التحكم في الحلقة المفتوحة فقط، تُستخدم محركات السائر على نطاق واسع في المعدات التي تتطلب التموضع.
هيكل المحرك السائر (ثنائي القطب ثنائي الطور)
تُظهر الصور التالية من اليسار إلى اليمين أمثلة على مظهر محرك السائر، ومخطط تخطيطي لهيكله الداخلي، ومخطط تصوري لهيكله.
في مثال المظهر، يظهر كل من النوعين HB (الهجين) وPM (المغناطيس الدائم) من محركات السائر. يوضح الرسم التخطيطي في المنتصف أيضًا هيكل كل من نوعي HB وPM.
يحتوي محرك السائر على هيكل تكون فيه الملفات ثابتة والمغناطيس الدائم يدور. المخطط التصوري للهيكل الداخلي لمحرك السائر على اليمين هو مثال على محرك PM مع ملفين (مجموعتين) من الملفات ثنائية الطور.
في مثال الهيكل الأساسي للمحرك السائر، يتم ترتيب الملفات من الخارج ويتم ترتيب المغناطيس الدائم من الداخل. بالإضافة إلى النوع ثنائي الطور، هناك أنواع ذات مراحل أكثر مثل ثلاث مراحل وخمس مراحل.
تحتوي بعض محركات السائر على هياكل مختلفة، ولكن من أجل شرح مبدأ العمل الأساسي لمحركات السائر، تقدم هذه المقالة محرك السائر مع الهيكل الأساسي للملفات الثابتة والمغناطيس الدائم الدوار.
الأساسيات مبدأ عمل محرك السائر (إثارة أحادية الطور)
يستخدم الرسم البياني التالي لشرح مبدأ العمل الأساسي لمحرك السائر. هذا مثال لإثارة كل مرحلة (مجموعة واحدة من الملفات) من الملفات ثنائية القطب ثنائية الطور الموضحة في الصورة السابقة، بافتراض تغير الحالة من ① إلى ④. يتكون الملفان من الملفين 1 و2، ويشير سهم التيار إلى اتجاه تدفق التيار.
①
يتدفق التيار الكهربي من الجانب الأيسر من الملف 1 ويخرج من الجانب الأيمن.
لا تسمح للتيار الكهربائي بالتدفق عبر الملف 2.
عند هذه النقطة، يصبح الجزء الداخلي للملف الأيسر 1 في اتجاه الشمال، ويصبح الجزء الداخلي للملف الأيمن 1 في اتجاه الجنوب.
ونتيجة لذلك، ينجذب المغناطيس الدائم الأوسط بواسطة المجال المغناطيسي للملف 1 ويتوقف في حالة يكون فيها الجانب الأيسر جنوبًا والجانب الأيمن شمالًا.
②
أوقف التيار في الملف 1 واسمح للتيار بالتدفق من أعلى الملف 2 والخروج من الأسفل.
ويصبح الجزء الداخلي من الملف العلوي 2 شمالًا، ويصبح الجزء الداخلي من الملف السفلي 2 جنوبًا.
ينجذب المغناطيس الدائم بواسطة مجاله المغناطيسي ويدور 90 درجة في اتجاه عقارب الساعة ويتوقف.
③
أوقف التيار في الملف 2 واسمح للتيار بالتدفق من الجانب الأيمن من الملف 1 والخروج من الجانب الأيسر.
يصبح الجزء الداخلي للملف الأيسر 1 في اتجاه الجنوب، ويصبح الجزء الداخلي للملف الأيمن 1 في اتجاه الشمال.
ينجذب المغناطيس الدائم بواسطة مجاله المغناطيسي ويدور 90 درجة أخرى في اتجاه عقارب الساعة ويتوقف.
④
أوقف التيار في الملف 1 واسمح للتيار بالتدفق من أسفل الملف 2 والخروج من الأعلى.
ويصبح الجزء الداخلي من الملف العلوي 2 جنوبًا، ويصبح الجزء الداخلي من الملف السفلي 2 شمالًا.
ينجذب المغناطيس الدائم بواسطة مجاله المغناطيسي ويدور 90 درجة أخرى في اتجاه عقارب الساعة ويتوقف.
من خلال تبديل التيار المتدفق عبر الملفات بترتيب الخطوات من ① إلى ④ باستخدام الدوائر الإلكترونية، يمكن تدوير محرك السائر. في هذا المثال، سيؤدي كل إجراء تبديل إلى تدوير محرك السائر بمقدار 90 درجة.
بالإضافة إلى ذلك، من خلال تدفق التيار باستمرار عبر ملف معين، يمكن لمحرك السائر أن يحافظ على وضع التوقف وأن يكون له عزم دوران ثابت. ومن الجدير بالذكر أن عكس ترتيب التيار المتدفق عبر الملفات يمكن أن يجعل محرك السائر يدور في الاتجاه المعاكس.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
NL 
PT 
RU