المشاهدات: 0 المؤلف: محرر الموقع النشر الوقت: 2025-01-23 الأصل: موقع
أ محركات DC بدون فرش (محرك BLDC: محرك التيار المباشر بدون فرش) هو محرك ثلاثي الطور مدفوع بتدويره قوى الجاذبية والأناقة بين المغناطيسات الدائمة والكهرومغناطيسية. إنه محرك متزامن يستخدم قوة التيار المباشر (DC). غالبًا ما يطلق على هذا النوع من المحرك محرك DC بدون فرش لأنه يستخدم في العديد من التطبيقات الفرش بدلاً من محرك DC (محرك DC المصقول أو محرك ركاب). يعد محرك DC بدون فرش في الأساس محركًا متزامنًا دائم المغناطيس يستخدم إدخال طاقة التيار المستمر ويستخدم العاكس لتحويله إلى مزود طاقة AC ثلاثي الطور مع ملاحظات الموضع.
أ يعمل محرك DC بدون فرش (BLDC) باستخدام تأثير القاعة ويتكون من عدة مكونات رئيسية: دوار ، وجميل ، ومغناطيس دائم ، ووحدة تحكم محرك محرك. يتميز الدوار بنوى فولاذية متعددة ولفائف متصلة بعمود الدوار. مع الدوران الدوار ، تستخدم وحدة التحكم مستشعرًا تيارًا لتحديد موضعه ، مما يسمح له بضبط اتجاه وقوة التيار المتدفق من خلال لفات الجزء الثابت. هذه العملية تولد بشكل فعال عزم الدوران.
بالاقتران مع وحدة تحكم محرك إلكترونية تدير عملية التشغيل بدون فرش وتحول طاقة التيار المستمر الموردة إلى طاقة التيار المتردد ، يمكن لمحركات BLDC تقديم أداء مشابه لمحركات DC المصممة ، ولكن بدون قيود الفرش ، التي تلبس مع مرور الوقت. ولهذا السبب ، يُشار إلى محركات BLDC غالبًا على أنها محركات (EC) المبدئية إلكترونيًا ، مما يميزها بالمحركات التقليدية التي تعتمد على التخفيف الميكانيكي مع الفرش.
يمكن تصنيف المحركات بناءً على مصدر الطاقة (إما AC أو DC) والآلية التي يستخدمونها لتوليد الدوران. أدناه ، نقدم نظرة عامة موجزة على خصائص وتطبيقات كل نوع.
نوع المحرك المشترك | |
---|---|
محرك العاصمة | محرك DC المصمم |
محرك DC بدون فرش | |
محرك السائر | |
محرك AC | محرك التعريفي |
محرك متزامن |
لطالما كانت محركات التيار المستمر المصنوعة من DC عنصرًا أساسيًا في عالم الهندسة الكهربائية. تشتهر هذه المحركات على نطاق واسع ببسطتها وموثوقيتها وفعاليتها من حيث التكلفة في العديد من التطبيقات التي تتراوح من الأجهزة المنزلية إلى الآلات الصناعية. في هذه المقالة ، سنقدم نظرة عامة مفصلة على محركات DC المصممة بالفرشاة ، واستكشاف تشغيلها ، ومكوناتها ، ومزايا ، وعيوب ، والاستخدامات الشائعة ، بالإضافة إلى مقارنة نظرائهم بدون فرش.
محرك DC المصقول هو نوع من المحرك الكهربائي الحالي (DC) يعتمد على الفرش الميكانيكية لتوصيل التيار إلى لفائف المحرك. يتضمن المبدأ الأساسي وراء تشغيل المحرك التفاعل بين المجال المغناطيسي والتيار الكهربائي ، مما يولد قوة دورانية تُعرف باسم عزم الدوران.
في محرك DC المصقول ، يتدفق التيار الكهربائي عبر مجموعة من اللفات (أو حديد التسليح) الموجودة على الدوار. نظرًا لأن التيار يتدفق عبر اللفات ، فإنه يتفاعل مع المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس الدائم أو لفائف الحقل . هذا التفاعل يخلق قوة تتسبب في تدوير التسليح.
المتسابق هو مكون رئيسي في محرك DC المصقول. إنه مفتاح دوار يعكس اتجاه التدفق الحالي من خلال لفات التسليح مع تحول المحرك. هذا يضمن استمرار تسليح التسليح في نفس الاتجاه ، مما يوفر حركة متسقة.
التسليح (الدوار) : الجزء الدوار من المحرك الذي يحتوي على اللفات ويتفاعل مع المجال المغناطيسي.
متنقل : مفتاح ميكانيكي يضمن عكس التدفق الحالي في اللفات مع تدوير المحرك.
الفرش : فرش الكربون أو الجرافيت التي تحافظ على ملامسة كهربائية مع المتسابق ، مما يتيح التدفق الحالي إلى التسليح.
الجزء الثابت : الجزء الثابت من المحرك ، يتكون عادة من مغناطيس دائم أو مغناطيسات كهربائية تخلق المجال المغناطيسي.
رمح : قضيب مركزي متصل بالذراع الذي ينقل القوة الدورانية إلى الحمل.
تظل محركات التيار المستمر بالفرشاة تقنية أساسية في العديد من الصناعات بسبب بساطتها وموثوقيتها وفعالية التكلفة. على الرغم من أن لديهم قيودًا ، مثل ارتداء الفرشاة وتقليل الكفاءة بسرعات عالية ، فإن مزاياها - مثل عزم الدوران المرتفع وسهولة السيطرة - تعود إلى استمرار أهميتها في مجموعة متنوعة من التطبيقات. سواء في الأجهزة المنزلية ، تقدم , أدوات الطاقة ، أو الروبوتات الصغيرة ، محركات DC المصنوعة بالفرشاة حلاً مثبتًا للمهام التي تتطلب قوة معتدلة والتحكم الدقيق.
تعد محركات السائر من نوع من محرك DC المعروف بقدرتها على التحرك بخطوات أو زيادات دقيقة ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب حركة يتم التحكم فيها. على عكس المحركات التقليدية ، التي تدور بشكل مستمر عند تشغيلها ، يقسم محرك السائر دوران كامل إلى عدد من الخطوات المنفصلة ، كل منها جزء دقيق من الدوران الكامل. هذه القدرة تجعلها ذات قيمة لمجموعة واسعة من التطبيقات في الصناعات مثل الروبوتات والطباعة ثلاثية الأبعاد والأتمتة والمزيد.
في هذه المقالة ، سوف نستكشف أساسيات Stepper Motors ، ومبادئ عملها ، وأنواعها ، والمزايا ، والعيوب ، والتطبيقات ، وكيفية مقارنة تقنيات السيارات الأخرى.
يعمل محرك السائر على مبدأ الكهرومغناطيسية. يحتوي على دوار (الجزء المتحرك) وجهة (الجزء الثابت) ، على غرار الأنواع الأخرى من المحركات الكهربائية. ومع ذلك ، فإن ما يميز محرك السائر هو كيف ينشط الجزء الثابت لفائفه لجعل الدوار يدور بخطوات منفصلة.
عندما يتدفق التيار عبر ملفات الجزء الثابت ، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا يتفاعل مع الدوار ، مما يؤدي إلى تدويره. يتكون الدوار عادة من مغناطيس دائم أو مادة مغناطيسية ، ويتحرك بزيادات صغيرة (خطوات) حيث يتم تشغيل التيار من خلال كل ملف وإيقاف تشغيله في تسلسل معين.
تتوافق كل خطوة مع دوران صغير ، تتراوح عادة من 0.9 درجة إلى 1.8 درجة لكل خطوة ، على الرغم من أن زوايا الخطوة الأخرى ممكنة. من خلال تنشيط ملفات مختلفة بترتيب دقيق ، يكون المحرك قادرًا على تحقيق حركة جيدة ومسيطر عليها.
يتم تعريف دقة محرك السائر بواسطة زاوية الخطوة . على سبيل المثال ، سوف يكمل محرك السائر بزاوية خطوة 1.8 درجة واحد دوران كامل (360 درجة) في 200 خطوة. تسمح زوايا الخطوة الأصغر ، مثل 0.9 درجة ، حتى بالتحكم الدقيق ، مع 400 خطوة لإكمال دوران كامل. كلما كانت زاوية الخطوة أصغر ، زادت دقة حركة المحرك.
تأتي محركات السائر في عدة أصناف ، كل منها مصمم لتناسب تطبيقات محددة. الأنواع الرئيسية هي:
يستخدم محرك السائر المغناطيسي الدائم دوار مغناطيس دائم ويعمل بطريقة مشابهة لمحرك DC . ينجذب المجال المغناطيسي للدوار إلى المجال المغناطيسي للثائق ، وخطوات الدوار لتتماشى مع كل ملف تنشيط.
المزايا : التصميم البسيط ، التكلفة المنخفضة ، وعزم الدوران المعتدل بسرعات منخفضة.
التطبيقات : مهام تحديد المواقع الأساسية كما في الطابعات أو الماسحات الضوئية.
في محرك السائر المتغير للتردد ، يتكون الدوار من قلب الحديد الناعم ، ولا يحتوي الدوار على مغناطيس دائم. يتحرك الدوار لتقليل التردد (المقاومة) إلى التدفق المغناطيسي. مع تبديل التيار في الملفات ، يتحرك الدوار نحو المنطقة الأكثر مغناطيسيًا ، خطوة بخطوة.
المزايا : أكثر كفاءة في السرعات الأعلى مقارنة بمحركات PM Stepper.
التطبيقات : التطبيقات الصناعية التي تتطلب سرعة وكفاءة أعلى.
يجمع محرك السائر الهجين بين ميزات كل من المغناطيس الدائم والمحركات المتغيرة للتردد. يحتوي على دوار مصنوع من مغناطيس دائم ولكنه يحتوي أيضًا على عناصر من الحديد الناعمة تعمل على تحسين الأداء وتوفر إخراج عزم الدوران بشكل أفضل. توفر المحركات الهجينة أفضل ما في العالمين: عزم الدوران العالي والتحكم الدقيق.
المزايا : كفاءة أعلى ، عزم الدوران ، وأداء أفضل من أنواع PM أو VR.
التطبيقات : الروبوتات ، آلات CNC ، الطابعات ثلاثية الأبعاد ، وأنظمة التشغيل الآلي.
تعد محركات السائر مكونات أساسية في الأنظمة التي تتطلب وضعًا دقيقًا ، والتحكم في السرعة ، وعزم الدوران بسرعات منخفضة. مع قدرتهم على التحرك بزيادات دقيقة ، يتفوقون في تطبيقات مثل الأبعاد , ثلاثية , آلات CNC ، والمزيد. على الرغم من أن لديهم بعض القيود ، مثل انخفاض الكفاءة في السرعات العالية والاهتزاز بسرعات منخفضة ، فإن موثوقيتها ودقة وسهولة التحكم تجعلها لا غنى عنها في العديد من الصناعات.
إذا كنت تفكر في محرك السوار لمشروعك التالي ، فمن المهم تقييم احتياجاتك والمزايا والعيوب المحددة لتحديد ما إذا كان محرك السائر هو الخيار الصحيح لتطبيقك.
المحرك التعريفي هو نوع من المحرك الكهربائي الذي يعمل على أساس مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. إنها واحدة من المحركات الأكثر استخدامًا في التطبيقات الصناعية والتجارية بسبب بساطتها ومتانتها وفعالية التكلفة. في هذه المقالة ، سنقوم بالتجنب في مبدأ العمل للمحركات الحثية ، وأنواعها ، ومزاياها ، وعيوبها ، والتطبيقات الشائعة ، بالإضافة إلى مقارنة مع أنواع المحركات الأخرى.
يعمل محرك التعريفي على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي ، الذي اكتشفه مايكل فاراداي. في جوهرها ، عندما يتم وضع موصل داخل مجال مغناطيسي متغير ، يتم إحداث تيار كهربائي في الموصل. هذا هو المبدأ الأساسي وراء تشغيل جميع المحركات التعريفية.
يتكون محرك التعريفي عادة من جزأين رئيسيين:
الجزء الثابت : الجزء الثابت من المحرك ، وعادة ما يكون مصنوعًا من الفولاذ المغلف ، والذي يحتوي على لفائف يتم تنشيطها عن طريق بالتناوب الحالي (AC) . يولد الجزء الثابت حقل مغناطيسي دوار عندما يتم تمرير AC عبر الملفات.
الدوار : الجزء الدوار من المحرك ، الموضوعة داخل الجزء الثابت ، والذي يمكن أن يكون إما دوار قفص السنجاب (الأكثر شيوعا) أو دوار الجرح. يتم تحفيز الدوار لتدويره بواسطة المجال المغناطيسي الذي ينتجه الجزء الثابت.
عندما يتم توفير طاقة التيار المتردد إلى الجزء الثابت ، فإنه يولد حقل مغناطيسي دوار.
هذا المجال المغناطيسي الدوار يستحث تيار كهربائي في الدوار بسبب الحث الكهرومغناطيسي.
يولد التيار المستحث في الدوار المجال المغناطيسي الخاص به ، والذي يتفاعل مع المجال المغناطيسي للمستات.
نتيجة لهذا التفاعل ، يبدأ الدوار في التدوير ، وخلق الإخراج الميكانيكي. يجب أن يكون الدوار دائمًا 'Chase ' المجال المغناطيسي الدوار الذي ينتج عن الجزء الثابت ، وهذا هو السبب في أنه يسمى محرك التعريفي - لأن التيار في الدوار هو 'المستحث ' بواسطة المجال المغناطيسي بدلاً من توفيره مباشرة.
تتمثل الميزة الفريدة في المحركات التعريفية في أن الدوار لا يصل فعليًا إلى نفس السرعة مثل المجال المغناطيسي في الجزء الثابت. تُعرف الفرق بين سرعة المجال المغناطيسي للثائق والسرعة الفعلية للدوار باسم الانزلاق . الانزلاق ضروري للحث على التيار في الدوار ، وهو ما يولد عزم الدوران.
تأتي المحركات التعريفية في نوعين رئيسيين:
هذا هو النوع الأكثر شيوعا من المحرك التعريفي. يتكون الدوار من الفولاذ الرقائقي مع إجراء قضبان مرتبة في حلقة مغلقة. يشبه الدوار قفص السنجاب ، وبسبب هذا البناء ، فهو بسيط ، وعرة ، وموثوقة.
المزايا :
موثوقية عالية ومتانة.
التكلفة المنخفضة والصيانة.
بناء بسيط.
التطبيقات : تستخدم في معظم التطبيقات الصناعية والتجارية ، بما في ذلك ضواغط , مشجعي , المضخات ، والناقلات.
في هذا النوع ، يتكون الدوار من اللفات (بدلاً من الأشرطة القصيرة الدائرية) ومتصل بالمقاومة الخارجية. يتيح ذلك المزيد من التحكم في سرعة المحرك وعزم الدوران ، مما يجعله مفيدًا في بعض التطبيقات المحددة.
المزايا :
يسمح بإضافة مقاومة خارجية للسيطرة على السرعة والعزم.
أفضل لبدء عزم الدوران.
التطبيقات : تستخدم في التطبيقات التي تتطلب عزم دوران مرتفع أو في حالة حاجة إلى التحكم في السرعة المتغيرة ، مثل مصاعد , الرافعات ، والآلات الكبيرة.
المحرك المتزامن هو نوع من محرك التيار المتردد يعمل بسرعة ثابتة ، تسمى السرعة المتزامنة ، بغض النظر عن الحمل على المحرك. هذا يعني أن الدوار للمحرك يدور بنفس سرعة الحقل المغناطيسي الدوار الذي ينتجه الجزء الثابت. على عكس المحركات الأخرى ، مثل المحركات الحثية ، يتطلب المحرك المتزامن آلية خارجية لبدء بدء تشغيله ، ولكن يمكن أن يحافظ على سرعة متزامنة بمجرد الجري.
في هذه المقالة ، سنستكشف مبدأ العمل للمحركات المتزامنة ، وأنواعها ، ومزاياه ، وعيوب ، وتطبيقات ، وكيفية اختلافها عن أنواع المحركات الأخرى مثل المحركات التعريفية.
يتضمن التشغيل الأساسي للمحرك المتزامن التفاعل بين المجال المغناطيسي الدوار الذي ينتج عن الجزء الثابت والمجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة الدوار. عادةً ما يتم تجهيز الدوار ، على عكس المحركات التعريفية ، بمغناطيس دائم أو مغناطيسات كهربائية مدعوم من التيار المباشر (DC).
يتكون محرك متزامن نموذجي من مكونين أساسيين:
الجزء الثابت : الجزء الثابت من المحرك ، والذي يتكون عادة من لفائف تعمل بتوريد التيار المتردد . يولد الجزء الثابت حقل مغناطيسي دوار عندما يتدفق تيار التيار المتردد عبر اللفات.
الدوار : الجزء الدوار من المحرك ، والذي يمكن أن يكون إما مغناطيسًا دائم أو دوارًا كهرومغناطيسيًا مدعومًا بواسطة إمدادات التيار المستمر . يحبس المجال المغناطيسي للدوار مع المجال المغناطيسي الدوار للثابت ، مما يؤدي إلى انتقال الدوار بسرعة متزامنة.
عندما يتم تطبيق طاقة التيار المتردد على لفائف الثابت ، مجال مغناطيسي دوار . يتم إنشاء
يقف الدوار ، مع مجاله المغناطيسي ، في هذا المجال المغناطيسي الدوار ، مما يعني أن الدوار يتبع المجال المغناطيسي للمستات.
عندما تتفاعل الحقول المغناطيسية ، الدوار يزامن مع الحقل الدوار للثابت ، وكلاهما يدور بنفس السرعة. هذا هو السبب في أنه يسمى محرك متزامن - يعمل الدوار متزامن مع تواتر إمدادات التيار المتردد.
نظرًا لأن سرعة الدوار تتطابق مع المجال المغناطيسي للثابت ، فإن المحركات المتزامنة تعمل بسرعة ثابتة تحددها تواتر إمدادات التيار المتردد وعدد الأعمدة في المحرك.
تأتي المحركات المتزامنة في العديد من التكوينات المختلفة ، اعتمادًا على تصميم الدوار والتطبيق.
في محرك متزامن دائم المغناطيس ، تم تجهيز الدوار بمغناطيس دائم ، والذي يوفر المجال المغناطيسي للمزامنة مع المجال المغناطيسي الدوار للثات.
المزايا : الكفاءة العالية ، والتصميم المدمج ، وكثافة عزم الدوران العالية.
التطبيقات : تستخدم في التطبيقات التي يلزم التحكم في السرعة الدقيقة ، مثل السيارات الكهربائية والآلات عالية الدقة.
يستخدم المحرك المتزامن الدوار الجرح دوارًا يتم جرحه مع لفات النحاس ، والتي يتم تنشيطها بواسطة إمدادات التيار المستمر من خلال حلقات الانزلاق. تنتج اللفات الدوار المجال المغناطيسي اللازم للمزامنة مع الجزء الثابت.
المزايا : أكثر قوة من المحركات المغناطيسية الدائمة وقادرة على تحمل مستويات الطاقة الأعلى.
التطبيقات : تستخدم في الأنظمة الصناعية الكبيرة حيث هناك حاجة إلى طاقة عالية وعزم دوران ، مثل المولدات ومحطات الطاقة.
يستخدم المحرك المتزامن للتبطين دوارًا مع مواد مغناطيسية تظهر التباطؤ (التأخر بين المغنطيسية والحقل المطبق). يشتهر هذا النوع من المحرك بتشغيله السلس والهادئ.
المزايا : الاهتزاز المنخفض للغاية والضوضاء.
التطبيقات : شائعة في الساعات , تزامن الأجهزة ، والتطبيقات الأخرى المنخفضة حيث يلزم التشغيل السلس.
تعد المحركات المتزامنة آلات قوية وفعالة ودقيقة توفر أداءً ثابتًا في التطبيقات التي تتطلب سرعة ثابتة وتصحيح عامل الطاقة . وهي مفيدة بشكل خاص في النظم الصناعية الكبيرة وتوليد الطاقة والتطبيقات التي يكون التزامن الدقيق أمرًا بالغ الأهمية. ومع ذلك ، فإن تعقيدها ، وزيادة التكلفة الأولية ، والحاجة إلى آليات البدء الخارجية تجعلها أقل ملاءمة لتطبيقات معينة مقارنة بأنواع المحركات الأخرى مثل المحركات التعريفية.
تعمل محركات DC بدون فرش باستخدام مكونين رئيسيين: الدوار الذي يحتوي على مغناطيسات دائمة وجهة مثبتة مزودة بملفات نحاسية تصبح مغناطيسات كهرومغنسية عندما يتدفق التيار عبرها.
يتم تصنيف هذه المحركات إلى نوعين: Inrunner (محركات الدوار الداخلية) و Outrunner (محركات الدوار الخارجية). في محركات Inrunner ، يتم وضع الجزء الثابت خارجيًا بينما يدور الدوار في الداخل. على العكس ، في المحركات المفرطة ، يدور الدوار خارج الجزء الثابت. عندما يتم تزويد التيار إلى ملفات الجزء الثابت ، فإنها تولد مغناطيسًا كهربائيًا مع أعمدة شمال وجنوب متميزة. عندما تتماشى قطبية هذا المغناطيس الكهرومغناطيسي مع مغناطيس دائم مواجهة ، فإن الأعمدة التي تشبه الصدفة ، مما تسبب في تدور الدوار. ومع ذلك ، إذا ظل التيار ثابتًا في هذا التكوين ، فسيتم تدوير الدوار للحظات ثم يتوقف كمغناطيس كهربائية معارضة ومغناطيس دائم. للحفاظ على الدوران المستمر ، يتم توفير التيار كإشارة ثلاثية الطور ، والتي تغير بانتظام قطبية المغناطيس الكهربائي.
تتوافق سرعة الدوران للمحرك مع تواتر الإشارة ثلاثية الطور. لذلك ، لتحقيق دوران أسرع ، يمكن للمرء زيادة تردد الإشارة. في سياق مركبة التحكم عن بعد ، يقوم تسريع السيارة بزيادة الخانق بفعالية إلى وحدة التحكم لرفع تردد التبديل.
أ يعد محرك DC بدون فرش ، الذي يشار إليه غالبًا بمحرك متزامن مغناطيس دائم ، محركًا كهربائيًا معروفًا بكفاءته العالية وحجمه المضغوط وضوضاء منخفضة وعمر طويل. يجد تطبيقات واسعة في كل من التصنيع الصناعي والمنتجات الاستهلاكية.
يعتمد تشغيل محرك DC بدون فرش على التفاعل بين الكهرباء والمغناطيسية. ويضم مكونات مثل المغناطيس الدائم ، الدوار ، الجزء الثابت ، ووحدة تحكم السرعة الإلكترونية. تعمل المغناطيس الدائم كمصدر رئيسي للحقل المغناطيسي في المحرك ، ويستخدم عادة مواد أرضية نادرة. عندما يتم تشغيل المحرك ، تنشئ هذه المغناطيس الدائم مجالًا مغناطيسيًا مستقرًا يتفاعل مع التيار المتدفق داخل المحرك ، مما يولد حقل مغناطيسي دوار.
دوار أ محرك DC بدون فرش هو المكون الدوار ويتكون من عدة مغناطيس دائم. يتفاعل مجاله المغناطيسي مع المجال المغناطيسي للثائق ، مما تسبب في تدور. الجزء الثابت ، من ناحية أخرى ، هو الجزء الثابت من المحرك ، يتكون من ملفات النحاس والنوى الحديدية. عندما يتدفق التيار عبر ملفات الجزء الثابت ، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا متفاوتًا. وفقًا لقانون فاراداي للتحريض الكهرومغناطيسي ، يؤثر هذا المجال المغناطيسي على الدوار ، مما ينتج عزم الدوران.
تدير وحدة التحكم الإلكترونية للسرعة (ESC) حالة تشغيل المحرك وتنظم سرعتها من خلال التحكم في التيار المقدم للمحرك. يقوم ESC بضبط العديد من المعلمات ، بما في ذلك عرض النبض والجهد والتيار ، للتحكم في أداء المحرك.
أثناء التشغيل ، يتدفق التيار عبر كل من الجزء الثابت والدوار ، مما يخلق قوة كهرومغناطيسية تتفاعل مع المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم. نتيجة لذلك ، يدور المحرك وفقًا للأوامر من وحدة تحكم السرعة الإلكترونية ، مما ينتج عنه عمل ميكانيكي يدفع المعدات أو الآلات المتصلة.
باختصار ، و يعمل محرك DC بدون فرش على مبدأ التفاعلات الكهربائية والمغناطيسية التي تنتج عزم الدوران بين المغناطيس الدائم الدوار وملفات الجزء الثابت. يدفع هذا التفاعل دوران المحرك ويحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية ، مما يسمح له بأداء العمل.
لتمكين أ محرك DC بدون فرش لتدويره ، من الضروري التحكم في اتجاه وتوقيت التدفق الحالي من خلال لفائفه. يوضح الرسم البياني أدناه الجزء الثابت (لفائف) والدوار (المغناطيس الدائم) لمحرك BLDC ، والذي يتميز بثلاث لفائف تحمل علامة U و V و W ، متباعدة 120 درجة. يتم تشغيل عملية المحرك من خلال إدارة المراحل والتيارات في هذه الملفات. يتدفق التيار بشكل متتابع من خلال المرحلة U ، ثم المرحلة V ، وأخيراً المرحلة W. يتم استمرار الدوران عن طريق تبديل التدفق المغناطيسي باستمرار ، مما يؤدي إلى اتباع المغناطيس الدائم المجال المغناطيسي الدوار الناتج عن الملفات. في جوهرها ، يجب أن يكون تنشيط الملفات U و V و W بالتناوب باستمرار للحفاظ على التدفق المغناطيسي الناتج في الحركة ، وبالتالي إنشاء مجال مغناطيسي دوار يجذب مغناطيس الدوار باستمرار.
يوجد حاليًا ثلاث طرق التحكم في المحرك بدون فرش:
يعد التحكم في الموجة شبه المنحرف ، والذي يشار إليه عادةً باسم التحكم 120 درجة أو التحكم في التخفيف من 6 خطوات ، أحد أكثر الطرق المباشرة للسيطرة على محركات DC (BLDC) بدون فرش. تتضمن هذه التقنية تطبيق تيارات الموجة المربعة على المراحل الحركية ، والتي تتم مزامنتها مع منحنى EMF الخلفي المنحرف لمحرك BLDC لتحقيق توليد عزم الدوران الأمثل. يعد التحكم في سلم BLDC مناسبًا جيدًا لمجموعة متنوعة من تصميمات نظام التحكم في المحركات عبر العديد من التطبيقات ، بما في ذلك الأجهزة المنزلية ، وضواغط التبريد ، ومنفات HVAC ، ومحركات المكثفات ، والمحركات الصناعية ، والمضخات ، والروبوتات.
توفر طريقة التحكم في الموجة المربعة العديد من المزايا ، بما في ذلك خوارزمية التحكم المباشرة وتكاليف الأجهزة المنخفضة ، مما يتيح سرعات محرك أعلى باستخدام وحدة تحكم أداء قياسية. ومع ذلك ، فإنه يحتوي أيضًا على عيوب ، مثل تقلبات عزم الدوران الكبيرة ، وبعض مستوى الضوضاء الحالية ، والكفاءة التي لا تصل إلى أقصى إمكاناتها. يعد التحكم في الموجة شبه المنحرف مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي لا يلزم فيها أداء دوران عالي. تستخدم هذه الطريقة مستشعر القاعة أو خوارزمية تقدير غير حثية لتحديد موضع الدوار وتنفيذ ستة تركيبات (واحدة كل 60 درجة) ضمن دورة كهربائية 360 درجة بناءً على هذا الموضع. يولد كل تخفيف القوة في اتجاه معين ، مما يؤدي إلى دقة موضعية فعالة تبلغ 60 درجة من الناحية الكهربائية. يأتي الاسم 'التحكم في الموجة شبه المنحرف ' من حقيقة أن الشكل الموجي الحالي للمرحلة يشبه شكل شبه منحرف.
تستخدم طريقة التحكم في موجة الجيب تعديل عرض نبض ناقلات الفضاء (SVPWM) لإنتاج جهد موجة جيبية ثلاثية الطور ، مع أن التيار المقابل هو أيضًا موجة جيبية. على عكس التحكم في الموجة المربعة ، لا يتضمن هذا النهج خطوات تخفيف منفصلة ؛ بدلاً من ذلك ، يتم التعامل معها كما لو أن هناك عددًا لا حصر له من عمليات التنقل داخل كل دورة كهربائية.
من الواضح أن التحكم في موجة الجيب يوفر مزايا على التحكم في الموجة المربعة ، بما في ذلك تقلبات عزم الدوران المنخفضة وعدد أقل من التوافقيات الحالية ، مما يؤدي إلى تجربة تحكم أكثر دقة. ومع ذلك ، فإنه يتطلب أداءً أكثر تقدماً قليلاً من وحدة التحكم مقارنة بالتحكم في الموجة المربعة ، ولا يزال لا يحقق أقصى قدر من كفاءة المحرك.
يعد التحكم الموجه نحو الميدان (FOC) ، والذي يشار إليه أيضًا باسم التحكم في المتجه (VC) ، أحد أكثر الطرق فعالية للإدارة بكفاءة محركات DC بدون فرش (BLDC) والمحركات المتزامنة المغناطيس الدائمة (PMSM). بينما يدير التحكم في موجة الجيب متجه الجهد ويتحكم بشكل غير مباشر في الحجم الحالي ، فإنه لا يتمتع بالقدرة على التحكم في اتجاه التيار.
يمكن النظر إلى طريقة التحكم في FOC كنسخة محسّنة من التحكم في موجة الجيب ، حيث تتيح التحكم في المتجه الحالي ، مما يدير بشكل فعال التحكم في المتجه في المجال المغناطيسي لثبات المحرك. من خلال التحكم في اتجاه المجال المغناطيسي الثابت ، يضمن بقاء الحقول المغناطيسية الثابتة والدوار بزاوية 90 درجة في جميع الأوقات ، مما يزيد من إخراج عزم الدوران لتيار معين.
على النقيض من طرق التحكم في المحرك التقليدية التي تعتمد على أجهزة الاستشعار ، فإن التحكم بدون استشعار يمكّن المحرك من العمل بدون أجهزة استشعار مثل أجهزة استشعار القاعة أو التشفير. يستخدم هذا النهج بيانات التيار والجهد للمحرك للتأكد من وضع الدوار. ثم يتم حساب سرعة المحرك بناءً على التغييرات في موضع الدوار ، باستخدام هذه المعلومات لتنظيم سرعة المحرك بشكل فعال.
الميزة الأساسية للتحكم بدون استشعار هي أنه يلغي الحاجة إلى أجهزة الاستشعار ، مما يسمح بتشغيل موثوق في البيئات الصعبة. كما أنها فعالة من حيث التكلفة ، والتي تتطلب فقط ثلاثة دبابيس وتشغل مساحة أقل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عدم وجود أجهزة استشعار القاعة يعزز عمر النظام وموثوقيته ، حيث لا توجد مكونات يمكن تلفها. ومع ذلك ، فإن العيب البارز هو أنه لا يوفر بداية سلسة. عند السرعات المنخفضة أو عندما يكون الدوار ثابتًا ، تكون قوة الظهر الكهروموتية غير كافية ، مما يجعل من الصعب اكتشاف نقطة التقاطع الصفري.
تشترك محركات DC بدون فرش ومحركات التيار المستمر بالفرشاة في بعض الخصائص المشتركة والمبادئ التشغيلية:
كل من محركات DC بدون فرش وفرشاة لها بنية مماثلة ، تضم الجزء الثابت والدوار. ينتج الجزء الثابت مجالًا مغناطيسيًا ، بينما يولد الدوار عزم الدوران من خلال تفاعله مع هذا المجال المغناطيسي ، مما يحول الطاقة الكهربائية بشكل فعال إلى طاقة ميكانيكية.
كلاهما تتطلب محركات DC بدون فرش ومحركات DC المصممة مزود طاقة DC لتوفير الطاقة الكهربائية ، حيث تعتمد تشغيلها على التيار المباشر.
يمكن لكلا النوعين من المحركات ضبط السرعة وعزم الدوران عن طريق تغيير جهد الإدخال أو التيار ، مما يتيح المرونة والتحكم في سيناريوهات التطبيق المختلفة.
بينما تفرش و تشترك محركات DC بدون فرش في أوجه تشابه معينة ، كما أنها تظهر اختلافات كبيرة من حيث الأداء والمزايا. تستخدم محركات التيار المستمر المصنوعة فرشًا لتنقل اتجاه المحرك ، مما يتيح الدوران. في المقابل ، تستخدم المحركات بدون فرش التحكم الإلكتروني لاستبدال عملية التخفيف الميكانيكية.
هناك العديد من أنواع محرك DC بدون فرش تم بيعها بواسطة JkongMotor ، وفهم خصائص واستخدامات أنواع مختلفة من محركات السائر سيساعدك على تحديد النوع الأفضل لك.
يزود BESFOC NEMA 17 ، 23 ، 24 ، 34 ، 42 ، 52 الإطار والحجم المتري 36 مم - 130 مم محرك DC بدون فرش. تشمل المحركات (الدوار الداخلي) 3 -طور 12V/24V/36V/48V/72V/110V الجهد المنخفض و 310V محركات كهربائية عالية الجهد مع نطاق طاقة يتراوح من 10 واط - 3500 واط ونطاق سرعة من 10 دورة في الدقيقة - 10000 دورة في الدقيقة. يمكن استخدام أجهزة استشعار القاعة المتكاملة في التطبيقات التي تتطلب وضعًا دقيقًا وردود الفعل السريعة. على الرغم من أن الخيارات القياسية توفر موثوقية ممتازة وأداء عالي ، إلا أنه يمكن أيضًا تخصيص معظم محركاتنا للعمل مع الفولتية المختلفة والسلطات والسرعات ، إلخ.
يعد المحرك الموجود DC بدون فرش عبارة عن محرك مع علبة تروس مدمجة (بما في ذلك علبة التروس Spur ، وصندوق التروس الدود وصندوق التروس الكوكبي). يتم توصيل التروس برموز محرك المحرك. توضح هذه الصورة كيف يتم استيعاب علبة التروس في السكن المحرك.
تلعب علب التروس دورًا حاسمًا في خفض سرعة محركات DC بدون فرش مع تعزيز عزم الدوران. عادةً ما تعمل محركات DC بدون فرش بكفاءة بسرعات تتراوح من 2000 إلى 3000 دورة في الدقيقة. على سبيل المثال ، عند إقرانها بصندوق تروس يحتوي على نسبة نقل 20: 1 ، يمكن تقليل سرعة المحرك إلى حوالي 100 إلى 150 دورة في الدقيقة ، مما يؤدي إلى زيادة عزم الدوران بعشرين أضعاف.
بالإضافة إلى ذلك ، يقلل دمج المحرك وصندوق التروس داخل سكن واحد من الأبعاد الخارجية لمحركات DC بدون فرش ، مما يؤدي إلى استخدام مساحة الماكينة المتاحة.
تؤدي التطورات الحديثة في التكنولوجيا إلى تطوير معدات وأدوات الطاقة في الهواء الطلق الأكثر قوة. إن الابتكار البارز في أدوات الطاقة هو تصميم المحرك الخارجي بدون فرش.
الدوار الخارجي تتميز محركات DC بدون فرش ، أو محركات بدون فرش تعمل خارجيًا ، بتصميم يتضمن الدوار من الخارج ، مما يتيح تشغيل أكثر سلاسة. يمكن لهذه المحركات تحقيق عزم دوران أعلى من تصميمات الدوار الداخلية المماثلة. إن زيادة القصور الذاتي الذي توفره محركات الدوار الخارجية يجعلها مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب ضوضاء منخفضة وأداء ثابت بسرعات أقل.
في محرك دوار خارجي ، يتم وضع الدوار خارجيًا ، بينما يقع الجزء الثابت داخل المحرك.
الدور الخارجي عادةً ما تكون محركات DC بدون فرش أقصر من نظرائها في الدوران الداخلي ، مما يوفر حلاً فعالًا من حيث التكلفة. في هذا التصميم ، يتم تثبيت المغناطيس الدائم على مسكن دوار يدور حول الجزء الثابت الداخلي مع اللفات. نظرًا لارتفاع القصور الذاتي للدوار ، فإن المحركات ذات الدوار الخارجي تعاني من تموج عزم الدوران أقل مقارنةً بالمحركات الداخلية.
المحركات المدمجة بدون فرش هي منتجات ميكاترونيك متقدمة مصممة للاستخدام في أنظمة الأتمتة والتحكم الصناعية. تأتي هذه المحركات مزودة بشريحة سائق محرك DC عالي الأداء عالي الأداء ، مما يوفر العديد من المزايا ، بما في ذلك التكامل العالي ، والحجم المدمج ، والحماية الكاملة ، والأسلاك المباشرة ، والموثوقية المعززة. توفر هذه السلسلة مجموعة من المحركات المتكاملة مع مخرجات الطاقة من 100 إلى 400 واط. علاوة على ذلك ، يستخدم برنامج التشغيل المدمج تقنية PWM المتطورة ، مما يسمح للمحرك بدون فرش بالعمل بسرعات عالية مع الحد الأدنى من الاهتزاز ، والضوضاء المنخفضة ، والاستقرار الممتاز ، والاعتمادية العالية. تتميز المحركات المتكاملة أيضًا بتصميم لتوفير الفضاء يبسط الأسلاك ويقلل من التكاليف مقارنة بمكونات المحرك والقيادة التقليدية.
ابدأ باختيار أ محرك DC بدون فرش بناء على المعلمات الكهربائية. من الضروري تحديد مواصفات المفاتيح مثل نطاق السرعة المطلوب ، وعزم الدوران ، والجهد المقنن ، وعزم الدوران المقنن قبل اختيار المحرك المناسب بدون فرش. عادةً ما تكون السرعة المقدرة للمحركات بدون فرش حوالي 3000 دورة في الدقيقة ، مع سرعة تشغيل موصى بها لا تقل عن 200 دورة في الدقيقة. إذا كانت التشغيل المطول بسرعات أقل ضرورية ، ففكر في استخدام علبة تروس لتقليل السرعة مع زيادة عزم الدوران.
بعد ذلك ، حدد أ محرك DC بدون فرش وفقًا لأبعاده الميكانيكية. تأكد من أن أبعاد تثبيت المحرك ، وأبعاد عمود الإخراج ، والحجم الكلي متوافق مع المعدات الخاصة بك. نحن نقدم خيارات التخصيص للمحركات بدون فرش بأحجام مختلفة بناءً على متطلبات العملاء.
حدد برنامج التشغيل المناسب بناءً على المعلمات الكهربائية للمحرك بدون فرش. عند اختيار سائق ، تأكد من أن الطاقة والجهد المقنن للمحرك تقع ضمن النطاق المسموح به للسائق لضمان التوافق. تتضمن مجموعتنا من برامج التشغيل بدون فرش نماذج الجهد المنخفض (12-60 VDC) ونماذج الجهد العالي (110/220 VAC) ، المصممة خصيصًا للمحركات ذات الجهد المنخفض وجهد عالي الجهد ، على التوالي. من المهم عدم خلط هذين النوعين.
بالإضافة إلى ذلك ، ضع في اعتبارك حجم التثبيت ومتطلبات تبديد الحرارة للسائق لضمان عمله بفعالية في بيئته.
توفر محركات DC بدون فرش (BLDC) العديد من الفوائد مقارنة بأنواع المحركات الأخرى ، بما في ذلك الحجم المدمج ، وطاقة الخرج العالية ، وانخفاض الاهتزاز ، والحد الأدنى من الضوضاء ، وعمر الخدمة الممتدة. فيما يلي بعض المزايا الرئيسية لمحركات BLDC:
الكفاءة : يمكن لمحركات BLDC إدارة عزم الدوران بشكل مستمر ، على عكس المحركات المصقولة ، والتي تحقق عزم الدوران الذروة فقط في نقاط محددة أثناء الدوران. وبالتالي ، يمكن لمحركات BLDC الأصغر أن تولد قوة كبيرة دون الحاجة إلى مغناطيس أكبر.
قابلية التحكم : يمكن التحكم في هذه المحركات بدقة عبر آليات التغذية المرتدة ، مما يتيح عزم الدوران وتوصيل السرعة الدقيق. هذه الدقة تعزز كفاءة الطاقة ، وتقلل من توليد الحرارة ، ويمتد عمر البطارية في التطبيقات التي تعمل بالبطارية.
طول العمر وتقليل الضوضاء : مع عدم وجود فرش لارتداءها ، فإن محركات BLDC لها عمر أطول وتنتج ضوضاء كهربائية أقل. في المقابل ، تخلق المحركات المصقولة شرارات أثناء التلامس بين الفرش والركاب ، مما يؤدي إلى الضوضاء الكهربائية ، مما يجعل محركات BLDC مفضلة في التطبيقات الحساسة للضوضاء.
كفاءة أعلى وكثافة الطاقة مقارنة مع محركات الحث (حوالي 35 ٪ انخفاض في الحجم والوزن لنفس الإخراج).
خدمة الخدمة الطويلة والتشغيل الهادئ بسبب محامل الكرة الدقيقة.
نطاق سرعة واسع وإخراج المحرك الكامل بسبب منحنى عزم الدوران الخطي.
انخفاض انبعاثات التداخل الكهربائي.
قابلية التبادل الميكانيكية مع محركات السائر ، وخفض تكاليف البناء وزيادة تنوع المكونات.
على الرغم من فوائدها ، فإن المحركات بدون فرش لديها بعض العيوب. إلكترونيات متطورة مطلوبة لمحركات الأقراص بدون فرش تؤدي إلى ارتفاع تكاليف إجمالية مقارنة بالمحركات المصقولة.
توفر طريقة التحكم الموجهة نحو الحقل (FOC) ، والتي تسمح بالتحكم الدقيق في حجم المجال المغناطيسي واتجاهه ، عزم دوران مستقر ، ضوضاء منخفضة ، كفاءة عالية ، واستجابة ديناميكية سريعة. ومع ذلك ، فإنه يأتي مع تكاليف الأجهزة المرتفعة ، ومتطلبات الأداء الصارمة لوحدة التحكم ، والحاجة إلى مطابقة المعلمات الحركية عن كثب.
عيب آخر هو أن المحركات بدون فرش قد تعاني من الارتعاش عند بدء التشغيل بسبب التفاعل الاستقرائي ، مما يؤدي إلى تشغيل أقل سلاسة مقارنة بالمحركات المصقولة.
بالإضافة إلى، تستلزم محركات DC بدون فرش المعرفة والمعدات المتخصصة للصيانة والإصلاح ، مما يجعلها أقل سهولة للمستخدمين العاديين.
يتم استخدام محركات DC بدون فرش (BLDC) على نطاق واسع عبر مختلف الصناعات ، بما في ذلك الأتمتة الصناعية ، والسيارات ، والمعدات الطبية ، والذكاء الاصطناعي ، بسبب طول العمر ، وانخفاض الضوضاء ، وعزم الدوران العالي.
في الأتمتة الصناعية ، تعد محركات DC بدون فرش حاسمة للتطبيقات مثل محركات المؤازرة وأدوات الآلات CNC والروبوتات. إنها تعمل كمحركات تتحكم في حركات الروبوتات الصناعية لمهام مثل الرسم وتجميع المنتجات واللحام. تتطلب هذه التطبيقات محركات عالية الدقة ، عالية الكفاءة ، والتي تم تجهيز محركات BLDC جيدًا.
تعد محركات DC بدون فرش تطبيقًا مهمًا في السيارات الكهربائية ، لا سيما بمثابة محركات محرك. وهي حاسمة بشكل خاص في البدائل الوظيفية التي تتطلب تحكمًا دقيقًا وفي المناطق التي يتم فيها استخدام المكونات بشكل متكرر ، مما يستلزم أداء طويل الأمد. بعد أنظمة توجيه الطاقة ، تمثل محركات ضاغط تكييف الهواء تطبيقًا أساسيًا لهذه المحركات. علاوة على ذلك ، تقدم محركات الجر للسيارات الكهربائية (EVs) فرصة واعدة لمحركات DC بدون فرش. بالنظر إلى أن هذه الأنظمة تعمل على طاقة بطارية محدودة ، فمن الضروري أن تكون المحركات فعالة ومدمجة لاستيعاب قيود المساحة الضيقة.
نظرًا لأن السيارات الكهربائية تتطلب محركات فعالة وموثوقة وخفيفة الوزن لتقديم الطاقة ، يتم استخدام محركات DC بدون فرش ، والتي تمتلك هذه الصفات ، على نطاق واسع في أنظمة القيادة الخاصة بهم.
في قطاع الطيران ، تعد محركات DC بدون فرش من بين المحركات الكهربائية الأكثر شيوعًا بسبب أدائها الاستثنائي ، وهو أمر بالغ الأهمية في هذه التطبيقات. تعتمد تقنية الفضاء الحديثة على محركات DC القوية والفعالة بدون فرش لمختلف الأنظمة المساعدة داخل الطائرات. يتم استخدام هذه المحركات للتحكم في أسطح الطيران وأنظمة التشغيل في المقصورة ، مثل مضخات الوقود ومضخات ضغط الهواء وأنظمة إمدادات الطاقة والمولدات ومعدات توزيع الطاقة. يسهم الأداء المتميز والكفاءة العالية لمحركات DC بدون فرش في هذه الأدوار في التحكم الدقيق في أسطح الطيران ، مما يضمن استقرار الطائرات وسلامته.
في تكنولوجيا الطائرات بدون طيار ، يتم استخدام محركات DC بدون فرش للتحكم في الأنظمة المختلفة ، بما في ذلك أنظمة التداخل وأنظمة الاتصالات والكاميرات. تعالج هذه المحركات بشكل فعال تحديات الحمل العالي والاستجابة السريعة ، مما يوفر طاقة إخراج عالية واستجابة سريعة لضمان موثوقية وأداء الطائرات بدون طيار.
كما يتم استخدام محركات DC بدون فرش على نطاق واسع في المعدات الطبية ، بما في ذلك أجهزة مثل القلوب الاصطناعية ومضخات الدم. تتطلب هذه التطبيقات محركات ذات دقة عالية وموثوقة وخفيفة الوزن ، وكلها خصائص يمكن أن توفرها محركات DC بدون فرش.
كمحرك عالي الكفاءة ، منخفض الضوضاء ، وطويل الأمد ، محركات DC بدون فرش على نطاق واسع في قطاع المعدات الطبية. تستخدم عزز دمجهم في أجهزة مثل المتناسبين الطبيين ومضخات التسريب والأسرة الجراحية الاستقرار ودقة وموثوقية هذه الآلات ، مما يساهم بشكل كبير في التقدم في التكنولوجيا الطبية.
داخل أنظمة المنازل الذكية ، تُستخدم محركات DC بدون فرش في أجهزة مختلفة ، بما في ذلك المعجبين المتداولين ، والمرطب ، ومزيلات الرطوبة ، ومنعات الهواء ، ومراوح التدفئة والتبريد ، ومجففات اليدين ، والأقفال الذكية ، والأبواب الكهربائية والنوافذ. إن التحول من محركات الحث إلى محركات DC بدون فرش ووحدات التحكم المقابلة في الأجهزة المنزلية يرضي بشكل أفضل مطالب كفاءة الطاقة ، والاستدامة البيئية ، والذكاء المتقدم ، وانخفاض الضوضاء ، وراحة المستخدم.
تم استخدام محركات DC بدون فرش لفترة طويلة في الإلكترونيات الاستهلاكية ، بما في ذلك الغسالات وأنظمة تكييف الهواء والمنظفات الفراغية. في الآونة الأخيرة ، وجدوا تطبيقات في المعجبين ، حيث خفضت كفاءتها العالية استهلاك الكهرباء بشكل كبير.
باختصار ، الاستخدامات العملية ل محركات DC بدون فرش سائدة في الحياة اليومية. تعتبر محركات DC بدون فرش (BLDC) فعالة ودائمة ومتعددة الاستخدامات ، وتخدم مجموعة واسعة من التطبيقات عبر الصناعات المختلفة. تصميمها وأنواعها المختلفة والتطبيقات تضعها كمكونات أساسية في التكنولوجيا المعاصرة والأتمتة.
© حقوق الطبع والنشر 2024 Changzhou Besfoc Motor Co. ، Ltd جميع الحقوق محفوظة.