ما هي أنواع المحركات؟

هناك أنواع عديدة من المحركات. يمكن تصنيفها وفقًا لنوع مصدر الطاقة، وهيكلها ومبدأ عملها، والغرض منها، وسرعة تشغيلها. على سبيل المثال، هناك نوعان من المحركات وفقًا للغرض منها: محركات الدفع ومحركات التحكم. تتميز الأنواع المختلفة أيضًا بخصائص مختلفة وتعمل في أماكن مختلفة. على سبيل المثال، تتميز محركات التيار المستمر بدون فرش بخصائص ميكانيكية وخصائص ضبط خطية جيدة، ونطاق واسع لتنظيم السرعة، وعمر افتراضي طويل، وسهولة في الصيانة، وانخفاض مستوى الضوضاء، ولا تعاني من سلسلة من المشاكل التي تسببها الفرش. بعد ذلك، ستقدم هذه المقالة بإيجاز أنواع المحركات وخصائصها المختلفة. لنلقِ نظرة!

أ. ما هي أنواع المحركات؟

1. وفقًا لنوع مصدر الطاقة العامل، يمكن تقسيمها إلى محركات دي سي ومحركات تيار متردد.

2. وفقًا للهيكل ومبدأ العمل، يمكن تقسيمها إلى محركات تيار مستمر بدون فرشاة ومحركات تيار مستمر بفرشاة ومحركات تيار مستمر ذات مغناطيس دائم ومحركات تيار مستمر كهرومغناطيسية.

(1) تنقسم محركات التيار المستمر ذات المغناطيس الدائم إلى محركات تيار مستمر ذات مغناطيس دائم من الأتربة النادرة والفيرايت والألومنيوم والنيكل والكوبالت وفقًا لموادها.

(2) تنقسم محركات التيار المستمر الكهرومغناطيسية إلى محركات تيار مستمر مثار على التوالي، ومثار على التوازي، ومثار بشكل منفصل ومثار بشكل مركب وفقًا لطرق إثارتها.

(3) يمكن تقسيم محركات التيار المتردد إلى: محركات أحادية الطور ومحركات ثلاثية الطور

3. وفقا للغرض

هناك محركات دفع ومحركات تحكم.

4. وفقا لسرعة الجري

هناك محركات عالية السرعة، ومحركات منخفضة السرعة، ومحركات ذات سرعة ثابتة، ومحركات تنظم السرعة.

وتنقسم المحركات منخفضة السرعة إلى محركات تخفيض التروس، ومحركات التخفيض الكهرومغناطيسية، ومحركات عزم الدوران، ومحركات متزامنة ذات قطب مخلبي.

٢. خصائص أنواع المحركات المختلفة

1. محركات التيار المستمر عديمة الفرشاة

طُوّرت محركات التيار المستمر عديمة الفرش على أساس محركات التيار المستمر ذات الفرش، إلا أن تيار تشغيلها هو تيار متردد. يمكن تقسيم محركات التيار المستمر عديمة الفرش إلى محركات سرعة عديمة الفرش ومحركات عزم دوران عديمة الفرش. بشكل عام، يوجد نوعان من تيارات تشغيل المحركات عديمة الفرش: موجة شبه منحرفة (عادةً ما تكون موجة مربعة دي دي اتش)، وتيارات تشغيل الموجة الجيبية. يُطلق على النوع الأول أحيانًا اسم محرك تيار مستمر عديم الفرش، بينما يُطلق على النوع الثاني اسم محرك سيرفو تيار متردد، وهو نوع من محركات سيرفو التيار المتردد.

لتقليل عزم القصور الذاتي، عادةً ما تعتمد محركات التيار المستمر عديمة الفرش هيكلًا "slender". وزن وحجم محركات التيار المستمر عديمة الفرش أصغر بكثير من وزن وحجم محركات التيار المستمر ذات الفرش، ويمكن تقليل عزم القصور الذاتي المقابل بنسبة 40%-50% تقريبًا. نظرًا لمشاكل معالجة المواد المغناطيسية الدائمة، فإن السعة الإجمالية لمحركات التيار المستمر عديمة الفرش أقل من 100 كيلوواط.

يتميز هذا المحرك بخطية جيدة للخصائص الميكانيكية وخصائص التعديل، ونطاق تنظيم السرعة الواسع، والعمر الطويل، والصيانة المريحة والضوضاء المنخفضة، ولا يعاني من سلسلة من المشاكل الناجمة عن الفرش، لذلك يتمتع هذا المحرك بإمكانيات تطبيق كبيرة في أنظمة التحكم.

2. محرك متدرج

المحرك الخطوي هو مُشغِّل يُحوِّل النبضات الكهربائية إلى إزاحة زاوية. ببساطة، عندما يستقبل مُشغِّل المحرك الخطوي إشارة نبضية، يُحرِّكه ليدور بزاوية ثابتة في الاتجاه المُحدَّد. يُمكن التحكم في الإزاحة الزاوية للمحرك من خلال التحكم في عدد النبضات، وذلك لتحقيق دقة تحديد الموقع. وفي الوقت نفسه، يُمكن التحكم في سرعة المحرك وتسارعه من خلال التحكم في تردد النبضات، وذلك لتحقيق غرض تنظيم السرعة. حاليًا، تشمل المحركات الخطوية الأكثر شيوعًا المحركات الخطوية التفاعلية (الواقع الافتراضي)، والمحركات الخطوية ذات المغناطيس الدائم (مساءً)، والمحركات الخطوية الهجينة (هـ ب)، والمحركات الخطوية أحادية الطور.

يكمن الفرق الرئيسي بين محركات السائر والمحركات التقليدية في شكل محرك النبضات. وهذه الميزة تحديدًا هي التي تسمح بدمج محركات السائر مع تقنيات التحكم الرقمي الحديثة. ومع ذلك، لا تضاهي محركات السائر محركات سيرفو التيار المستمر التقليدية ذات الحلقة المغلقة من حيث دقة التحكم ونطاق السرعة والأداء عند السرعات المنخفضة. لذلك، تُستخدم بشكل أساسي في الحالات التي لا تكون فيها متطلبات الدقة عالية بشكل خاص. ونظرًا لخصائص هيكلها البسيط وموثوقيتها العالية وتكلفتها المنخفضة، تُستخدم محركات السائر على نطاق واسع في مختلف مجالات الإنتاج. وخاصةً في مجال تصنيع أدوات الآلات ذات التحكم الرقمي (التحكم الرقمي بالكمبيوتر)، نظرًا لأن محركات السائر لا تتطلب تحويلًا تناظريًا/رقميًا ويمكنها تحويل إشارات النبضات الرقمية مباشرةً إلى إزاحة زاوية، فقد اعتُبرت دائمًا المحرك الأمثل لأدوات الآلات ذات التحكم الرقمي.

بالإضافة إلى تطبيقها في أدوات الآلات ذات التحكم الرقمي بالكمبيوتر، يمكن أيضًا استخدام المحركات المتدرجة في آلات أخرى، مثل المحركات في المغذيات التلقائية، كمحركات لمحركات الأقراص المرنة العامة، ويمكن أيضًا استخدامها في الطابعات والرسامات.

بالإضافة إلى ذلك، تعاني محركات السائر من عيوب عديدة. فنظرًا لتردد بدء التشغيل بدون حمل، تعمل محركات السائر بشكل طبيعي عند السرعات المنخفضة، ولكن إذا تجاوزت سرعة معينة، يتعذر تشغيلها ويصاحبها صوت صفير حاد. قد تختلف دقة محركات التقسيم الفرعية من مصنع لآخر اختلافًا كبيرًا. فكلما زاد عدد التقسيمات الفرعية، زادت صعوبة التحكم في دقتها. بالإضافة إلى ذلك، يُصدر محرك السائر اهتزازًا وضوضاء أكبر عند الدوران بسرعة منخفضة.

3. محرك سيرفو

تُستخدم محركات السيرفو على نطاق واسع في أنظمة التحكم المختلفة. فهي تُحوّل إشارة جهد الدخل إلى خرج ميكانيكي على عمود المحرك، وتسحب عنصر التحكم، وبالتالي تُحقق غرض التحكم.

تنقسم محركات السيرفو إلى تيار مستمر وتيار متردد. كانت محركات السيرفو الأولى محركات تيار مستمر عامة. عندما كانت دقة التحكم منخفضة، استُخدمت محركات التيار المستمر العامة كمحركات سيرفو. هيكليًا، محركات السيرفو الحالية ذات التيار المستمر هي محركات تيار مستمر صغيرة القدرة. تعتمد إثارتها في الغالب على التحكم في المحرك والمجال المغناطيسي، ولكن عادةً ما يعتمد التحكم في المحرك على المحرك.

تصنيف المحركات الدوارة. تلبي محركات سيرفو التيار المستمر متطلبات نظام التحكم من حيث الخصائص الميكانيكية، ولكن بسبب وجود المُبدِّل، هناك العديد من العيوب: إذ يسهل توليد الشرر بين المُبدِّل والفرشاة، مما يعيق تشغيل المحرك، ولا يُمكن استخدامه في الأماكن التي تحتوي على غازات قابلة للاشتعال. كما يوجد احتكاك بين الفرشاة والمُبدِّل، مما يُؤدي إلى منطقة ميتة كبيرة. هيكلها مُعقَّد وصيانتها صعبة.

محرك سيرفو التيار المتردد هو في الأساس محرك غير متزامن ثنائي الطور، وهناك ثلاث طرق تحكم رئيسية: التحكم في السعة والتحكم في الطور والتحكم في السعة والطور.

عمومًا، تتطلب محركات السيرفو التحكم في سرعتها عن طريق إشارة الجهد المطبق. تتغير السرعة باستمرار مع تغير إشارة الجهد المطبق. يجب أن يتميز المحرك بسرعة الاستجابة، وحجمه الصغير، وقدرة تحكمه المنخفضة. تُستخدم محركات السيرفو بشكل رئيسي في أنظمة التحكم في الحركة المختلفة، وخاصةً أنظمة المتابعة.

4. محرك عزم الدوران

محرك عزم الدوران هو محرك تيار مستمر مسطح متعدد الأقطاب ذي مغناطيس دائم. يحتوي هيكله على عدد كبير من الفتحات ومقاطع التبديل والموصلات المتسلسلة لتقليل نبضات عزم الدوران ونبضات السرعة. يوجد نوعان من محركات عزم الدوران: محركات عزم تيار مستمر ومحركات عزم تيار متردد.

من بينها، تتميز محركات عزم الدوران ذات التيار المستمر بانخفاض مفاعلة المحاثة الذاتية، ما يجعلها سريعة الاستجابة. يتناسب عزم خرجها طرديًا مع تيار الدخل، ولا علاقة له بسرعة الدوار أو موضعه. يمكن توصيلها مباشرةً بالحمل وتشغيلها بسرعة منخفضة دون الحاجة إلى تخفيض التروس في حالة شبه توقف، مما يُولّد نسبة عزم إلى قصور ذاتي عالية على عمود الحمل، ويزيل أخطاء النظام الناتجة عن استخدام تروس التخفيض.

يمكن تقسيم محركات عزم الدوران المتردد إلى أنواع متزامنة وغير متزامنة. حاليًا، تُستخدم محركات عزم الدوران غير المتزامنة ذات القفص السنجابي بشكل شائع، وتتميز بخصائص السرعة المنخفضة والعزم العالي. تُستخدم محركات عزم الدوران المتردد بشكل عام في صناعة النسيج. يتشابه مبدأ عملها وبنيتها مع المحركات غير المتزامنة أحادية الطور، ولكن نظرًا لارتفاع مقاومة دوار القفص السنجابي، فإن خصائصها الميكانيكية أقل تعقيدًا.