التحكم في المعدل

تأتي كلمة «صمام» في اسم المحرك من كلمة «صمام» ، والتي تعني مفتاح أشباه الموصلات. وبالتالي ، من حيث المبدأ ، يمكن تسمية محرك الأقراص بمحرك الصمام إذا تم التحكم في طريقة تشغيله بواسطة محول خاص من مفاتيح أشباه الموصلات التي يتم التحكم فيها.

محرك الصمام نفسه عبارة عن نظام كهروميكانيكي يتكون من آلة متزامنة مع مغناطيس دائم على الدوار ومبدل إلكتروني (يعمل على تشغيل لفات الجزء الثابت) مع نظام تحكم آلي قائم على المستشعر.

في تلك المجالات العديدة للتكنولوجيا حيث تم تركيب المحركات غير المتزامنة أو آلات التيار المستمر بشكل تقليدي ، يمكن اليوم العثور على محركات الصمامات على وجه التحديد لأن المواد المغناطيسية تصبح أرخص ويتطور أساس إلكترونيات أشباه الموصلات وأنظمة التحكم بسرعة كبيرة.

تتميز المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم بعدد من المزايا:

• لا يوجد جهاز لجمع الفرش ، وبالتالي فإن مورد المحرك أطول وموثوقيته أعلى من الآلات ذات الملامسات المنزلقة ، بالإضافة إلى أن نطاق ثورات التشغيل أعلى ؛

• مجموعة واسعة من الفولتية من اللفات ؛ يسمح بالحمل الزائد لعزم الدوران - أكثر من 5 مرات ؛

• ديناميات عالية للحظة

• من الممكن ضبط السرعة مع الحفاظ على عزم الدوران عند الثورات المنخفضة أو مع الحفاظ على الطاقة عند الثورات العالية ؛

• كفاءة أكثر من 90٪ ؛

• الحد الأدنى من الخسائر الخاملة ؛

• الميزات الصغيرة للوزن والحجم.

مغناطيس النيوديميوم والحديد والبورون قادر تمامًا على خلق تحريض في فجوة بترتيب 0.8 T ، أي على مستوى الآلات غير المتزامنة ، ولا توجد خسائر كهرومغناطيسية رئيسية في مثل هذا الدوار. هذا يعني أنه يمكن زيادة حمل الخط على الدوار دون زيادة الخسائر الإجمالية.

هذا هو سبب ارتفاع الكفاءة الكهروميكانيكية. محركات الصمامات مقارنة بالآلات الأخرى التي لا تحتوي على فرش مثل المحركات الحثية. للسبب نفسه ، تحتل محركات الصمام الآن مكانًا جيدًا في كتالوجات الشركات المصنعة الأجنبية والمحلية الرائدة.

يتم التحكم في مفاتيح العاكس على محرك مغناطيسي دائم بشكل تقليدي كدالة لموضع الدوار. وبالتالي ، فإن خصائص الأداء العالية التي تم تحقيقها تجعل تشغيل الصمام واعدًا للغاية في نطاق الطاقة الصغيرة والمتوسطة لأنظمة التشغيل الآلي ، والأدوات الآلية ، والروبوتات ، والمعالجات ، وأجهزة التنسيق ، وخطوط المعالجة والتجميع ، وأنظمة التوجيه والتتبع ، للطيران ، والطب ، والنقل ، إلخ. . .g.

على وجه الخصوص ، يتم إنتاج محركات صمام قرص الجر بقوة تزيد عن 100 كيلو وات للنقل الكهربائي في المناطق الحضرية. هنا ، يتم استخدام مغناطيس نيوديميوم - حديد - بورون مع إضافات صناعة السبائك التي تزيد من القوة القسرية وتزيد من درجة حرارة التشغيل للمغناطيس إلى 170 درجة مئوية ، بحيث يمكن للمحرك بسهولة تحمل الأحمال الزائدة الحالية بخمسة أضعاف وعزم الدوران على المدى القصير.

محركات التوجيه للغواصات والأرض والطائرات والمحركات ذات العجلات والغسالات — محركات الصمامات تجد تطبيقات مفيدة في العديد من الأماكن اليوم.

محركات الصمامات من نوعين: التيار المباشر (BLDC - DC بدون فرش) والتيار المتردد (PMAC - المغناطيس الدائم AC). في محركات التيار المستمر ، يكون المجال الكهرومغناطيسي شبه المنحرف للدوران في اللفات ناتجًا عن ترتيب مغناطيس الدوار ولفائف الجزء الثابت.في محركات التيار المتردد ، تكون القوة الدافعة الكهربائية للدوران جيبية. في هذه المقالة سوف نتحدث عن التحكم في نوع شائع جدًا من المحركات بدون فرش - BLDC (تيار مباشر).

يتميز محرك صمام التيار المستمر ومبدأ التحكم بمحركات BLDC بوجود مفتاح أشباه الموصلات يعمل بدلاً من كتلة تجميع الفرشاة التي تتميز بها آلات التيار المستمر مع لف الجزء الثابت والدوار المغناطيسي.

يتم تبديل مبدل محرك الصمام اعتمادًا على الموضع الحالي للعضو الدوار (اعتمادًا على موضع الدوار). في أغلب الأحيان ، يكون لف الجزء الثابت عبارة عن ثلاث مراحل ، وهو نفس المحرك الحثي المتصل بالنجوم ، ويمكن أن يكون تكوين الجزء المتحرك للمغناطيس الدائم مختلفًا.

تتشكل لحظة القيادة في BLDC نتيجة تفاعل التدفقات المغناطيسية للجزء الثابت والدوار: يميل التدفق المغناطيسي للجزء الثابت طوال الوقت إلى تدوير الجزء المتحرك في مثل هذا الوضع بحيث يكون التدفق المغناطيسي للمغناطيس الدائم المثبتة عليه يتزامن في اتجاه مع التدفق المغناطيسي للجزء الثابت.

بالطريقة نفسها ، يوجه المجال المغناطيسي للأرض إبرة البوصلة - فهي تفتحها "على طول الحقل". يسمح لك مستشعر موضع الدوار بالحفاظ على الزاوية بين التدفقات ثابتة عند مستوى 90 ± 30 درجة ، في هذا الموضع يكون عزم الدوران بحد أقصى.

إن مفتاح أشباه الموصلات المتعرج للتيار الثابت BLDC عبارة عن محول أشباه موصلات يتم التحكم فيه مع خوارزمية 120 درجة لتبديل الفولتية أو التيارات من ثلاث مراحل تشغيل.

يظهر في الشكل أعلاه مثال على مخطط وظيفي لقسم الطاقة للمحول مع إمكانية الكبح المتجدد. هنا ، يتم تضمين العاكس مع تعديل السعة النبضة للإخراج الترانزستورات IGBT، ويتم تعديل السعة بفضل تعديل عرض النبض على وصلة DC وسيطة.

لهذا الغرض ، يتم استخدام محولات تردد الثايرستور بجهد مستقل أو عاكس تيار مع تحكم في الطاقة ومحولات تردد الترانزستور مع عاكس جهد مستقل يتم التحكم فيه في وضع PWM أو مع تنظيم الترحيل لتيار الخرج.

نتيجة لذلك ، تشبه الخصائص الكهروميكانيكية للمحرك آلات التيار المستمر التقليدية ذات الإثارة المغناطيسية أو المستقلة ، وهذا هو السبب في أن أنظمة التحكم BLDC مبنية وفقًا للمبدأ الكلاسيكي للتحكم في تنسيق الرقيق لمحرك التيار المستمر مع الثورات الدوارة والحلقات الحالية من الجزء الثابت.

من أجل التشغيل الصحيح للمبدل ، يمكن استخدام مستشعر متقطع سعوي أو استقرائي مقترن بمحرك القطب كمستشعر أو نظام على أساس مستشعرات تأثير هول مع مغناطيس دائم.

ومع ذلك ، فإن وجود المستشعر غالبًا ما يعقد تصميم الماكينة ككل ، وفي بعض التطبيقات لا يمكن تثبيت مستشعر موضع الدوار على الإطلاق. لذلك ، في الممارسة العملية ، غالبًا ما يلجأون إلى استخدام أنظمة التحكم "غير المستشعرة". تعتمد خوارزمية التحكم بدون استشعار على تحليل البيانات مباشرة من أطراف العاكس والتردد الحالي للدوار أو مصدر الطاقة.

تعتمد الخوارزمية الأكثر شيوعًا بدون أجهزة استشعار على حساب EMF لإحدى مراحل المحرك ، المنفصلة عن مصدر الطاقة في الوقت الحالي. تم إصلاح انتقال EMF لمرحلة الخروج من خلال الصفر ، ويتم تحديد تحول بمقدار 90 درجة ، ويتم حساب اللحظة الزمنية التي يجب أن يسقط فيها منتصف النبضة الحالية التالية. تكمن ميزة هذه الطريقة في بساطتها ، ولكن هناك أيضًا عيوب: عند السرعات المنخفضة ، من الصعب تحديد لحظة العبور الصفري ؛ سيكون التباطؤ دقيقًا فقط عند سرعة دوران ثابتة.

وفي الوقت نفسه ، من أجل التحكم الأكثر دقة ، يتم استخدام طرق معقدة لتقدير موضع الدوار: وفقًا لاتصال تدفق المراحل ، وفقًا للتوافق الثالث من EMF لللفات ، وفقًا للتغيرات في محاثة لفات المرحلة.

ضع في اعتبارك مثالاً لمراقبة اتصالات التدفق. تموج عزم الدوران BLDC عندما يكون المحرك مزودًا بنبضات جهد مستطيلة من المعروف أنها تصل إلى 25٪ ، مما يؤدي إلى دوران غير متساوٍ ، مما يخلق حدًا للتحكم في السرعة أدناه. لذلك ، تتشكل التيارات القريبة من الشكل المربع في مراحل الجزء الثابت عن طريق حلقات تحكم مغلقة.