يحوِّل محرك تيار مستمر بفرش الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية باستخدام قانون لورنتس، الذي ينص على أن "مُوصِّلًا حامِلًا للتيار موضوعًا داخل حقل مغناطيسي سيتعرّض لقوة". يمكن تسخير هذه القوة بطرق متنوعة، مثل استخدامها داخل مشغل خطي لتحويل الحركة الدورانية إلى حركة خطية.
تقدّم Progressive Automations مجموعة متنوعة من المشغلات الخطية التي تحتوي إمّا على محرك تيار مستمر ذو قلب أو محرك عديم القلب، ولكن أي نوع ينبغي أن تختار ولماذا؟ نستعرض الفروق بين المحركين ذي القلب وعديم القلب من خلال النظر إلى بنائهما بالإضافة إلى المزايا والعيوب. علاوة على ذلك، نلقي نظرة على أسلوب التشغيل وبروتوكولات الاتصال والتغذية الراجعة لمحرّكات مختلفة لتمكينك من اتخاذ قرار مستنير.
محرك تيار مستمر ذو قلب
يُعدّ محرك التيار المستمر ذو القلب والمزوّد بفرش الأكثر شيوعًا نظرًا إلى جدواه الاقتصادية في التصنيع والإنتاج بكميات كبيرة. يتكوّن المحرك ذو القلب من العضو الدوّار (Rotor)، والعضو الثابت (Stator)، والمبدِّل (غالبًا مع فرش)، ومغناطيسات ذات مجال دائم. بالإضافة إلى ذلك، تُلف ملفات العضو المتحرك حول قلب حديدي وتتصل بالمبدِّل.
الفرش التي تلامس المبدِّل مصنوعة من الجرافيت/الكربون، ما يسمح بمرور التيار المتصل عبر ملفات العضو المتحرك. التيار المار عبر الملفات يُنتِج حقلًا مغناطيسيًا يتفاعل مع المغناطيسات الثابتة ويولّد قوة تدير القلب الحديدي، وبالتالي تدير عمود المحرك.
هذه المحركات مثالية للتطبيقات الشاقة بفضل عزم البدء العالي والقلب الحديدي الصلب. كما أنها أقل عرضة لفرط السخونة لأن القلب الحديدي يعمل كمشتّت حرارة. تشمل التطبيقات واسعة النطاق السيارات الكهربائية والمصاعد والمضخات. وتشمل التطبيقات صغيرة النطاق مجموعات القاطرات وفرَش الأسنان الكهربائية وألعابًا أخرى.
المزايا
- أعلى جدوى من حيث التكلفة.
- عزم بدء مرتفع.
- التحكم في السرعة عبر نطاق واسع من الجهود.
- انطلاق وتوقف وعكس سريع.
- خالٍ من التوافقيات.
العيوب
- كفاءات كهربائية أقل (حوالي 50%).
- صيانة عالية بسبب تآكل الفرش.
محرك تيار مستمر عديم القلب
ما هو المحرك عديم القلب؟ هو مشابه لمحرك تيار مستمر ذو قلب من حيث امتلاكه فرشًا ومبدِّلًا. كما تتوافر نسخ بدون فرش. لكن الاختلاف أن ملفات العضو الدوّار تُلف بنمط مائل (أو خلية نحل) لتُشكّل أسطوانة مجوّفة ذاتية الدعم، تُطلى عادة بالإيبوكسي لزيادة الثبات.
العضو الثابت، الذي يوجد داخل الأسطوانة المجوّفة، مصنوع من مغناطيس أرضي نادر مثل النيوديميوم، أو AlNiCo (ألومنيوم-نيكل-كوبالت)، أو SmCo (ساماريوم-كوبالت). يمكن أن تكون الفرش في المحرك عديم القلب مصنوعة من معادن ثمينة (مثل الفضة أو الذهب أو البلاتين) أو من الجرافيت. يوزّع أسطوانة الأسلاك الحقل المغناطيسي عبر البنية بأكملها عند تطبيق تيار كهربائي على الأسلاك المتصلة بالفرش والمبدِّل، والذي يتفاعل مع المغناطيس الأرضي النادر لتوليد قوة ودوران العمود.
تفتح المحركات عديمة القلب آفاقًا واسعة للاستخدام في الروبوتات. من تطبيقاتها الشائعة الأطراف الصناعية ومضخات الإنسولين ومعدات المختبرات وأجهزة الأشعة السينية – وجميعها تتطلب تموضعًا عالي الدقة.
المزايا
- تصميم صغير وخفيف ومضغوط.
- تشغيل منخفض الضوضاء والاهتزاز.
- كفاءة عالية (حوالي 90%).
- عمر أطول بسبب انخفاض التآكل الكهربائي.
- معدلات تسارع وتباطؤ عالية.
- خصائص خطية للسرعة/العزم تتيح تحكمًا أسهل.
العيوب
- أعلى تكلفة بشكل ملحوظ.
- لا يمكنه تحمل الأحمال الحرارية الزائدة لعدم وجود قلب حديدي يعمل كمشتّت حرارة لملفات العضو الدوّار.
- يتطلب إلكترونيات إضافية (مثل المفكّكات/Decoders).
بروتوكولات الاتصال
سواء اخترت محرك تيار مستمر ذا قلب أو عديم القلب، يجب مراعاة بروتوكولات الاتصال لكل منهما. تشمل البروتوكولات الأساسية RS-485 واتصالات TTL/PWM. سيُحدّد اختيارك أيضًا نوع المحرك الذي يمكنك استخدامه.
اتصالات RS-485
اتصالات RS-485 بروتوكول اتصال تسلسلي شائع يوفّر نقل بيانات عالي السرعة بين الأجهزة. إنه معيار اتصال قوي وموثوق قادر على تقديم بيانات اعتمادية عبر مسافات طويلة.
تقدّم Progressive Automations المشغل الخطي عالي الدقة PA-12، والذي يمكن التحكم به باستخدام متحكم دقيق Arduino. ومع ذلك، هناك نسختان معروضتان: واحدة تستخدم محرك تيار مستمر ذا قلب (PA-12-T) وأخرى تستخدم محركًا عديم القلب (PA-12-R).
إذا اخترت النسخة عديمة القلب، فيجب استخدام اتصال RS-485. يمكن تنفيذ هذا البروتوكول بسهولة باستخدام وحدة تحويل TTL إلى RS-485 للتواصل مع Arduino. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام متحكم دقيق آخر يتواصل عبر RS-485 مباشرةً فور التشغيل.
اتصالات TTL/PWM
يمكن التحكم في PA-12-T المشغل الخطي مباشرةً مع متحكم Arduino عبر اتصالات TTL/PWM، ما يقلل تكلفة وحدات تحويل الاتصال الإضافية. يتمتع المشغل الخطي بتحكم دقيق في الموضع بدقة تصل إلى 100 ميكرومتر.
بالنظر إلى المزايا والعيوب التي نوقشت سابقًا لمحركات التيار المستمر ذوات القلب وعديمة القلب، ستعتمد أفضل حل على التطبيق. كلا مشغلي PA-12 يقدمان تحكمًا دقيقًا في الموضع، لكن بروتوكولات الاتصال مختلفة.
التغذية الراجعة
عامل رئيسي لتحديد أي محرك تيار مستمر تختار هو ما إذا كنت ستضيف شكلاً من أشكال التغذية الراجعة. تشير التغذية الراجعة إلى أي معلومات يمكن لوحدة التحكم استخدامها لمراقبة عملية وإجراء تصحيحات. على سبيل المثال، في حالة محرك تيار مستمر، تُعد المقاييس المقاومة (Potentiometers) وحساسات تأثير هول (Hall Effect) والمشفّرات (Encoders) أنواعًا شائعة من التغذية الراجعة.
يحّول المقياس المقاوم محرك التيار المستمر إلى محرك سيرفو، ما يتيح التحكم الدقيق في الموضع والسرعة. يمكن تطبيق نوع التغذية الراجعة على محرك ذي قلب أو عديم القلب، ولكن من الضروري النظر في خيارات التغذية الراجعة المختلفة لاتخاذ أفضل قرار يناسب التطبيق. إذا كنت تحتاج إلى كفاءة عالية ودقة مرتفعة، فاختر محرك تيار مستمر عديم القلب مع مُشفّر كخيار تغذية راجعة موثوق. ومع ذلك، فهذا الخيار مكلف نسبيًا وسيعتمد على قيود ميزانيتك.
الخلاصة
لقد أبرزنا المزايا والعيوب لمحركات التيار المستمر ذوات القلب وعديمة القلب، وكذلك بروتوكولات الاتصال وخيارات التغذية الراجعة. تقدّم Progressive Automations مجموعة متنوعة من المشغلات الخطية التي تضم مزيجًا من هذه المشغلات/الأجهزة/الحساسات.
يعتمد القرار على عوامل عديدة، مثل مواصفات المشغل الخطي الذي يتصل به محرك التيار المستمر، والسعر، ومستوى الدقة المطلوب. التطبيق هو ما يحدد المحرك المطلوب، والمحرك بدوره يحدد مواصفات المشغل الخطي. لمزيد من المعلومات عن منتجات Progressive Automations أو للحصول على دعم إضافي، تواصل معنا اليوم.