يُذكركم مُورِّدو معدات الكبح المُوَفِّرة للطاقة المؤازرة بأن مُشغِّلات المؤازرة تُستخدم لتشغيل محركات المؤازرة، سواءً كانت محركات متدرجة أو محركات تيار متردد غير متزامنة. تُستخدم هذه المُشغِّلات بشكل رئيسي لتحقيق تحديد المواقع بسرعة ودقة، وتُستخدَم عادةً في الحالات التي تتطلب دقة عالية لعمليات التشغيل والإيقاف.
مُحوِّل التردد مُصمَّم لتحويل طاقة التيار المتردد إلى تيار مُناسب لتنظيم سرعة المحرك، وذلك لتشغيله. في الوقت الحالي، يُمكن لبعض مُحوِّلات التردد أيضًا تحقيق التحكم في السيرفو، أي تشغيل محركات السيرفو، ولكن لا يزال هناك فرق بين مُحركات السيرفو ومُحوِّلات التردد! ما الفرق بين السيرفو ومُحوِّل التردد؟ يُرجى الاطلاع على الشرح المُقدَّم من قِبَل المُحرِّر.
تعريفان
محول التردد هو جهاز للتحكم في الطاقة الكهربائية، يستخدم وظيفة التشغيل والإيقاف في أجهزة أشباه الموصلات الكهربائية لتحويل مصدر الطاقة ذي التردد العالي إلى تردد آخر. ويمكنه تحقيق وظائف مثل التشغيل السلس، وتنظيم سرعة التردد المتغير، وتحسين دقة التشغيل، وتغيير معامل القدرة لمحركات التيار المتردد غير المتزامنة.
يمكن لمحول التردد تشغيل محركات التردد المتغير ومحركات التيار المتردد العادية، ويعمل بشكل أساسي كمنظم لسرعة المحرك.
يتكون محول التردد عادة من أربعة أجزاء: وحدة المقوم، والمكثف عالي السعة، والعاكس، ووحدة التحكم.
نظام المؤازرة هو نظام تحكم آلي يُمكّن متغيرات الإخراج المُتحكم بها، مثل موضع الجسم واتجاهه وحالته، من مُتابعة أي تغيرات في هدف الإدخال (أو القيمة المُحددة). وتتمثل مهمته الرئيسية في تضخيم الطاقة وتحويلها وتنظيمها وفقًا لمتطلبات أمر التحكم، مما يجعل التحكم في عزم الدوران والسرعة وموضع خرج جهاز التشغيل مرنًا وسهل الاستخدام للغاية.
نظام المؤازرة (السيرفو) هو نظام تحكم بالتغذية الراجعة يُستخدم لمتابعة عملية أو إعادة إنتاجها بدقة. يُعرف أيضًا باسم نظام المتابعة. في كثير من الحالات، يشير نظام المؤازرة تحديدًا إلى نظام تحكم بالتغذية الراجعة حيث يكون المتغير المُتحكم به (مخرج النظام) هو الإزاحة الميكانيكية، أو سرعة الإزاحة، أو التسارع. تتمثل وظيفته في ضمان أن تتبع الإزاحة الميكانيكية الناتجة (أو زاوية الدوران) بدقة إزاحة المدخلات (أو زاوية الدوران). لا يختلف التركيب الهيكلي لأنظمة المؤازرة اختلافًا جوهريًا عن أنظمة التحكم بالتغذية الراجعة الأخرى.
يمكن تقسيم أنظمة المؤازرة (السيرفو) إلى أنظمة مؤازرة كهروميكانيكية، وأنظمة مؤازرة هيدروليكية، وأنظمة مؤازرة هوائية، وذلك وفقًا لنوع مكونات التشغيل المستخدمة. يتضمن نظام المؤازرة الأساسي محركات مؤازرة (محركات، أسطوانات هيدروليكية)، ومكونات تغذية راجعة، ومحركات مؤازرة. لضمان سلاسة تشغيل نظام المؤازرة، يلزم أيضًا آلية متطورة، مثل وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC)، وبطاقات تحكم حركة متخصصة، وأجهزة كمبيوتر تحكم صناعية، وبطاقات PCI، لإرسال التعليمات إلى محركات المؤازرة.
مبدأ عمل كل منهما
يعتمد مبدأ تنظيم سرعة محوّل التردد بشكل أساسي على أربعة عوامل: سرعة المحرك غير المتزامن n، وتردده f، ومعدل انزلاقه s، وعدد أقطابه p. تتناسب سرعة المحرك n طرديًا مع تردده f، ويمكن أن يؤدي تغيير تردده f إلى تغيير سرعته. عندما يتراوح تردده f بين 0 و50 هرتز، يكون نطاق تعديل سرعة المحرك واسعًا جدًا. يتم تنظيم سرعة التردد المتغير عن طريق تغيير تردد مصدر طاقة المحرك لضبط السرعة. الطريقة الرئيسية المستخدمة هي AC-DC-AC، والتي تحوّل أولًا مصدر طاقة التيار المتردد ذي التردد العالي إلى مصدر طاقة مستمر عبر مقوم، ثم تحوّل مصدر طاقة التيار المستمر إلى مصدر طاقة متردد بتردد وجهد يمكن التحكم فيهما لتزويد المحرك. تتكون دائرة محوّل التردد بشكل عام من أربعة أجزاء: مقوم، وصلة تيار مستمر وسيطة، عاكس، ووحدة تحكم. يتكون قسم التصحيح من مقوم جسري ثلاثي الطور غير متحكم، وقسم العاكس من عاكس جسري ثلاثي الطور IGBT، ومخرجه موجة PWM. يتضمن وصلة التيار المستمر الوسيطة الترشيح، وتخزين طاقة التيار المستمر، وتخزين الطاقة التفاعلية.
يعتمد مبدأ عمل نظام المؤازرة (السيرفو) ببساطة على التحكم في محرك تيار متردد/مستمر (AC/DC) بحلقة مفتوحة، حيث تُعاد إشارات السرعة والموضع إلى المُشغِّل عبر مُشفِّرات دوارة ومحولات دوارة، وغيرها، للتحكم في مُعرِّف التفاضل والتكامل التفاضلي (PID) ذي التغذية الراجعة السلبية بحلقة مغلقة. بالإضافة إلى ذلك، بفضل حلقة التيار المغلقة داخل المُشغِّل، تُحسَّن دقة وسرعة استجابة خرج المحرك بشكل كبير بعد القيمة المُحدَّدة من خلال هذه التعديلات الثلاثة للحلقة المغلقة. نظام المؤازرة هو نظام مُتابِع ديناميكي، وتوازن الحالة المستقرة المُحقَّق هو أيضًا توازن ديناميكي.
الفرق بين الاثنين
تعتمد تقنية سيرفو التيار المتردد على تقنية تحويل التردد وتُطبّقها. بناءً على تحكم السيرفو في محركات التيار المستمر، تُحاكي هذه التقنية طريقة التحكم في محركات التيار المستمر من خلال طريقة تحويل التردد PWM. بمعنى آخر، يجب أن تتضمن محركات سيرفو التيار المتردد عملية تحويل التردد: تحويل التردد هو أولًا تحويل طاقة التيار المتردد من 50 أو 60 هرتز إلى طاقة تيار مستمر، ثم تحويلها إلى شكل موجة قابل للتعديل التردد، يُشبه كهرباء النبضات الجيبية وجيب التمام، وذلك من خلال ترانزستورات بوابة قابلة للتحكم (IGBT، IGCT، إلخ) من خلال تعديل تردد الناقل وتعديل PWM. بفضل التردد القابل للتعديل، يُمكن تعديل سرعة محركات التيار المتردد (n=60f/p، n سرعة، f تردد، p أزواج أقطاب).
1. قدرات التحميل الزائد المختلفة
تتمتع محركات السيرفو عمومًا بسعة تحميل زائدة تبلغ 3 أضعاف، والتي يمكن استخدامها للتغلب على عزم القصور الذاتي للأحمال بالقصور الذاتي في لحظة بدء التشغيل، بينما تسمح محولات التردد عمومًا بحمل زائد يبلغ 1.5 ضعف.
2. دقة التحكم
دقة التحكم في أنظمة السيرفو أعلى بكثير من دقة مُحوّلات التردد، وعادةً ما يتم ضمان دقة التحكم في محركات السيرفو بواسطة مُشفّر دوار في الطرف الخلفي لعمود المحرك. حتى أن بعض أنظمة السيرفو تتمتع بدقة تحكم تبلغ 1:1000.
3. سيناريوهات التطبيق المختلفة
التحكم بالتردد المتغير والتحكم بالمحركات المؤازرة هما فئتان من التحكم. ينتمي الأول إلى مجال التحكم بالإرسال، بينما ينتمي الثاني إلى مجال التحكم بالحركة. يهدف الأول إلى تلبية متطلبات التطبيقات الصناعية العامة ذات مؤشرات الأداء المنخفضة، والسعي إلى انخفاض التكلفة. أما الثاني، فيهدف إلى تحقيق دقة عالية وأداء عالٍ واستجابة عالية.
4. أداء مختلف للتسارع والتباطؤ
في ظروف عدم التحميل، يستطيع محرك السيرفو الانتقال من حالة الثبات إلى سرعة 2000 دورة/دقيقة في غضون 20 مللي ثانية فقط. يرتبط زمن تسارع المحرك بقصور عمود المحرك والحمل. عادةً، كلما زاد القصور الذاتي، زاد زمن التسارع.
المنافسة في السوق بين المؤازرة ومحول التردد
بسبب الاختلافات في الأداء والوظائف بين محولات التردد والمحركات المؤازرة، فإن تطبيقاتها ليست متشابهة كثيرًا، وتركز المنافسة الرئيسية على:
1. المنافسة في المحتوى التكنولوجي
في المجال نفسه، إذا كانت لدى المشتري متطلبات تقنية عالية ومعقدة للآلات، فسيختار أنظمة السيرفو. وإلا، فسيختار منتجات محولات التردد. أما الآلات عالية التقنية، مثل أدوات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) والمعدات الإلكترونية المتخصصة، فتختار منتجات السيرفو.
2. المنافسة السعرية
يهتم معظم المشترين بالتكاليف، وغالبًا ما يتجاهلون التكنولوجيا لصالح محولات الطاقة منخفضة السعر. وكما هو معروف، فإن سعر أنظمة السيرفو أعلى بكثير من سعر منتجات محولات التردد.
على الرغم من أن استخدام أنظمة المؤازرة (السيرفو) لم ينتشر بعد، وخاصةً المحلية منها، إلا أنها نادرًا ما تُستخدم مقارنةً بمنتجات المؤازرة الأجنبية. مع تسارع وتيرة التصنيع، سيدرك الناس تدريجيًا مزايا أنظمة المؤازرة، وسيُدركها المشترون أيضًا. وبالمثل، لن تتوقف تكنولوجيا المؤازرة المحلية عن التطور، سواءً كان ذلك بناءً على عوائد أرباح مجزية أو شعورٍ بالمسؤولية التاريخية لإحياء البلاد. نعتقد أن المزيد من المصنّعين سيستثمرون في البحث والتطوير لأنظمة المؤازرة. حينها، ستدخل صناعة المؤازرة الصينية مرحلة ذروة.