المواضيع:
- مقدمة
- محرك متدرج ذو مغناطيس دائم (نوع PM)
- محرك متدرج ذو ممانعة متغيرة (VR)
- محرك السائر الهجين
مقدمة:
يمكن تعديل محرك السائر، كما يوحي اسمه، في عدة خطوات. قد يختلف عدد الخطوات. اعتمادًا على التطبيق، يمكن للمحرك المتدرج أن يضبط من 4 إلى 200 خطوة لكل دورة، والتي يمكن أن تصل إلى دوران متحكم به يبلغ 0,8 درجة دوران للدوار.
يمكن تحديد الدوران الزاوي للمحرك السائر بدقة شديدة. المحرك السائر هو في الأساس واحد محرك كهربائي متزامن DC بدون فرش كربون لأن الأجزاء وطرق التحكم متشابهة جدًا، لكنه مع ذلك يتميز عن هذا المحرك DC بالخصائص التالية:
- يتمتع المحرك المتدرج بعزم دوران كبير نسبيًا عند السرعات المنخفضة، وبالتالي يمكن أن يبدأ بسرعة كبيرة من حالة التوقف التام؛
- حركة محرك السائر بطيئة ودقيقة للغاية. يُستخدم محرك التيار المستمر ليكون قادرًا على العمل بسرعة لفترة طويلة؛
- يتم التحكم في سرعة الدوران وموضع محرك السائر بواسطة إشارة تحكم من وحدة التحكم. وهذا يعني أنه لا يلزم وجود مستشعر موضع أو أي شكل آخر من أشكال ردود الفعل؛
- يصدر المحرك السائر ضوضاء أكثر ويسبب المزيد من الاهتزازات مقارنة بمحرك DC بدون فرش.
يستخدم محرك السائر في العديد من الأماكن في السيارة لجعل الأجزاء تقوم بحركة كهربائية يمكن التحكم فيها. وفيما يلي ثلاثة تطبيقات يمكن العثور فيها على المحرك السائر، وهي: للتحكم في التباطؤ، والأيدي في لوحة العدادات، وصمامات السخان للتحكم في التهوية.
محرك متدرج للتحكم في الخمول:
يتم إغلاق صمام الخانق لمحرك البنزين في حالة الراحة. يلزم وجود فتحة صغيرة للسماح للمحرك بالعمل في وضع الخمول. يجب أيضًا أن يكون الممر قابلاً للتعديل، لأن درجة الحرارة والحمل (على سبيل المثال، عند تشغيل المستهلكين مثل مضخة تكييف الهواء) يؤثران على الكمية المطلوبة من الهواء الممتص.
في المحركات الحديثة، يتم التحكم بدقة في موضع صمام الخانق. نجد أيضًا أنظمة يتم فيها إغلاق صمام الخانق تمامًا ويتم توجيه الهواء حول صمام الخانق عبر التحكم الالتفافي. يمكن تحقيق دوران الهواء إما عبر محرك DC يتم التحكم فيه بواسطة PWM أو بواسطة محرك متدرج. راجع الصفحة الخاصة ب خنق.
الصور الثلاث أدناه هي لمحرك متدرج يعمل كوحدة تحكم في سرعة الخمول. يتم التحكم في فتح المجازة بواسطة العمود ذي الطرف المخروطي. يؤدي تدوير عضو الإنتاج في المحرك السائر إلى دوران الترس الدودي.
- الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة: يتحول الترس الدودي إلى الداخل (فتحة كبيرة في الممر الجانبي)؛
- الدوران في اتجاه عقارب الساعة: يدور الترس الدودي للخارج (فتحة صغيرة في الممر الجانبي).
لوحة معدات:
غالبًا ما تكون لوحة العدادات مجهزة بمحركات متدرجة متعددة لمقياس مستوى الخزان وعداد السرعة ومقياس سرعة الدوران ودرجة حرارة المحرك وفي المثال أدناه أيضًا عداد الاستهلاك الموجود أسفل مقياس سرعة الدوران. تظهر لوحة العدادات في سيارة BMW أدناه.
في الجزء الخلفي (الداخلي) من لوحة العدادات نجد المحركات السائر الخمسة ذات الغلاف الأسود. على اليمين نرى محرك السائر المعني بدون غلاف. هنا يمكنك أن ترى بوضوح الملفين والوصلات الأربعة (اثنتان على اليسار، واثنتان على اليمين) والتي من خلالها يمكننا التعرف على محرك السائر ثنائي القطب. يمكن للمحرك المتدرج ضبط إبر المؤشر بخطوات صغيرة. يأتي أمر الضبط من وحدة التحكم الإلكترونية الموجودة في مجموعة العدادات.
يوضح الرسم البياني التالي مدخلات ومخرجات محرك السائر. هذا هو IC الموجود في مجموعة الأدوات والذي يترجم المعلومات الواردة إلى مخرجات للمحرك السائر:
- مستوى الوقود في الخزان (تعويم الخزان)؛
- سرعة السيارة (مولد نبض في علبة التروس أو أجهزة استشعار ABS)؛
- سرعة المحرك (مستشعر موضع العمود المرفقي) ؛
- درجة الحرارة (مستشعر درجة حرارة سائل التبريد).
في الرسم التخطيطي، تُظهر الأسهم الحمراء والخضراء التوصيلات (من A إلى D) الموجودة على الملفات الموجودة في محرك السائر.
صمامات توجيه الهواء في بيت الموقد:
غالبًا ما نجد محركات السائر في صمامات تنفيس الهواء التي يتم تشغيلها إلكترونيًا في بيت الموقد. تُظهر الصور أدناه صورة لصمام درجة حرارة الهواء (يسار) ورسم توضيحي لموضع التثبيت (يمين). يقوم المحرك السائر بتشغيل الصمام عن طريق الآلية، حيث يشير الرقم 4 في الرسم التوضيحي إلى النقطة المحورية. إذا كان محرك السائر يعمل بشكل غير صحيح، أو بعد الاستبدال، فيجب تحديد موضعي البداية والنهاية في وحدة التحكم الإلكترونية. باستخدام معدات التشخيص، يمكننا معرفة توقف الصمام، بحيث تعرف وحدة التحكم الإلكترونية متى يكون الصمام مفتوحًا أو مغلقًا بالكامل، حتى تتمكن أيضًا من تحديد المدة التي يجب أن تدفع فيها المحرك السائر لفتح الصمام جزئيًا.
محرك متدرج ذو مغناطيس دائم (نوع PM):
يحتوي هذا النوع من المحركات السائر على دوار بمغناطيس دائم. ميزة هذا المحرك المتدرج هي بنائه البسيط وبالتالي سعره المنخفض. فيما يلي معلومات حول تشغيل محرك السائر هذا.
يمكن لدوار محرك السائر أن يقوم بدورة كاملة بعدة خطوات وسيطة. في المثال الموجود في الصور الأربع أدناه، يتم عرض أربع خطوات متوسطة لكل دورة. وبالتالي يمكن إيقاف الدوار كل 90 درجة. محرك السائر الأيسر في الموضع 1، مع القطب الشمالي للدوار في الأعلى والقطب الجنوبي في الأسفل. لتحريك الجزء المتحرك بزاوية 90 درجة في اتجاه عقارب الساعة، ينقطع التيار الواصل إلى الملف ذي النهايتين C وD ويتم تغذية الملف الآخر. ويمكن ملاحظة ذلك في محرك السائر الثاني. يتحول لون حذاء القطب الأيسر إلى اللون الأحمر (القطب الشمالي) ويتحول لون الحذاء الأيمن إلى اللون الأسود (القطب الجنوبي). سيؤدي هذا إلى وضع الدوار في الموضع 2.
يعمل هذا أيضًا بهذه الطريقة مع الإعدادات 3 و4؛ يتم تنشيط الملف الموجود بين C وD في الموضع 3، لكن التيار يتدفق في الاتجاه المعاكس كما هو الحال في الموضع 1. وحذاء القطب العلوي هو الآن القطب الشمالي والسفلي هو القطب الجنوبي. سيكون الدوار الآن في الموضع 3. بالنسبة للموضع 4، يتم تنشيط الملف السفلي مرة أخرى وسيدور الدوار إلى الموضع 4.
يمكن إيقاف محرك السائر ذو الأربع سرعات كل 90 درجة. إذا لم يكن هذا كافيًا للتطبيق الذي يتم استخدام محرك السائر من أجله، فيمكن أيضًا ضبطه في ثماني خطوات. هذا ممكن مع نفس المحرك السائر، ولكن خلال هذه الخطوات المتوسطة سيتم تنشيط كلا الملفين في وقت واحد.
الصورة أدناه توضح هذه الخطوات المتوسطة. هذه هي الخطوات من 5 إلى 8. كما ترى، فإن الإعداد 5 يقع بين الخطوتين 1 و2. وينطبق الشيء نفسه على الخطوة 6 (بين الخطوتين 2 و 3)، وما إلى ذلك. خلال هذه الخطوات المتوسطة، يتدفق التيار عبر كلا الملفين.
عندما يجب تحويل الجزء المتحرك إلى الخطوة 5، يتدفق تيار في كل من الملف السفلي من A إلى B والملف العلوي من C إلى D. إذن يوجد الآن قطبان شماليان (حذاء القطب الأحمر) وقطبان جنوبيان (حذاء القطب الأسود). سيكون الدوار في الموضع 5.
لتدوير الجزء المتحرك بمقدار 45 درجة إضافية (إلى الموضع 2)، يتم تطبيق الرسم التخطيطي للمحرك السائر ذو المواضع الأربعة مرة أخرى. سيتم تنشيط الملف السفلي مرة أخرى للسماح بتدفق التيار من A إلى B.
إذا تم بعد ذلك إدارة محرك السائر بزاوية 45 درجة أخرى (إلى الموضع 6)، فسيتم تطبيق الصورة أعلاه مرة أخرى، مع تنشيط كلا الملفين.
يتم التحكم دائمًا في محرك السائر بواسطة جهاز تحكم. توفر الترانزستورات الموجودة في المحرك IC لجهاز التحكم إمداد التيار وتفريغه من وإلى أحذية القطب. تحتوي وحدة التحكم على ثمانية ترانزستورات. من خلال التحكم في هذه الترانزستورات الثمانية بشكل صحيح، سيقوم المحرك المتدرج بإجراء ثورة كاملة في أربع أو ثماني خطوات. يمكن أن يكون الدوران في اتجاهين. يسار و يمين. يضمن جهاز التحكم أن الترانزستورات الصحيحة موصلة.
في الصورة نرى محرك متدرج يتم التحكم فيه بواسطة جهاز تحكم. يتم تشغيل الترانزستورات 1 و 4. ولتوضيح التحكم تم تلوين الترانزستورات والأسلاك باللون الأحمر والبني. يربط الترانزستور 1 (الأحمر) الطرف A بالطرف الموجب والترانزستور 4 (البني) يربط الطرف B بالأرض.
نظرًا لعدم تشغيل الترانزستورات 2 و3، لا يتدفق التيار عبرهما. إذا كان هذا هو الحال، سيحدث ماس كهربائي.
في الصورة يتم تدوير المحرك السائر أبعد قليلا. ولهذا الغرض، يجب أيضًا جعل الترانزستورات 6 و7 موصلة للكهرباء.
للسماح للمحرك المتدرج بالدوران أبعد قليلاً، يتوقف توصيل الترانزستورات 1 و 4. فقط الترانزستورات 6 و 7 هي التي تستمر في التوصيل، مما يجعل المحرك المتدرج يتخذ الوضع 3.
للخطوة التالية، يجب تشغيل الترانزستورات 2 و 3.
محرك السائر ذو الممانعة المتغيرة (VR):
مثل محرك السائر ذو المغناطيس الدائم، يحتوي محرك السائر ذي الممانعة المتغيرة على أقطاب الجزء الثابت مع ملفات. إنه يختلف عن محرك السائر الذي تمت مناقشته سابقًا بدواره المسنن المصنوع من المعدن المغناطيسي، مثل النيكل أو الحديد. وهذا يعني أن الدوار ليس مغناطيسيا. نادرا ما يستخدم هذا النوع من المحركات السائر في الوقت الحاضر.
يتم لف الملف الثابت الموجود على أحد الجانبين (A) في الاتجاه المعاكس للملف الموجود على الجانب الآخر (A'). وينطبق الشيء نفسه بالطبع على B وB' وما إلى ذلك. تنجذب أسنان الجزء المتحرك بواسطة التدفق المغناطيسي الناتج عن تنشيط ملفات الجزء الثابت.
مزايا محرك السائر VR مقارنة بالإصدار ذو المغناطيس الدائم هي:
- نظرًا لعدم وجود مغناطيس دائم، فإن إنتاج محرك السائر VR أقل ضررًا على البيئة؛
- ليس من الضروري عكس قطبية ملفات الجزء الثابت. وهذا يسمح بتحكم أسهل؛
العيوب هي:
- عزم دوران منخفض
- دقة منخفضة
- إنتاج ضوضاء أعلى. وبالتالي فإن عدد التطبيقات، بما في ذلك السيارات، محدود؛
- بسبب عدم وجود مغناطيس دائم، لا يوجد عزم دوران ثابت عند الوقوف.
محرك السائر الهجين:
يحتوي محرك السائر الهجين على دوار مسنن بمغناطيس دائم وعضو ساكن مسنن بثمانية ملفات مع فجوة هوائية صغيرة بين الدوار والجزء الثابت. يتكون الدوار من ترسين يقابلهما 3,6 درجة عن بعضهما البعض. يوجد مغناطيس كبير داخل الدوار. يتم الضغط على اثنين من التروس الفولاذية فوق المغناطيس. تصبح التروس أيضًا مغناطيسية بسبب وجود المغناطيس. أحد التروس ممغنط كالقطب الشمالي والآخر كالقطب الجنوبي. كل سن على الدوار يصبح قطبًا مغناطيسيًا. لذلك نتحدث عن "دوار القطب الشمالي" و"دوار القطب الجنوبي". بسبب تغيير التروس، سوف يتناوب القطبان الشمالي والجنوبي أثناء الدوران. يحتوي كل ترس على 50 سنًا.
في اللحظة التي يقوم فيها سائق المحرك السائر بتوصيل التيار من خلال ملف الجزء الثابت، يصبح الملف مغناطيسيًا. سوف تجذب الأقطاب الشمالية للملفات الأقطاب الجنوبية للدوار، مما يؤدي إلى دوران الدوار.
الصور الثلاث أدناه توضح التحكم في المرحلتين (الحمراء والبرتقالية) لمحرك السائر الهجين.
أ. تم تدوير الجزء الدوار للمحرك السائر إلى موضعه الحالي (انظر الشكل) لأن الملفات الموضحة أصبحت مغناطيسية.
- الترس الأخضر هو القطب الجنوبي، الذي ينجذب إلى القطبين الشماليين على الجزء الثابت؛
- تتم محاذاة الأسنان الموجودة بين الجزء الدوار والجزء الثابت مع بعضها البعض في الأماكن التي تم سحب الدوار فيها. وللتوضيح، تمت الإشارة إلى هذه النقاط بعلامة سوداء في المواقف الثلاثة جميعها؛
- الترس الأحمر خلف الترس الأخضر. نظرًا لأن التروس تدور بالنسبة لبعضها البعض، فإن الأسنان الحمراء تكون مرئية. تنجذب الأقطاب الشمالية للجزء المتحرك إلى القطبين الجنوبيين للجزء الثابت.
ب. لقد تغيرت مراحل التحكم. اختفى المجال المغناطيسي بين الملفات البرتقالية والدوار. الآن يتم التحكم في ملفات الطور "الأحمر"، مما يؤدي إلى بناء المجال المغناطيسي بين الملفات الحمراء والدوار.
- نتيجة لتحويل المجال المغناطيسي من الملفات البرتقالية إلى الملفات الحمراء، يدور الجزء المتحرك بمقدار 1,8 درجة في اتجاه عقارب الساعة؛
- لتدوير الدوار عكس اتجاه عقارب الساعة بدلاً من اتجاه عقارب الساعة، كان لا بد من عكس القطبية (اتجاه التيار) من خلال الوصلات الحمراء. بعد كل شيء، فإن اتجاه التيار عبر الملف يحدد اتجاه المجال المغناطيسي، وبالتالي "موضع" القطبين الشمالي والجنوبي.
ج. تم تغيير مرحلة التحكم مرة أخرى وتم تدوير الدوار في اتجاه عقارب الساعة مرة أخرى بمقدار 1,8 درجة.
- يتم تنشيط نفس الملفات كما في الحالة A، ولكن تم عكس قطبية الأسلاك البرتقالية؛
- يمكن تدوير الدوار عكس اتجاه عقارب الساعة مرة أخرى عن طريق التحكم في الملفات كما هو موضح في الحالة B؛
- ولجعل الجزء المتحرك يدور في اتجاه عقارب الساعة، يتم أيضًا تنشيط الملفات الحمراء، ولكن يتم عكس القطبية مقارنة بالحالة B.
في الأمثلة المذكورة أعلاه، يمكن ملاحظة أن الجزء المتحرك للقطب الشمالي ينجذب إلى ملف القطب الجنوبي وفي نفس الوقت ينجذب الجزء المتحرك للقطب الجنوبي إلى ملف القطب الشمالي. وهذا يضمن أن محرك السائر الهجين يقوم بحركات دقيقة للغاية ولديه أيضًا عزم دوران مرتفع.
يمكن تجهيز محرك السائر الهجين بعدد أكبر من أزواج الأقطاب والمزيد من الأسنان على الدوار، مما يسمح بخطوات تصل إلى 0,728 درجة و500 خطوة لكل دورة.
الصفحات ذات الصلة:
