محركات التيار المستمر بدون فرش
بفضل التقدم الكبير في إلكترونيات أشباه الموصلات والتكنولوجيا لإنشاء مغناطيس نيوديميوم قوي ، تُستخدم محركات التيار المستمر بدون فرش على نطاق واسع اليوم. يتم استخدامها في الغسالات والمكانس الكهربائية والمراوح والطائرات بدون طيار وما إلى ذلك.
وعلى الرغم من أن فكرة مبدأ تشغيل محرك بدون فرش قد تم التعبير عنها في وقت مبكر من بداية القرن التاسع عشر ، إلا أنها انتظرت في الأجنحة حتى بداية عصر أشباه الموصلات ، عندما أصبحت التقنيات جاهزة للتنفيذ العملي هذا المفهوم المثير للاهتمام والفعال ، والذي سمح لمحركات التيار المباشر بدون فرش بالسير على نطاق واسع كما هو الحال اليوم. ...
في النسخة الإنجليزية ، يطلق عليهم محركات من هذا النوع محرك BLDC - محركات DC بدون فرشات - محرك DC بدون فرشات. يحتوي الدوار المحرك مغناطيس دائم، وتقع ملفات العمل على الجزء الثابت ، أي أن محرك BLDC هو عكس تمامًا ما هو موجود في المحرك المصقول الكلاسيكي. يتم التحكم في محرك BLDC بواسطة وحدة تحكم إلكترونية تسمى ESC - وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة - مثبت السرعة الإلكتروني.
منظم الكتروني وكفائة عالية
يسمح المنظم الإلكتروني بتنويع الطاقة الكهربائية التي يتم توفيرها للمحرك عديم الفرشاة بسلاسة. على عكس الإصدارات الأبسط من ضوابط السرعة المقاومة ، والتي تحد ببساطة من الطاقة عن طريق توصيل حمل مقاوم في سلسلة مع المحرك ، والذي يحول الطاقة الزائدة إلى حرارة ، يوفر التحكم الإلكتروني في السرعة كفاءة أعلى بشكل ملحوظ دون إهدار الطاقة الكهربائية المقدمة.الطاقة للتدفئة غير الضرورية. ..
يمكن تصنيف محرك DC بدون فرشات على أنه محرك متزامن ذاتي المزامنة، حيث يتم إيقاف تشغيل عقدة شرارة تتطلب صيانة دورية تمامًا - جامع... يتم الاستيلاء على وظيفة المجمع بواسطة الإلكترونيات ، مما يجعل التصميم الكامل للمنتج مبسطًا إلى حد كبير ويصبح أكثر إحكاما.
يتم استبدال الفرش في الواقع بمفاتيح إلكترونية ، تكون الخسائر فيها أقل بكثير مما ستكون عليه في التبديل الميكانيكي. تسمح مغناطيسات النيوديميوم القوية الموجودة على الدوار بعزم دوران أكبر على العمود. ومثل هذا المحرك مع ارتفاع درجات الحرارة أقل من سابقه المجمع.
نتيجة لذلك ، تكون كفاءة المحرك هي الأفضل ، وتكون الطاقة لكل كيلوغرام من الوزن أعلى ، بالإضافة إلى نطاق واسع إلى حد ما من تنظيم سرعة الدوار وغياب شبه كامل للتداخل اللاسلكي المتولد. من الناحية الهيكلية ، يمكن تكييف المحركات من هذا النوع بسهولة للعمل في الماء وفي البيئات العدوانية.
تعد وحدة التحكم الإلكترونية جزءًا مهمًا جدًا ومكلفًا من محرك DC بدون فرش ، ولكن لا يمكن الاستغناء عنها.من هذا الجهاز ، يتلقى المحرك الطاقة ، والتي تؤثر معلماتها في نفس الوقت على كل من السرعة والقوة التي سيكون المحرك قادرًا على تطويرها تحت الحمل.
حتى إذا كانت سرعة الدوران لا تحتاج إلى تعديل ، فلا تزال هناك حاجة إلى وحدة تحكم إلكترونية ، لأنها لا تحمل وظيفة التحكم فحسب ، بل تحتوي أيضًا على مكون مصدر طاقة. يمكننا القول أن ESC هو نظير تحكم التردد لمحركات التيار المتردد غير المتزامنمصمم خصيصًا لتشغيل محرك DC بدون فرش والتحكم فيه.
التحكم في محرك BLDC
لفهم كيفية التحكم في محرك BLDC ، دعنا نتذكر أولاً كيف يعمل محرك العاكس. في الصميم مبدأ دوران الإطار مع تيار في مجال مغناطيسي.
في كل مرة يدور فيها الإطار مع التيار ويجد موضع توازن ، يغير العاكس (الفرش التي تضغط على المجمع) اتجاه التيار عبر الإطار ويستمر الإطار. تتكرر هذه العملية عندما يتحرك الإطار من عمود إلى آخر. يوجد فقط في محرك المجمع العديد من هذه الإطارات وهناك عدة أزواج من الأقطاب المغناطيسية ، وهذا هو السبب في أن جامع الفرشاة لا يحتوي على جهتي اتصال ، بل العديد منها.
ECM تفعل الشيء نفسه. إنه يعكس قطبية المجال المغناطيسي بمجرد أن يبتعد الدوار عن موضع التوازن. لا يتم إمداد الجزء المتحرك بجهد التحكم فقط ، بل إلى لفات الجزء الثابت ، ويتم ذلك بمساعدة مفاتيح أشباه الموصلات في الوقت المناسب (مراحل الجزء الدوار).
من الواضح أنه يجب توفير التيار إلى لفات الجزء الثابت لمحرك بدون فرش في الوقت الصحيح ، أي عندما يكون الدوار في وضع معروف معين. للقيام بذلك ، استخدم إحدى الطرق التالية.الأول يعتمد على مستشعر موضع الدوار ، والثاني عن طريق قياس EMF لأحد الملفات التي لا تستقبل الطاقة حاليًا.
أجهزة الاستشعار مختلفة ، مغناطيسية وبصرية ، والأكثر شيوعًا هي أجهزة الاستشعار المغناطيسية تأثير القاعة... الطريقة الثانية (على أساس قياس المجالات الكهرومغناطيسية) ، على الرغم من فعاليتها ، لا تسمح بالتحكم الدقيق في السرعات المنخفضة وعند بدء التشغيل. من ناحية أخرى ، توفر مستشعرات القاعة تحكمًا أكثر دقة في جميع الأوضاع. هناك ثلاثة أجهزة استشعار في محركات BLDC ثلاثية الطور.
المحركات التي لا تحتوي على مستشعرات موضع الدوار قابلة للتطبيق في الحالات التي يبدأ فيها المحرك بدون حمل عمود الدوران (مروحة ، مروحة ، إلخ). إذا تم البدء تحت الحمل ، يلزم وجود محرك به مستشعرات موضع الدوار. كلا الخيارين لهما إيجابيات وسلبيات.
يتحول الحل الذي يحتوي على جهاز استشعار إلى تحكم أكثر ملاءمة ، ولكن إذا فشل أحد المستشعرات على الأقل ، فسيتعين تفكيك المحرك ، بالإضافة إلى أن المستشعرات تتطلب أسلاكًا منفصلة. في الإصدار غير المستشعر ، لا يلزم وجود أسلاك خاصة ، ولكن أثناء بدء التشغيل ، سيتأرجح الدوار ذهابًا وإيابًا. إذا كان هذا غير مقبول ، فمن الضروري تثبيت أجهزة استشعار في النظام.
الدوار والجزء الثابت ، عدد المراحل
يمكن أن يكون الجزء المتحرك لمحرك BLDC خارجيًا أو داخليًا ويكون الجزء الثابت داخليًا أو خارجيًا على التوالي. يتكون الجزء الثابت من مادة موصلة مغناطيسيًا ، مع عدد الأسنان مقسومًا تمامًا على عدد الأطوار. قد يكون الجزء المتحرك مصنوعًا ، ليس بالضرورة من مادة موصلة مغناطيسيًا ، ولكن بالضرورة بمغناطيس متصل به بقوة.
كلما زادت قوة المغناطيس ، زاد عزم الدوران المتاح. يجب ألا يكون عدد أسنان الجزء الثابت مساويًا لعدد مغناطيس الدوار.الحد الأدنى لعدد الأسنان يساوي عدد مراحل التحكم.
معظم محركات التيار المستمر التي لا تحتوي على فرش هي ثلاث مراحل ، وذلك ببساطة من أجل بساطة التصميم والتحكم. كما هو الحال في المحركات الحثية المتناوبة ، فإن لفات الأطوار الثلاث متصلة هنا بالجزء الثابت بواسطة "دلتا" أو "نجمة".
تحتوي هذه المحركات التي لا تحتوي على مستشعرات موضع الدوار على 3 أسلاك طاقة ، وتحتوي المحركات المزودة بأجهزة استشعار على 8 أسلاك: سلكان إضافيان لتشغيل أجهزة الاستشعار وثلاثة لمخرجات إشارة أجهزة الاستشعار.
يتم تصنيع المحركات الدوارة الخارجية منخفضة السرعة بعدد كبير من الأعمدة (وبالتالي الأسنان) لكل مرحلة للحصول على دوران بتردد زاوي أقل بكثير من تردد تيار التحكم. ولكن حتى مع المحركات ثلاثية الطور عالية السرعة ، فإن عدد الأسنان الأقل من 9 لا يستخدم عادة.