تعريف

يتكون محرك DC بدون فرش من دوار على شكل مغناطيس دائم وعضو ساكن على شكل لفات حديدية متعددة الأطوار. وهو يختلف عن محرك التيار المستمر التقليدي بحيث لا يحتوي على فرش ويتم التبديل باستخدام محرك كهربائي لتغذية ملفات الجزء الثابت.

في الأساس ، يمكن بناء محرك BLDC بطريقتين - عن طريق وضع الدوار خارج القلب والملفات في القلب وأخرى عن طريق وضع اللفات خارج القلب. في الترتيب السابق ، تعمل المغناطيسات الدوارة كعازل وتقلل من معدل تبديد الحرارة من المحرك وتعمل بتيار منخفض. يستخدم عادة في المراوح. في الترتيب الأخير ، يبدد المحرك مزيدًا من الحرارة ، مما يؤدي إلى زيادة عزم الدوران. يتم استخدامه في محركات الأقراص الصلبة.

BLDC

4 قطب 2 مرحلة تشغيل المحرك

يتم تشغيل محرك التيار المستمر بدون فرش بواسطة محرك إلكتروني يقوم بتبديل جهد الإمداد بين لفات الجزء الثابت أثناء دوران الدوار. يتم مراقبة موضع الدوار بواسطة محول الطاقة (بصري أو مغناطيسي) الذي يوفر المعلومات لوحدة التحكم الإلكترونية وبناءً على هذا الموضع ، يتم تحديد لف الجزء الثابت المراد تنشيطه. يتكون هذا المحرك الإلكتروني من ترانزستورات (2 لكل مرحلة) والتي يتم تشغيلها عبر معالج دقيق.

BLDC-DC

يتفاعل المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس الدائم مع المجال الناتج عن التيار في لفات الجزء الثابت ، مما ينتج عنه عزم دوران ميكانيكي. تقوم دائرة التبديل الإلكترونية أو محرك الأقراص بتبديل تيار الإمداد إلى الجزء الثابت وذلك للحفاظ على زاوية ثابتة من 0 إلى 90 درجة بين الحقول المتفاعلة. يتم تثبيت مستشعرات القاعة في الغالب على الجزء الثابت أو على الدوار. عندما يمر الدوار عبر مستشعر القاعة ، بناءً على القطب الشمالي أو الجنوبي ، فإنه يولد إشارة عالية أو منخفضة. بناءً على مجموعة هذه الإشارات ، يتم تحديد الملف المراد تنشيطه. من أجل الحفاظ على تشغيل المحرك ، يجب أن يتحول المجال المغناطيسي الناتج عن الملفات إلى موضعه ، حيث يتحرك الدوار ليلحق بمجال الجزء الثابت.

دائرة كهربائية

في محرك تيار مستمر بدون فرش مكون من 4 أقطاب و 2 طور ، يتم استخدام مستشعر قاعة واحدة ، والذي يتم تضمينه في الجزء الثابت. أثناء دوران الدوار ، يستشعر مستشعر القاعة الموضع ويطور إشارة عالية أو منخفضة ، اعتمادًا على قطب المغناطيس (شمالًا أو جنوبًا). يتم توصيل مستشعر القاعة عن طريق المقاوم بالترانزستورات. عندما تحدث إشارة جهد عالٍ عند خرج المستشعر ، يبدأ الترانزستور المتصل بالملف A بالتوصيل ، مما يوفر مسار تدفق التيار وبالتالي تنشيط الملف A. يبدأ المكثف بالشحن إلى جهد الإمداد الكامل. عندما يكتشف مستشعر القاعة تغيرًا في قطبية الدوار ، فإنه يطور إشارة جهد منخفض عند خرجه وبما أن الترانزستور 1 لا يحصل على أي إمداد ، فهو في حالة قطع. الجهد المتطور حول المكثف هو Vcc ، وهو جهد الإمداد إلى 2^{اختصار الثاني}الترانزستور ، والملف B يتم تنشيطه الآن ، حيث يمر التيار عبره.

تحتوي محركات BLDC على مغناطيس دائم ثابت ، والذي يدور ومُحرك ثابت ، مما يلغي مشاكل توصيل التيار بالدوران المتحرك. وربما يكون عدد الأقطاب الموجودة على الجزء المتحرك أكبر من تلك الموجودة في الجزء الثابت أو محركات التردد. قد يكون الأخير بدون مغناطيس دائم ، فقط الأقطاب التي يتم تحفيزها على الدوار ثم يتم سحبها في ترتيب بواسطة لفات الجزء الثابت الموقوت. تحل وحدة التحكم الإلكترونية محل مجموعة الفرشاة / المبدل لمحرك التيار المستمر المصقول ، والذي يقوم باستمرار بتحويل المرحلة إلى اللفات للحفاظ على دوران المحرك. تقوم وحدة التحكم بتوزيع طاقة موقوت مقارن باستخدام دائرة صلبة بدلاً من نظام الفرشاة / المبدل.

محرك BLDC

7 مزايا لمحركات DC بدون فرشات

سرعة أفضل مقابل خصائص عزم الدوران
استجابة ديناميكية عالية
كفاءة عالية
عمر تشغيل طويل بسبب نقص الفقد الكهربائي والاحتكاك
عملية بلا ضوضاء
نطاقات سرعة أعلى

التطبيقات:

انخفضت تكلفة محرك DC بدون فرشات منذ تقديمه ، بسبب التقدم في المواد والتصميم. هذا الانخفاض في التكلفة ، إلى جانب النقاط المحورية العديدة التي يمتلكها على محرك Brush DC ، يجعل محرك DC بدون فرشات مكونًا شائعًا في العديد من التطبيقات المميزة. تشمل التطبيقات التي تستخدم محرك BLDC ، ولكنها غير مقيدة بما يلي:

مستهلكى الكترونيات
ينقل
التدفئة والتهوية
هندسة صناعية
هندسة النماذج

مبدأ العمل

مبادئ عمل محركات BLDC هي نفسها بالنسبة لمحرك DC المصقول ، أي ملاحظات موضع العمود الداخلي. في حالة محرك DC المصقول ، يتم تنفيذ التغذية الراجعة باستخدام مبدل ميكانيكي وفرشاة. داخل محرك BLDC ، يتم تحقيق ذلك باستخدام مستشعرات ردود فعل متعددة. في محركات BLDC ، نستخدم في الغالب مستشعر تأثير هول ، عندما تمر أقطاب مغناطيسية دوارة بالقرب من مستشعر القاعة ، فإنها تولد إشارة عالية أو منخفضة المستوى ، والتي يمكن استخدامها لتحديد موضع العمود. إذا تم عكس اتجاه المجال المغناطيسي ، فإن الجهد المتطور سينعكس أيضًا.

التحكم في محرك BLDC

يتم تنفيذ وحدة التحكم عن طريق الإلكترونيات الدقيقة ولديها العديد من الخيارات عالية التقنية. يمكن تنفيذ ذلك باستخدام وحدة تحكم دقيقة ، أو وحدة تحكم دقيقة مخصصة ، أو وحدة إلكترونية دقيقة متصلة بأسلاك صلبة ، أو PLC ، أو وحدة أخرى مماثلة.

لا تزال وحدة التحكم التناظرية تستخدم ، ولكن لا يمكن معالجة رسائل الملاحظات والتحكم وفقًا لذلك. باستخدام هذا النوع من دوائر التحكم ، من الممكن تنفيذ خوارزميات تحكم عالية الأداء ، مثل التحكم في النواقل ، والتحكم الميداني ، والتحكم عالي السرعة ، وكلها مرتبطة بالحالة الكهرومغناطيسية للمحرك. علاوة على ذلك ، يتم أيضًا تنفيذ التحكم في الحلقة الخارجية لمتطلبات الديناميكيات المختلفة مثل أدوات التحكم في المحرك المنزلق ، والتحكم التكيفي ، والتحكم التنبئي ... إلخ.

إلى جانب كل ذلك ، نجد PIC عالية الأداء (الدوائر المتكاملة للطاقة) ، ASIC (الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات) ... إلخ. يمكن أن يبسط بشكل كبير بناء وحدة التحكم ووحدة الطاقة الإلكترونية. على سبيل المثال ، لدينا اليوم منظم PWM (تعديل عرض النبض) في دائرة متكاملة واحدة يمكنها استبدال وحدة التحكم بأكملها في بعض الأنظمة. يمكن أن يوفر برنامج التشغيل المركب IC الحل الكامل لقيادة جميع مفاتيح الطاقة الستة في محول ثلاثي الطور. هناك العديد من الدوائر المتكاملة المماثلة مع إضافة المزيد والمزيد يومًا بعد يوم. في نهاية اليوم ، من المحتمل أن يتضمن تجميع النظام جزءًا فقط من برنامج التحكم مع وصول جميع الأجهزة إلى الشكل والشكل المناسبين.

يمكن استخدام موجة PWM (تعديل عرض النبض) للتحكم في سرعة المحرك. هنا يتم إعطاء متوسط الجهد أو أن متوسط التيار المتدفق عبر المحرك سيتغير اعتمادًا على وقت التشغيل والإيقاف للنبضات التي تتحكم في سرعة المحرك ، أي أن دورة عمل الموجة تتحكم في سرعتها. عند تغيير دورة العمل (وقت التشغيل) ، يمكننا تغيير السرعة. عن طريق تبديل منافذ الإخراج ، فإنه سيغير اتجاه المحرك بشكل فعال.

التحكم في السرعة

يعد التحكم في سرعة محرك BLDC ضروريًا لجعل المحرك يعمل بالمعدل المطلوب. يمكن التحكم في سرعة محرك التيار المستمر بدون فرش عن طريق التحكم في جهد التيار المستمر. كلما زاد الجهد ، زادت السرعة. عندما يعمل المحرك في الوضع العادي أو يعمل بأقل من السرعة المقدرة ، يتم تغيير جهد دخل المحرك من خلال نموذج PWM. عندما يتم تشغيل المحرك فوق السرعة المقدرة ، يضعف التدفق عن طريق دفع التيار الخارج.

يمكن أن يكون التحكم في السرعة عبارة عن تحكم في سرعة الحلقة المغلقة أو حلقة مفتوحة.

فتح التحكم في سرعة الحلقة - يتضمن ببساطة التحكم في جهد التيار المستمر المطبق على أطراف المحرك عن طريق تقطيع جهد التيار المستمر. ومع ذلك ، ينتج عن هذا شكل من أشكال القيود الحالية.

التحكم في سرعة الحلقة المغلقة - يتضمن التحكم في جهد إمداد الدخل من خلال التغذية المرتدة للسرعة من المحرك. وبالتالي يتم التحكم في جهد التغذية اعتمادًا على إشارة الخطأ.

“ما هي الدائرة الالكترونية ”

يتكون التحكم في سرعة الحلقة المغلقة من ثلاثة مكونات أساسية.

دارة PWM لتوليد نبضات PWM المطلوبة. يمكن أن يكون إما متحكم دقيق أو مؤقت IC.
جهاز استشعار لاستشعار سرعة المحرك الفعلية. يمكن أن يكون مستشعر تأثير القاعة أو مستشعر الأشعة تحت الحمراء أو المشفر البصري.
محرك للتحكم في تشغيل المحرك.

يمكن أن تكون تقنية تغيير جهد الإمداد بناءً على إشارة الخطأ إما من خلال تقنية التحكم في pid أو باستخدام منطق ضبابي.

تطبيق للتحكم في سرعة محرك DC بدون فرشات

التحكم في محرك BLDC DC

يتم التحكم في تشغيل المحرك باستخدام optocoupler وترتيب MOSFET ، حيث يتم التحكم في طاقة التيار المستمر من خلال تقنية PWM من وحدة التحكم الدقيقة. أثناء دوران المحرك ، تضيء الأشعة تحت الحمراء الموجودة في عمودها بضوء أبيض بسبب وجود بقعة بيضاء على عمودها وتعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء. يستقبل الثنائي الضوئي ضوء الأشعة تحت الحمراء هذا ويخضع لتغيير في مقاومته ، مما يتسبب في حدوث تغيير في جهد الإمداد للترانزستور المتصل ويتم إعطاء نبضة للميكروكونترولر لتوليد عدد الدورات في الدقيقة. يتم عرض هذه السرعة على شاشة LCD.

يتم إدخال السرعة المطلوبة في لوحة المفاتيح الموصولة بوحدة التحكم الدقيقة. الفرق بين السرعة المحسوسة والسرعة المرغوبة هو إشارة الخطأ ويولد المتحكم الدقيق إشارة PWM وفقًا لإشارة الخطأ ، بناءً على المنطق الضبابي لإعطاء دخل طاقة التيار المستمر للمحرك.

وبالتالي ، باستخدام التحكم في الحلقة المغلقة ، يمكن التحكم في سرعة محرك التيار المستمر بدون فرشاة ويمكن جعله يدور بأي سرعة مطلوبة.

مصدر الصورة: