اختيار المحرك

اختيار المحرك

عند اختيار محرك لتطبيق ميكاترونيك معين , فإن المصمم يجب أن يأخذ في إعتباره عوامل كثيرة ومواصفات كثيرة أيضاً منها مدي السرعة وتغيرات العزم المطلوبة . كل هذه العوامل وعوامل أخري قمنا بوصفها هنا في صورة قائمة من الأسئلة التي يجب أن يأخذها في الإعتبار المصمم عند إختياره لتحديد نوع المحرك وحجمه . وكما سنري هنا أن منحني العزم – السرعة يقدم معلومة مهمة تساعد في الإجابة علي كثير من الأسئلة التي تدور حول أداء المحرك . بالرجوع إلي منحني العزم – السرعة الذي يعرض عزوم المحرك عند سرعات مختلفة عند الجهد المقنن . يبين الشكل مثالاً لمنحني السرعة – العزم لمحرك الخطوة , ويبين الشكل مثالاً لمنحني العزم – السرعة سرفو servomotor , هذه الأشكال هي أمثلة من sheets مواصفات صانع المحرك .

Mechanical actuators 28_03

Figure Typical stepper motor performance curves

(Courtesy of Aerotech. Pittsburgh. PA )

Figure Typical servomotor performance curves

(Courtesy of Aerotech. Pittsburgh. PA )

فيما يلي بعض الأسئلة البارزة التي يمكن للمصمم أن يحتاج أخذها في الإعتبار عن اختياره لمحرك من أجل تطبيق ما :

– هل سيبدأ المحرك حركته وسيكتسب العجلة التزايدية بسرعة بدرجة كافية ؟

العزم عند سرعة تساوي صفر يطلق عليه عزم بدء الحركة starting torque وهو العزم الذي يجب أن يمده المحرك عندما يبدأ الدوران لكي يبدأ النظام حركته بنفسه فإن المحرك يجب أن يولد عزما كافياً علي الاحتكاك وعزوم الحمل . عجلة المحرك التزايدية acceleration والحمل عند أي لحظة تعطي في المعادلة :

a = ( T motor – T load ) / J

حيث a هي العجلة الزاوية بالـ T motor , rud/sec هو العزم الذي ينتجه المحرك , T load العزم الذي يستهلكه الحمل , J هو عزم القصور الذاتي القطبي الكلي . الفرق بين عزمي المحرك والحمل يحدد عجلة النظام التزايدية . عندما يتساوي عزم المحرك مع عزم الحمل عند ذلك يكون المحرك عند سرعة التشغيل في حالة الاستقرار .

– ما هي أقصي سرعة يمكن أن يدور بها المحرك ؟

نقطة العزم الصغري هي نقطة تقع علي منحني العزم – السرعة ويتحدد عندها أقصي سرعة يمكن أن يصل لها المحرك . لا حظ أن المحرك لا يمكنه مد الحمل بأي عزم عند هذه السرعة . عندما يكون المحرك محملاً فإنه لا يمكن له أن يدور بسرعة عدم الحمل التي هي أقصي سرعة .

– ما هي الـ operating duty cycle ؟

عندما لا يكون المحرك يعمل بشكل مستمر , فإنه يجب الأخذ في الاعتبار دورة التشغيل operating cycle للنظام . تعرف الـ duty cycle بأنها النسبة بين الزمن الذي يكون فيه المحرك on إلي الزمن الكلي . إذا كان هناك حملاً يحتاج إلي duty cycle منخفضة , في هذه الحالة يمكننا اختيار محرك أقل قدرة بحيث أنه سيعمل عند قدرة أعلي من المستويات المقننة ولكن يظل يؤدي المطلوب منه دون حرارة زائدة التشغيل خلال دورات off-on .

– ما هي القدرة التي يحتاجها الحمل ؟

إن مقنن القدرة من المواصفات المهمة جدا للمحرك إن أساس معرفة متطلبات القدرة للحمل واختيار المصمم لمحرك ذو قدرة مناسبة هو الـ duty cycle .

– ما هي inertia الحمل ؟

تبين معادلة 9.19 أن الاستجابة الديناميكية السريعة يكون مرغوباًَ فيها أن تكون الـ inetria ( القصور الذاتي J) للعضو الدائر للمحرك وللحمل صغيرة . عندما يكون القصور الذاتي للحمل كبيراً , فإن الطريقة الوحيدة لتقديم عجلة تزايدية عالية هي تحديد حجم المحرك بحيث يمكنه أن يعطي عزماً أكبر بكثير من ما يحتاجه الحمل .

– هل الحمل مطلوب إدارته عند سرعة ثابتة ؟

أبسط الطرق لتقديم سرعة ثابتة هو أن نختار محرك تيار متغير متزامن AC synchronous motor أو محرك تيار مستمر توازي DC shunt motor حيث كل منهما يدور عند سرعة ثابتة نسبياً خلال مدي كبير من عزوم الحمل .

– هل مطلوب تحكم موضع أو تحكم سرعة دقيق ؟

في حالات اتخاذ موضع زاوية عند مواقع متقطعة discrete location وحركة incremental يكون الاختيار المناسب في هذه الحالات هو محرك الخطوة . محرك الخطوة يمكنه بسهولة أن يدور ويقف عند مواضع متقطعة يمكنه أيضاً أن يدور بمدي واسع من السرعات عن طريق التحكم في معدل الخطوة step rate . يمكن لمحرك الخطوة أن يعمل في نظام تحكم مفتوح المسار open loop control حيث لا تكون هناك حاجة لحساس التغذية المرتدة , ومع ذلك , إذا حاولت أن تشغل محرك الخطوة عند معدل خطوة سريع جداً أو عزم حمل كبير جداً فإن المحرك في هذه الحالة ربما ينزلق slip ولا ينفذ عدد الخطوات المتوقعة منه . لذلك , فإن حساس التغذية المرتدة مثل المشفر encoder ممكن تضمينه مع محرك الخطوة ليختبر إن كان المحرك قد قدم الحركة المطلوبة منه أم لا .

بالنسبة لبعض متطلبات الحركة المعقدة , حيث يكون مطلوب الموضع الدقيق ومستوي السرعة مثل ( تطبيقات الأليات حيث يكون مطلوب من الماكينات أن تؤدي حركة مبرمجة مسبقأً ) في هذه الحالة يكون الإختيار المناسب هو محرك السرفو servomotor .

محرك السرفو هو إما محرك تيار مستمر أو محرك تيار متغير أو محرك تيار مستمر بدون فرش brushles DC motor يشارك أحد هذه المحركات في العمل جهاز الإحساس بالموضع مثل ( المشفر الرقمي ) . يتم تشغيل محرك السرفو عن طرق حاكم قابل للبرمجة programmable controller الذي يقوم بمعالجة دخل الحساس وتوليد جهود مكبرة وتيارات مكبرة للمحرك لكي يقدم حركة معينة بمواصفات معينة . يطلق علي هذا تحكم المسار المغلق , لأنه يشتمل علي تغذية مرتدة للحساس . يعد محرك السرفو أغلي كثيراً من محرك الخطوة , ولكنه في المقابل ذو استجابة أسرع .

– هل مطلوب نقل الحركة أو مجموعة تروس ؟

كثيراً ما تحتاج الأحمال سرعات منخفضة وعزوم كبيرة . ولأن المحركات عادة يكون أداؤها أفضل عند السرعات العالية والعزم المنخفض ,فإن نقل السرعة المنخفضة ( عن طرق سير أو مجموعة تروس ) كثراً ما يكون هناك حاجة إليه ليتم التوافق بين خرج المحرك ومتطلبات الحمل . يستخدم المصطلح gear motor للإشارة إلي تجميع محرك – صندوق تروس في عبوة واحدة .

عندما يتم استخدام نقل الحركة فإن الـ inertia الفعالة للحمل تكون :

Mechanical actuators 29_03

حيث Jeff عزم القصور الذاتي للحمل . يمكن استخدام مجموع inertia الحمل والعضو الدائر للمحرك في المعادلة (9.19) لحساب العجلة acceleration .

هل يتوافق منحني العزم – السرعة جيداً مع الحمل ؟

إذا كان للحمل علاقة العزم – السرعة معرفة جيداً والتي يطلق عليها خط الحمل load line فإنه من الحكمة اختيار محرك بخواص عزم – سرعة مشابة . إذا كانت هذه هي الحالة , فإنه يمكن لعزم المحرك أن يتوافق مع عزم الحمل خلال مدي كبير من السرعات , كما يمكن التحكم في السرعة بسهولة عن طريق تغيير الجهد الواقع علي المحرك بتغييرات صغيرة .

– إذا كان لدينا منحني العزم – السرعة للمحرك وخط الحمل ما هي سرعة التشغيل ؟

من الشكل يتضح أن المحرك المعلوم منحني العزم – السرعة وخط الحمل له يستقر عند سرعة التشغيل operating speed التي تتحدد بنقطة تقاطع منحني العزم – السرعة مع خط الحمل load line , عند السرعات الأقل من سرعة التشغيل يتعدي عزم المحرك عزم الحمل وتتزايد نتيجة لذلك سرعة المحرك متجهة نحو نقطة التشغيل operating point ولكن عند السرعات الأعلي من سرعة التشغيل فإن عزم الحمل يتعدي عزم المحرك فيتسبب ذلك في هبوط السرعة نحو سرعة التشغيل لذلك فسرعة التشغيل هي سرعة الاستقرار وهي ثابتة . ومع ذلك فإنه يمكن تقليل سرعة التشغيل عن طريق تغيير الجهد المسلط علي المحرك , بذلك التغيير يتغير منحني العزم – السرعة للمحرك .

– هل من الضروري عكس حركة المحرك ؟

بعض المحركات غير قابل لعكس الحركة نتيجة تكوين المحرك وألكترونيات التحكم , لذلك يجب الحذر عند اختيار محرك مطلوب إدارته في كلا الاتجاهين طبقاً لإحتياجات التطبيق .

– هل توجد أي قيود من حيث الحجم والوزن ؟

المحركات منها ما هو كبير وما هو ثقيل , يجب علي المصمم أن يقرر مبكراً الحجم والوزن المناسبين قبل أن يدخل مرحلة التصميم .

Mechanical actuators 30_03

Figure Motor operating speed

Possibly Related Posts:


كتب في نفس المجال او من نفس الفئة

About farahat 1475 Articles
الــبــاجور - المـنـوفـيـة - جمهورية مصر العربية 0106331333 مهندس /احمد فرحات درس هندسه و علوم النظم و الحاسبات و له خيرة 18 عام في المجالات الهندسية المتعلقه بالنظم الهندسية كافة سواء كانت نظم لها علاقة بالعتاد (كهربيه - الكترونية - ميكانيكية) او نظم لها علاقة بالبرمجيات و قد حصل علي دبلومة مابعد التخرج في هندسه و علم الحاسب

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*