مبادئ محركات DC (BLDC) بدون فرشاة والطريقة الصحيحة لاستخدامها

المحرك الأساسي هو 'محرك DC (محرك الفرشاة) '. من خلال وضع لفائف في مجال مغناطيسي وتمرير تيار متدفق من خلاله ، سيتم صد الملف بواسطة الأعمدة المغناطيسية على جانب واحد وينجذب إلى الجانب الآخر في نفس الوقت ، وسوف يستمر في الدوران تحت هذا الإجراء. أثناء الدوران ، يتم عكس التيار يتدفق عبر الملف ، مما تسبب في تدويره بشكل مستمر. يوجد جزء من المحرك يسمى 'Skyorator ' الذي يتم تشغيله بواسطة 'Brushes ' ، والتي يتم وضعها فوق معدات التوجيه 'وتتحرك بشكل مستمر أثناء تدويرها. عن طريق تغيير موضع الفرش ، يمكن تغيير اتجاه التيار. المتسابق والفرش هي هياكل لا غنى عنها لدوران محرك DC.

الشكل 1: رسم تخطيطي لتشغيل محرك DC (محرك مصقول).

يقوم المتسابق بتبديل تدفق التيار في الملف ، مما يؤدي إلى عكس اتجاه الأعمدة بحيث يدورون دائمًا إلى اليمين. تزود الفرش من طاقة المتزايد التي تدور مع العمود.

محركات نشطة في العديد من الحقول

قمنا بتصنيف المحركات حسب نوع مصدر الطاقة ومبدأ الدوران (الشكل 2). دعونا نلقي نظرة موجزة على خصائص واستخدامات كل نوع من المحرك.

الشكل 2: الأنواع الرئيسية من المحركات

غالبًا ما يتم استخدام محركات DC (المحركات المصقولة) ، والتي تكون بسيطة وسهلة التحكم ، لتطبيقات مثل فتح وإغلاق صواني القرص البصرية في الأجهزة المنزلية. كما أنها تستخدم في السيارات لتطبيقات مثل فتح وإغلاق المرايا الكهربائية والتحكم في الاتجاه. على الرغم من أنها غير مكلفة ويمكن استخدامها في العديد من الحقول ، إلا أنها لها عيوبها. نظرًا لأن المتسابق يتلامس مع الفرش ، فإنه يحتوي على فترة حياة قصيرة ويجب استبدال الفرش بشكل دوري أو تحت الضمان.

سوف يدور محرك السائر مع عدد النبضات الكهربائية المرسلة إليها. يعتمد كمية الحركة على عدد النبضات الكهربائية المرسلة إليها ، مما يجعلها مناسبة لتعديل الموضع.

غالبًا ما يتم استخدامه في المنزل من أجل التغذية الورقية لآلات الفاكس والطابعات '، وما إلى ذلك ، نظرًا لأن خطوات التغذية لآلة الفاكس تعتمد على المواصفات (النقش ، الدقة) ، فإن محرك التنقل الذي يدور مع عدد الدوافع الكهربائية سهل الاستخدام للغاية. من السهل حل المشكلة التي يتوقفها الجهاز مؤقتًا بمجرد توقف الإشارة. يتم استخدام المحركات المتزامنة ، التي يختلف عدد دوراتها مع تواتر مزود الطاقة ، في تطبيقات مثل الجداول الدوارة لأفران الميكروويف.

تحتوي مجموعة المحركات على مخفض للعتاد للحصول على عدد الدورات المناسبة لتدفئة الطعام. تتأثر المحركات التعريفية أيضًا بتكرار مصدر الطاقة ، لكن التردد وعدد الثورات لا يتزامن. في الماضي ، تم استخدام محركات التيار المتردد هذه في الجماهير أو الغسالات.

كما ترون ، فإن مجموعة واسعة من المحركات نشطة في العديد من الحقول. ما هي خصائص محركات BLDC (المحركات بدون فرش ) التي تجعلها متعددة الاستخدامات؟

كيف يدور محرك BLDC؟

و 'bl ' في تعني Motors BLDC 'Brushless ' ، مما يعني أن 'الفرش ' في محركات العاصمة (محركات الفرشاة) لم تعد موجودة. دور الفرش في محركات العاصمة (محركات الفرشاة) هو تنشيط الملفات في الدوار من خلال المتسابق. فكيف يقوم محرك BLDC بدون فرش بتنشيط الملفات في الدوار؟ اتضح أن محركات BLDC تستخدم مغناطيسًا دائم للدوار ، ولا يوجد ملف في الدوار. نظرًا لعدم وجود لفائف في الدوار ، فليس هناك حاجة للركاب والفرش لتنشيط المحرك. بدلاً من ذلك ، يتم استخدام الملف كجهة الجزء الثابت (الشكل 3).

لا يتحرك المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة المغناطيس الدائم الثابت في محرك DC (محرك الفرشاة) ويدور عن طريق التحكم في المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة الملف (الدوار) بداخله. يتم تغيير عدد الدورات عن طريق تغيير الجهد. الدوار لمحرك BLDC هو مغناطيس دائم ، ويتم تدوير الدوار عن طريق تغيير اتجاه المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة الملفات المحيطة به. يتم التحكم في دوران الدوار عن طريق التحكم في اتجاه وحجم التيار يتدفق عبر الملفات.

الشكل 3: رسم تخطيطي لتشغيل محرك BLDC.

   

مزايا BLDC Motors

تحتوي محركات BLDC على ثلاث لفائف على الجزء الثابت ، ولكل منها سلكين ، ليصبح المجموع ستة أسلاك الرصاص في المحرك. في الواقع ، عادة ما تكون هناك حاجة إلى ثلاثة أسلاك فقط لأنها سلكية داخليًا ، لكنها لا تزال أكثر من محرك DC الموصوف مسبقًا (محرك مصقول). لن يتحرك بحتة عن طريق توصيل أطراف البطارية الإيجابية والسلبية. فيما يتعلق بكيفية تشغيل أ سيتم شرح محرك BLDC في الدفعة الثانية من هذه السلسلة. هذه المرة سنركز على مزايا محركات BLDC.

السمة الأولى لمحرك BLDC هي 'الكفاءة العالية '. من الممكن التحكم في قوة الدوران (عزم الدوران) للحفاظ على الحد الأقصى لقيمة في جميع الأوقات ، في حين مع محركات التيار المستمر (محركات الفرشاة) ، لا يمكن الحفاظ على أقصى عزم دوران فقط للحظة واحدة أثناء الدوران ، ولا يمكن الحفاظ على الحد الأقصى للقيمة في جميع الأوقات. إذا أراد محرك DC (محرك الفرشاة) الحصول على أكبر قدر من عزم الدوران مثل محرك BLDC ، فيمكنه زيادة مغناطيسه فقط. هذا هو السبب في أن محرك BLDC صغير يمكن أن ينتج الكثير من الطاقة.

الميزة الثانية هي 'قابلية التحكم الجيدة ' ، والتي ترتبط بالسلطة الأولى. يمكن لـ BLDC Motors الحصول على عزم الدوران ، وعدد الثورات ، وما إلى ذلك ، تمامًا كما تريد أن تكون ، ويمكن لمحركات BLDC إطعام العدد المستهدف من الثورات وعزم الدوران وما إلى ذلك. التحكم الدقيق يمنع توليد الحرارة واستهلاك الطاقة للمحرك. في حالة محرك البطارية ، من الممكن تمديد وقت القيادة عن طريق التحكم الدقيق. بالإضافة إلى ذلك ، يتميز بالمتانة والضوضاء الكهربائية المنخفضة. النقطتين أعلاه هما المزايا التي جلبتها فرش.

من ناحية أخرى ، تخضع محركات التيار المستمر (المحركات المصقولة) للبلى بسبب التلامس بين الفرش والركاب على مدى فترة طويلة من الزمن. جزء الاتصال يولد أيضا شرارات. خاصة عندما تلامس الفجوة في المتسابق الفرشاة ، ستكون هناك شرارة وضوضاء ضخمة. إذا كنت لا تريد إنشاء الضوضاء أثناء الاستخدام ، فسيتم النظر في محرك BLDC.

يتم استخدام محركات BLDC في هذه المناطق

أين هي محركات BLDC ذات الكفاءة العالية ، والتعامل متعدد الاستخدامات ، والحياة الطويلة المستخدمة بشكل عام؟ غالبًا ما يتم استخدامها في المنتجات التي يمكنها الاستفادة من كفاءتها العالية وعمرها الطويل وتستخدم بشكل مستمر. على سبيل المثال ، الأجهزة المنزلية. كان الناس يستخدمون الغسالات ومكيفات الهواء لفترة طويلة. في الآونة الأخيرة ، تم اعتماد محركات BLDC لمحبي الكهرباء ، وقد نجحت في تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير.

بسبب الكفاءة العالية تم تقليل استهلاك الطاقة. تستخدم محركات BLDC أيضًا في عمال النظافة الفراغية. في إحدى الحالات ، من خلال تغيير نظام التحكم ، تم تحقيق زيادة كبيرة في عدد الثورات. يوضح هذا المثال إمكانية التحكم الجيدة لمحركات BLDC.

تستخدم محركات BLDC أيضًا في الجزء الدوار من الأقراص الصلبة ، والتي تعد وسائط تخزين مهمة. نظرًا لأنه محرك يحتاج إلى الركض لفترة طويلة ، فإن المتانة مهمة. بالطبع ، لديها أيضًا الغرض من قمع استهلاك الطاقة للغاية. ترتبط الكفاءة العالية هنا أيضًا بانخفاض استهلاك الكهرباء.

هناك العديد من الاستخدامات لمحركات BLDC

من المتوقع استخدام محركات BLDC في مجموعة واسعة من الحقول ، وسيتم استخدامها في مجموعة واسعة من الروبوتات الصغيرة ، وخاصة 'روبوتات الخدمة ' التي توفر الخدمات في مناطق أخرى غير التصنيع. 'تحديد المواقع أمر مهم للروبوتات ، لذلك لا ينبغي لنا أن نستخدم المحركات التي تعمل مع عدد النبضات الكهربائية؟ ' قد يعتقد المرء ذلك. ومع ذلك ، من حيث التحكم في القوة ، فإن محركات BLDC أكثر ملاءمة. بالإضافة إلى ذلك ، إذا تم استخدام محركات السائر ، فيجب تزويد هيكل مثل معصم الروبوت بكمية كبيرة من التيار حتى يتم إصلاحها في وضع معين. مع Motors BLDC ، يمكن توفير الطاقة المطلوبة فقط بالتزامن مع قوة خارجية ، وبالتالي كبح استهلاك الطاقة.

يمكن أيضًا استخدامه في النقل. منذ فترة طويلة تم استخدام محركات DC البسيطة في السيارات الكهربائية أو عربات الجولف للمسنين ، ولكن تم اعتماد محركات BLDC عالية الكفاءة في الآونة الأخيرة مع إمكانية التحكم الجيدة. تستخدم محركات BLDC أيضًا في الطائرات بدون طيار. لا سيما في الطائرات بدون طيار مع رفوف متعددة المحاور ، لأنه يتحكم في موقف الرحلة عن طريق تغيير عدد دورات المراوح ، محركات BLDC التي يمكن أن تتحكم بدقة في التناوب.

ماذا عن ذلك؟ تعد محركات BLDC محركات ذات جودة عالية ذات كفاءة عالية ، وسيطرة جيدة وعمر طويل. ومع ذلك ، فإن تعظيم قوة محركات BLDC يتطلب تحكمًا مناسبًا. كيف يجب أن يتم ذلك؟

لا يمكن تدويرها عن طريق الاتصال وحده

محرك BLDC من النوع الدوار الداخلي هو نوع نموذجي من محرك BLDC ، وترد أدناه المظهر الخارجي والداخلي (الشكل 1). يحتوي محرك الفرشاة DC (المشار إليه فيما يلي باسم محرك DC) على ملف على الدوار ومغناطيس دائم من الخارج ، في حين أن محرك BLDC يحتوي على مغناطيس دائم على الدوار وملف في الخارج ، ومحرك BLCD له مغناطيس دائم بدون ملف على الدوار ، لذا لا داعي لتنشيط الدوار. هذا يجعل من الممكن إدراك نوع 'بدون فرش ' بدون فرش للتنشيط.

من ناحية أخرى ، مقارنة بمحركات التيار المستمر ، يصبح التحكم أكثر صعوبة. إنها ليست مجرد مسألة توصيل كابلات المحرك بمصدر الطاقة. حتى عدد الكابلات مختلفة. إنه ليس هو نفسه 'توصيل المحطات الإيجابية (+) والسلبية (-) إلى مزود الطاقة '.

الشكل 1: الخارجي والداخلي من محرك BLDC

الشكل 2-أ: مبدأ دوران محرك BLDC

يتم وضع ملف واحد في محرك BLDC على فترات 120 درجة ، لما مجموعه ثلاثة لفائف ، للتحكم في التيار في المرحلة أو الملف النشط

كما هو مبين في الشكل 2-أ ، تستخدم محركات BLDC ثلاث لفائف. تُستخدم هذه الملفات الثلاثة لتوليد تدفق مغناطيسي عند تنشيطه ويتم تسميته U و V و W. حاول تنشيط هذا الملف. يتم تسجيل المسار الحالي على Coil U (يشار إليه فيما يلي باسم 'Coil ') على أنه المرحلة U ، يتم تسجيل V كمرحلة V ، ويتم تسجيل W كما المرحلة W. ، انظر إلى المرحلة U. دعنا نلقي نظرة على المرحلة U. ومع ذلك ، في الواقع ، فإن مراحل U و V و W ليست هي نفسها مرحلة U.

ومع ذلك ، في الواقع ، ترتبط كابلات U و V و W ببعضها البعض ، لذلك لا يمكن تنشيط مرحلة U فقط. هنا ، فإن التنشيط من مرحلة U إلى مرحلة W سيولد تدفق مغناطيسي في U و W كما هو موضح في الشكل 2-C. يتم تصنيع التدفقات المغناطيسية من U و W في التدفق المغناطيسي الأكبر الموضح في الشكل 2-D. سيتم تدوير المغناطيس الدائم بحيث يكون هذا التدفق المغناطيسي المركب في نفس اتجاه القطب N للمغناطيس الدائم المركزي (الدوار).

الشكل 2-ب: مبدأ الدوران لمحرك BLDC

يتم تنشيط التدفق من الطور U إلى W-Phase. أولاً ، من خلال التركيز فقط على جزء U من الملف ، وجد أن التدفق المغناطيسي يتم إنشاؤه كما في الأسهم

الشكل 2-D: يمكن اعتبار مبدأ دوران محرك BLDC الذي يمرر الكهرباء من المرحلة U إلى المرحلة W على أنهما توليد تدفقات مغناطيسية تم تصنيعها

إذا تم تغيير اتجاه التدفق المغناطيسي المتردد ، يتم تغيير المغناطيس الدائم أيضًا. بالاقتران مع موضع المغناطيس الدائم ، قم بتبديل المرحلة التي يتم تنشيطها في المرحلة U و V-Phase و W-Phase لتغيير اتجاه التدفق المغناطيسي المتردد. إذا تم تنفيذ هذه العملية بشكل مستمر ، فسيتم تدوير التدفق المغناطيسي المصنوع ، وبالتالي توليد مجال مغناطيسي وتدوير الدوار.

تين. 3 يوضح العلاقة بين المرحلة النشطة والتدفق المغناطيسي الاصطناعية. في هذا المثال ، عن طريق تغيير وضع التنشيط من 1-6 بالتسلسل ، فإن التدفق المغناطيسي الاصطناعي سوف يدور في اتجاه عقارب الساعة. عن طريق تغيير اتجاه التدفق المغناطيسي المركب والتحكم في السرعة ، يمكن التحكم في سرعة الدوران للدوار. تسمى طريقة التحكم في المحرك عن طريق التبديل بين أوضاع التنشيط الستة هذه 'التحكم في تنشيط 120 درجة '.

الشكل 3: سوف تدور المغناطيس الدائم للدوار كما لو تم سحبها بواسطة تدفق مغناطيسي اصطناعي ، وسيتم تدوير عمود المحرك نتيجة لذلك

دوران ناعم باستخدام التحكم في موجة الجيب

بعد ذلك ، على الرغم من تدوير اتجاه التدفق المغناطيسي المركب تحت تحكم نشط 120 درجة ، لا يوجد سوى ستة اتجاهات مختلفة. على سبيل المثال ، إذا قمت بتغيير 'الوضع النشط 1 ' في الشكل 3 إلى 'الوضع النشط 2 ' ، فسيتغير اتجاه التدفق المغناطيسي الاصطناعي بمقدار 60 درجة. سوف الدوار بعد ذلك تدور كما لو انجذبت. بعد ذلك ، عن طريق التغيير من 'الوضع النشط 2 ' إلى 'الوضع النشط 3 ' ، سيتغير اتجاه التدفق المغناطيسي الاصطناعي مرة أخرى بمقدار 60 درجة. سيتم جذب الدوار مرة أخرى إلى هذا التغيير. سيتم تكرار هذه الظاهرة. ستصبح الحركة قاسية. في بعض الأحيان سيحدث هذا الإجراء أيضًا ضوضاء.

إن 'التحكم في الموجة الجيبية ' هو الذي يلغي أوجه القصور في تحكم تنشيط 120 درجة ويحقق دوران سلس. في التحكم في الطاقة 120 درجة ، يتم تثبيت التدفق المغناطيسي المصنوع في ستة اتجاهات. يتم التحكم فيه بحيث يختلف باستمرار. في المثال في الشكل 2-C ، تكون التدفقات التي تم إنشاؤها بواسطة U و W بنفس الحجم. ومع ذلك ، إذا كان يمكن التحكم بشكل أفضل في المرحلة U-Phase و V-Phase و W-Phase ، فيمكن أن يتم إجراء كل لفائف لتوليد تدفق مغناطيسي بأحجام مختلفة ، ويمكن التحكم في اتجاه التدفق المغناطيسي المتوليف بدقة. عن طريق ضبط الحجم الحالي لكل من الطور U و V-Phase و W-Phase ، يتم إنشاء تدفق مغناطيسي توليف في نفس الوقت. من خلال التحكم في الجيل المستمر من هذا التدفق ، يدور المحرك بسلاسة.

الشكل 4: التحكم في موجة الجيب في موجة الجيب

يمكن التحكم في التيار على 3 مراحل لتوليد تدفق مغناطيسي اصطناعي للدوران السلس. يمكن إنشاء تدفق مغناطيسي اصطناعي في اتجاه لا يمكن إنشاؤه عن طريق تحكم تنشيط 120 درجة

باستخدام العاكس للتحكم في محرك

ماذا عن التيارات في كل مرحلة من مراحل U و V و W؟ لتسهيل الفهم ، فكر مرة أخرى في السيطرة النشطة 120 درجة وإلقاء نظرة. انظر مرة أخرى في الشكل 3. في الوضع النشط 1 ، يتدفق التيار من U إلى W ؛ في الوضع النشط 2 ، يتدفق التيار من U إلى V. كما ترون ، كلما كان مزيج من الملفات التي يتغير فيها التدفقات الحالية ، يتغير اتجاه سهام التدفق الاصطناعية أيضًا.

بعد ذلك ، انظر إلى وضع التنشيط 4. في هذا الوضع ، يتدفق الحالية من W إلى U ، في الاتجاه المعاكس لوضع التنشيط 1. في يتم إجراء محركات DC ، وتبديل الاتجاه الحالي مثل هذا بواسطة مجموعة من متنقل وفرش. ومع ذلك ، لا تستخدم محركات BLDC طريقة جهة الاتصال هذه. يتم استخدام دائرة العاكس لتغيير اتجاه التيار. تُستخدم دوائر العاكس بشكل عام للتحكم في محركات BLDC.

تقوم دائرة العاكس بضبط القيمة الحالية عن طريق تغيير الجهد المطبق في كل مرحلة. بالنسبة لضبط الجهد ، يتم استخدام PWM (PulseWidThmodulation = تعديل عرض النبض) بشكل شائع. PWM هي وسيلة لتغيير الجهد عن طريق ضبط مدة وقت النبض على/إيقاف ، وما هو مهم هو تغيير النسبة (دورة العمل) بين الوقت والوقت خارج. إذا كانت النسبة عالية ، فإن نفس تأثير زيادة الجهد يمكن الحصول عليه. إذا انخفضت النسبة ON ، يتم الحصول على نفس تأثير تخفيض الجهد (الشكل 5).

من أجل إدراك PWM ، تتوفر الآن أجهزة الحواسيب الصغيرة المجهزة بأجهزة مخصصة. لأداء التحكم في موجة الجيب ، من الضروري التحكم في الفولتية من 3 مراحل ، وبالتالي فإن البرنامج أكثر تعقيدًا قليلاً من التحكم النشط 120 درجة حيث يتم تنشيط مرحلتين فقط. العاكس هو دائرة ضرورية لقيادة محرك BLDC. يتم استخدام المحولات أيضًا في محركات AC ، ولكن يمكن افتراض أن جميع محركات BLDC تقريبًا تستخدم في ما يسمى الأجهزة المنزلية من نوع العاكس.

الشكل 5: العلاقة بين إخراج PWM وجهد الخرج

قم بتغيير الوقت في وقت معين لتغيير قيمة RMS للجهد.

كلما طال الوقت في الوقت المحدد ، كلما كانت قيمة RMS أقرب إلى الجهد عند تطبيق جهد 100 ٪ (في الوقت المحدد).

محركات BLDC التي تستخدم مستشعرات الموضع: أعلاه هي نظرة عامة على التحكم في محركات BLDC ، والتي تغير اتجاه التدفق المغناطيسي المتردد الناتج عن الملفات ، مما تسبب في تغيير المغناطيس الدائم للدوار وفقًا لذلك.

في الواقع ، هناك نقطة أخرى لم يتم ذكرها في الوصف أعلاه. وهذا هو ، وجود أجهزة استشعار في محركات BLDC. يتم التحكم في محركات BLDC بالاقتران مع موضع (زاوية) الدوار (المغناطيس الدائم). لذلك ، من الضروري استشعار للحصول على موضع الدوار. إذا لم يكن هناك مستشعر لمعرفة اتجاه المغناطيس الدائم ، فقد يتحول الدوار في اتجاه غير متوقع. ليس هذا هو الحال عندما يكون هناك مستشعر لتوفير المعلومات.

يوضح الجدول 1 الأنواع الرئيسية من أجهزة الاستشعار للكشف عن الموضع في محركات BLDC. اعتمادًا على طريقة التحكم ، هناك حاجة إلى أجهزة استشعار مختلفة. بالنسبة للتحكم في تنشيط 120 درجة ، يتم تجهيز مستشعر تأثير القاعة الذي يمكنه إدخال إشارة كل 60 درجة لتحديد المرحلة التي يجب تنشيطها. من ناحية أخرى ، بالنسبة إلى 'Control ' (الموصوف في القسم التالي) ، والذي يتحكم بدقة في التدفق المغناطيسي المتردد ، فإن أجهزة الاستشعار عالية الدقة مثل أجهزة استشعار الزاوية أو عمليات الترميز الكهروضوئية أكثر فعالية.

إن استخدام هذه المستشعرات يجعل من الممكن اكتشاف الموضع ، ولكن هناك بعض العيوب. المستشعرات أقل مقاومة للغبار والصيانة ضرورية. كما يتم تقليل نطاق درجة الحرارة التي يمكن استخدامها. يؤدي استخدام المستشعرات أو إضافة الأسلاك لهذا الغرض إلى ارتفاع التكاليف ، وأجهزة استشعار عالية الدقة باهظة الثمن بطبيعتها. أدى ذلك إلى إدخال طريقة 'Sensorless '. لا يستخدم مستشعر للكشف عن الموضع ، وبالتالي التحكم في التكاليف والتخلص من الحاجة إلى الصيانة المتعلقة بالمستشعر. ومع ذلك ، لغرض توضيح المبدأ ، من المفترض أن يتم الحصول على المعلومات من مستشعر الموضع.

نوع المستشعر	التطبيقات الرئيسية	صفات
مستشعر تأثير القاعة	120 درجة تحكم نشط	يكتسب إشارة كل 60 درجة. سعر منخفض. لا مقاومة للحرارة.
المشفر البصري	التحكم في موجة الجيب ، والتحكم في المتجه	هناك نوعان: النوع التزايدي (المعروف المسافة من الوضع الأصلي) والنوع المطلق (زاوية الموضع الحالي معروفة). القرار مرتفع ، لكن مقاومة الغبار ضعيفة.
مستشعر الزاوية	التحكم في موجة الجيب ، والتحكم في المتجه	دقة عالية. يمكن استخدامها حتى في البيئات الوعرة والقاسية.

الجدول 1: أنواع وخصائص أجهزة الاستشعار المتخصصة للكشف عن الموقف

يتم الحفاظ على كفاءة عالية في جميع الأوقات عن طريق التحكم في المتجهات

يغير التحكم في موجة الجيب بسلاسة اتجاه التدفق المغناطيسي المصنوع عن طريق تنشيط 3 مراحل ، وبالتالي فإن الدوار سوف يدور بسلاسة. مفاتيح التحكم في تنشيط 120 درجة 2 من المرحلة U و V-Phase و W-Phase لتدوير المحرك ، في حين أن التحكم الجيبي يتطلب تحكمًا دقيقًا في التيارات في المراحل الثلاث. علاوة على ذلك ، فإن قيمة التحكم هي قيمة AC التي تتغير طوال الوقت ، مما يجعل التحكم أكثر صعوبة.

هذا هو المكان الذي يأتي فيه التحكم في المتجه. يقوم التحكم في المتجه بتبسيط التحكم عن طريق حساب قيم التيار المتردد للمراحل الثلاث مثل قيم التيار المستمر للمرحلتين من خلال التحول الإحداثي. ومع ذلك ، تتطلب حسابات التحكم في المتجه معلومات موضع الدوار بدقة عالية. هناك طريقتان للكشف عن الموضع ، وهما الطريقة التي تستخدم أجهزة استشعار الموضع مثل الترميز الكهروضوئي أو أجهزة استشعار الزاوية ، وطريقة مستشعرها التي تستخلص القيم الحالية لكل مرحلة. يسمح هذا التحول الإحداثي بالتحكم المباشر في القيمة الحالية المرتبطة بعزم الدوران (قوة الدوران) ، وبالتالي تحقيق تحكم فعال دون فائض تيار.

ومع ذلك ، يتطلب التحكم في المتجه تحويل الإحداثيات باستخدام وظائف المثلثية أو معالجة الحساب المعقدة. لذلك ، في معظم الحالات ، يتم استخدام الحواسيب الدقيقة ذات الطاقة الحسابية العالية كحواضيات مصغرة للتحكم ، مثل الحواسيب الصغيرة المزودة بـ FPUs (وحدات النقطة العائمة).

يعد محرك DC بدون فرش (BLDC: BrushdirectCurrentMotor) ، والمعروف أيضًا باسم محرك مركبة إلكترونيًا (ECM أو EC محرك) أو محرك DC متزامن ، نوعًا من المحرك المتزامن الذي يستخدم مصدر طاقة تيار مباشر (DC).

يعد محرك DC بدون فرش (BLDC: محرك تيار مباشر بدون فرش) محركًا متزامنًا دائم المغناطيس مع ردود الفعل التي تستخدم مدخلات طاقة DC وعاكس لتحويله إلى مزود طاقة AC ثلاثي الطور. أ المحرك بدون فرش (BLDC: محرك DirectCurrent بدون فرش) هو نوع مخصص ذاتيًا (تبديل التوجيه الذاتي) وبالتالي فهو أكثر تعقيدًا للتحكم.

https://www.holrymotor.com/brushless-motors.html

يتطلب التحكم في محرك BLDC (BrushdirectCurrentMotor) معرفة موضع الدوار والآلية التي يتم من خلالها تصحيح المحرك وتوجيهه. للتحكم في سرعة الحلقة المغلقة ، هناك متطلبات إضافية ، قياس سرعة الدوار/ أو تيار المحرك وإشارة PWM للتحكم في طاقة سرعة المحرك.

يمكن لـ BLDC Motors (BrushDirectCurrentMotor) استخدام إشارات PWM ذات المحاذاة الجانبية أو المحاذاة المركزية وفقًا لمتطلبات التطبيق. ستستخدم معظم التطبيقات التي تتطلب تغيير السرعة فقط ستة إشارات PWM جانبية منفصلة. هذا يوفر أعلى دقة. إذا كان التطبيق يتطلب وضع الخادم أو فرملة الطاقة أو انعكاس الطاقة ، يوصى بإشارات PWM المحاذاة المركز الإضافي.

لاستشعار موضع الدوار ، استخدم Motors BLDC (BrushDirectCurrentMotor) أجهزة استشعار تأثير القاعة لتوفير استشعار الموقف المطلق. ينتج عن هذا استخدام المزيد من الأسلاك وتكلفة أعلى. يزيل التحكم في Sensorless BLDC الحاجة إلى أجهزة استشعار القاعة ويستخدم بدلاً من ذلك قوة محرك الكهروموتيف (قوة الميل الكهربائي) للتنبؤ بوضع الدوار. يعد التحكم بدون استشعار أمرًا ضروريًا لتطبيقات السرعة المتغيرة منخفضة التكلفة مثل المعجبين والمضخات. مطلوب التحكم بدون استشعار أيضًا لضواغط الثلاجة والتكييف عند استخدام محركات BLDC (محركات التيار المباشر بدون فرش).

هناك كل أنواع المحركات ، ومحرك BLDC هو المحرك الأكثر مثالية للسرعة المتوفرة اليوم. فهو يجمع بين مزايا محركات التيار المستمر ومحركات التيار المتردد ، مع أداء التعديل الجيد لمحركات التيار المستمر ومزايا محركات التيار المتردد مثل الهيكل البسيط ، لا تشرف ، تشغيل موثوق وسهولة الصيانة. لذلك ، تحظى بشعبية كبيرة في السوق وتستخدم على نطاق واسع في السيارات والأجهزة المنزلية والمعدات الصناعية وغيرها من المجالات.

يتغلب محرك DC بدون فرش على العيوب المتأصلة في محرك الفرشاة DC ويحل محل المتدرب الميكانيكي مع ركاب إلكتروني ، لذلك يتمتع محرك DC بدون فرش بخصائص محرك DC مع أداء تنظيم جيد للسرعة ، كما أنه يتمتع بمزايا محرك AC بهيكل بسيط ، لا تبرز ، تشغيل موثوق وسهلة الصيانة.

يعد محرك DC بدون فرش (BrushdirectCurrentMotor) محرك التحكم في السرعة الأكثر مثالية اليوم. فهو يجمع بين مزايا محركات التيار المستمر ومحركات التيار المتردد ، مع أداء التعديل الجيد لمحركات التيار المستمر ومزايا محركات التيار المتردد ، مثل الهيكل البسيط ، لا تشرب التنقل ، التشغيل الموثوق به وسهولة الصيانة.

محرك التيار المباشر بدون فرش (BrushdirectCurrentMotor) تاريخ التطوير

يتم تطوير محركات DC بدون فرش على أساس محركات الفرشاة ، وهيكلها أكثر تعقيدًا من محركات الفرشاة. يتكون محرك DC بدون فرش من جسم محرك وسائق. يختلف عن محرك DC المصقول ، لا يستخدم محرك DC بدون فرش (BrushdirectCurrentMotor) جهاز الفرشاة الميكانيكية ، ولكنه يعتمد محركًا متزامنًا دائمًا في مجال ضبط النفس ، ويستبدل متنقل فرشاة الكربون مع مستشعر القاعة ، ويستخدم البورون النيوديميوم-البورون الدائم للدوار. (تجدر الإشارة إلى أنه في وقت ولادة المحرك الكهربائي في القرن الماضي ، كانت المحركات العملية التي نشأت من الشكل بدون فرش.)

1740s: بداية اختراع المحرك الكهربائي

ظهرت النماذج المبكرة للمحرك الكهربائي لأول مرة في الأربعينيات من القرن الماضي من خلال عمل العالم الاسكتلندي أندرو جوردون. واصل العلماء الآخرون ، مثل مايكل فاراداي وجوزيف هنري ، تطوير محركات مبكرة ، وتجربة الحقول الكهرومغناطيسية واكتشاف كيفية تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.

1832: اختراع أول ركاب العاصمة

تم اختراع أول محرك DC الذي يمكن أن يوفر طاقة كافية لقيادة الآلات من قبل الفيزيائي البريطاني وليام ستورجيون في عام 1832 ، لكن تطبيقه كان محدودًا للغاية بسبب انخفاض إنتاج الطاقة ، والذي كان لا يزال معيبًا تقنيًا.

1834: تم بناء أول محرك كهربائي حقيقي

على خطى ستورجيون ، قام توماس دافنبورت من فيرمونت ، الولايات المتحدة الأمريكية ، بتاريخ اختراع أول محرك كهربائي رسمي يعمل بالبطارية في عام 1834. كان أول محرك كهربائي يتمتع بسلطة كافية لأداء مهمته ، واستخدم اختراعه في صياغة مطبعة صغيرة.

محرك Homas و Emily Davenport الحاصل على براءة اختراع

1886: اختراع محرك العاصمة العملي    

في عام 1886 ، تم تقديم أول محرك عملي الذي يمكن أن يعمل بسرعة ثابتة مع وزن متغير. كان فرانكوليان سبراغ مخترعها.

فرانك جوليان سبراغ 'فائدة ' المحرك

تجدر الإشارة إلى أن محرك المنفعة كان شكلًا بدون فرش من المحرك غير المتزامن للسنجاب AC ، والذي لم يزيل فقط الشرر وفقدان الجهد في أطراف اللف ، ولكن أيضًا سمح بتسليم الطاقة بسرعة ثابتة. ومع ذلك ، كان للمحرك غير المتزامن العديد من العيوب التي لا يمكن التغلب عليها ، بحيث كان تطوير تكنولوجيا المحركات بطيئة.

1887: حاصل على براءة اختراع حاصلة على براءة اختراع

في عام 1887 ، اخترع Nikola Tesla محرك AC التعريفي (AcinductionMotor) ، الذي نجح في براءة اختراع بعد عام. لم يكن مناسبًا للاستخدام في المركبات على الطرق ، ولكن تم تكييفه لاحقًا من قبل مهندسي Westinghouse. في عام 1892 ، تم تصميم أول محرك تعريفي عملي ، يليه دوار دوار جرح ، مما يجعل المحرك مناسبًا لتطبيقات السيارات.

1891: تطوير المحرك ثلاثي الطور

في عام 1891 ، بدأت شركة جنرال إلكتريك تطوير محرك التعريفي ثلاثي الطور (Threephasemotor). من أجل الاستفادة من تصميم الجرح الدوار ، وقعت GE و Westinghouse اتفاقية الترخيص في عام 1896.

1955: بداية عصر الحركية بدون فرش

في عام 1955 ، الولايات المتحدة د. تقدم هاريسون وآخرون لأول مرة بخط تخفيف الترانزستور بدلاً من براءة اختراع الفرشاة الميكانيكية للفرشاة الميكانيكية للفرشاة ، مما يمثل رسميًا ولادة محرك DC الحديث بدون فرش (BrushdirectCurrentMotor). ومع ذلك ، في ذلك الوقت لم يكن هناك جهاز اكتشاف لموضع الدوار ، لم يكن للمحرك القدرة على البدء.

1962: تم اختراع أول محرك DC بدون فرش (BLDC) بفضل التقدم في تقنية الحالة الصلبة في أوائل الستينيات. في عام 1962 ، اخترع Tgwilson و Phtrickey أول محرك BLDC ، والذي أطلقوا عليه 'الحالة الصلبة DC Motor '. العنصر الرئيسي في كان المحرك بدون فرش أنه لا يتطلب ركابًا ماديًا ، مما يجعله الخيار الأكثر شعبية لمحركات أقراص الكمبيوتر والروبوتات والطائرات.

لقد استخدموا عناصر القاعة للكشف عن موضع الدوار والتحكم في تغيير الطور في التيار المتعرج لجعل محركات DC بدون فرش عملية ، ولكنها كانت محدودة بسبب سعة الترانزستور وقوة محرك منخفض نسبيًا.

سبعينيات القرن الماضي: التطور السريع لتطبيقات محرك DC بدون فرش

منذ سبعينيات القرن الماضي ، مع ظهور أجهزة أشباه الموصلات الجديدة (مثل GTR ، MOSFET ، IGBT ، IPM) ، فإن التطوير السريع لتكنولوجيا التحكم في الكمبيوتر (Microcontroller ، DSP ، نظريات التحكم الجديدة) ، بالإضافة إلى تنظيف غير مصحوبة بالفرشاة. تطور بسرعة. تم تطوير BrushdirectCurrentMotor) بسرعة ، وتزداد القدرة. التنمية الصناعية القائمة على التكنولوجيا ، مع إدخال Mac Classic DC Motor وسائقها في عام 1978 ، بالإضافة إلى البحث وتطوير الموجة المربعة المحرك بدون فرش ومحرك DC بدون فرش في الثمانينيات ، بدأت المحركات بدون فرش في الدخول إلى المرحلة العملية ، والحصول على تطور سريع.

بنية محرك DC بدون فرش

يتكون محرك DC بدون فرش (BrushdirectCurrentMotor) من محرك وسائق متزامن ، وهو منتج ميكاترونيك نموذجي. يتم تدوين اللف من المحرك المتزامن في الغالب إلى اتصال نجم متماثل من ثلاثة مراحل ، وهو ما يشبه إلى حد كبير محرك غير متزامن ثلاثي الطور.

يشتمل هيكل نظام التحكم في BLDCM على ثلاثة أجزاء رئيسية: جسم حركي ، دائرة القيادة ودائرة التحكم. في عملية العمل ، يتم جمع معلومات الجهد الحركي والتيار والموضع الدوار ومعالجتها بواسطة دائرة التحكم لإنشاء إشارات التحكم المقابلة ، ودائرة محرك الأقراص تؤدي إلى جسم المحرك بعد تلقي إشارات التحكم.

يتكون محرك DC بدون فرش (BrushdirectCurrentMotor) بشكل أساسي من جهاز تثبيت مع لفائف لفائف ، ودوار مصنوع من مادة مغناطيسية دائمة ومستشعر للموضع. يمكن أيضًا ترك مستشعر الموضع ، كما هو مطلوب ، غير مُصنّع.

الجزء الثابت

تشبه بنية الجزء الثابت لمحرك BLDC محرك التعريفي. وهو يتألف من تصفيات فولاذية مكدسة مع الأخاديد المحورية لللف.

BLDC Motor Stator

عادةً ما تتكون معظم محركات BLDC من ثلاثة لفات ثابتة متصلة في شكل نجم أو 'y ' (لا محايد). بالإضافة إلى ذلك ، استنادًا إلى ترابط الملف ، يتم تقسيم اللفات الثابتة إلى محركات شبه منحرف وجبات الجيبية.

قوة محرك BLDC العكسي الكهرومتر

في محرك شبه منحرف ، يكون لكل من تيار محرك الأقراص وقوة الكهروموتية المضادة شكل شبه منحرف (الجيوب الأنفية في حالة محرك الجيوب الأنفية). عادة ، يتم استخدام المحركات التي تم تصنيفها عند 48 فولت (أو أقل) في السيارات والروبوتات (السيارات الهجينة وذراع الروبوت).

الدوار

يتكون الجزء الدوار من محرك BLDC من مغناطيسات دائمة (عادة ما يكون مغناطيس سبيكة نادرة مثل النيوديميوم (ND) ، الكوبالت الساماريوم (SMCO) وبورون الحديد النيوديميوم (NDFEB).

اعتمادًا على التطبيق ، يمكن أن يختلف عدد البولنديين بين اثنين وثمانية ، مع وضع القطب الشمالي (N) والقطب الجنوبي بالتناوب. يوضح الرسم البياني أدناه ثلاثة ترتيبات مختلفة من الأعمدة المغناطيسية.

(أ) يتم وضع المغناطيس على محيط الدوار.

(ب) دوار يسمى الدوار المضمن كهرومغناطيسيًا حيث يتم تضمين مغناطيس دائم مستطيل في قلب الدوار.

(ج) يتم إدخال المغناطيس في قلب الدوار. 

مستشعر موضع دوار محرك BLDC (مستشعر القاعة)

نظرًا لعدم وجود فرش في محركات BLDC ، يتم التحكم في التخفيف إلكترونيًا. من أجل تدوير المحرك ، يجب تنشيط اللفات الثابتة بالتتابع ويجب أن يكون موضع الدوار (أي ، الأعمدة الشمالية والجنوبية من الدوار) معروفة من أجل تنشيط مجموعة محددة من لفات الثابت بدقة.

يتم استخدام أجهزة استشعار الموضع التي تستخدم أجهزة استشعار القاعة (تعمل على مبدأ تأثير القاعة) بشكل شائع للكشف عن موضع الدوار وتحويله إلى إشارة كهربائية. تستخدم معظم محركات BLDC ثلاثة أجهزة استشعار قاعة مضمنة في الجزء الثابت للكشف عن موضع الدوار.

أجهزة استشعار القاعة هي نوع من المستشعرات القائمة على تأثير القاعة ، الذي اكتشفته قاعة الفيزياء الأمريكية لأول مرة في عام 1879 في مواد معدنية ، ولكن لم يتم استخدامها لأن تأثير القاعة في المواد المعدنية كان ضعيفًا جدًا. مع تطوير تقنية أشباه الموصلات ، بدأ استخدام مواد أشباه الموصلات لإنتاج مكونات القاعة ، نظرًا لتأثير القاعة كبير وتم تطبيقه وتطويره. مستشعر القاعة هو مستشعر يولد نبض جهد الخرج عندما يمر مجال مغناطيسي بالتناوب. يتم تحديد سعة النبض من خلال قوة مجال المجال المغناطيسي الإثارة. لذلك ، لا تتطلب أجهزة استشعار القاعة مصدر طاقة خارجي.

سيكون ناتج مستشعر القاعة مرتفعًا أو منخفضًا اعتمادًا على ما إذا كان القطب الشمالي من الدوار هو القطب الجنوبي أو بالقرب من القطب الشمالي. من خلال الجمع بين نتائج المستشعرات الثلاثة ، يمكن تحديد التسلسل الدقيق للتنشيط.

على عكس محركات DC المصقولة ، حيث يتم عكس الجزء الثابت والدوار بالكامل ، يتم وضع لفات التسليح على جانب الجزء الثابت ومواد المغناطيس الدائمة عالية الجودة على الجانب الدوار ، وتتكون هيكل الجسم الحركي من BLDCM من اللفات التي تتمتع بها الفرق بين المكانة ، ومخطط الفرق بين المخطط. من الزاوية الكهربائية بين المراحل ، على التوالي. يختلف هذا الهيكل عن محرك DC المصقول بحتة ، ويشبه بنية اللفات المكوّنة لمحرك AC ، ولكن يتم توفير طاقة AC المربعة المربعة للمحرك بواسطة دائرة محرك الأقراص عند تشغيلها.

يختار BLDCM وضع توصيل كامل ، ثلاثي الطور ، ذو طور ستار ، من ستة ولايات ، حيث يتم تنشيط اثنين من MOSFETs في دائرة محرك في نفس الوقت ، وبناءً على ذلك ، يتم تنشيط اللفات الثابتة ذات المرحلة على جسم المحرك في السلسلة. كل تغيير في الطور الإلكتروني مرة واحدة ، تحولت FA المستندات الديناميكية المغناطيسية الثابتة بزاوية كهربائية 60 درجة ، وهي إمكانات ديناميكية مغناطيسية ، وهي زاوية كهربائية زمنية 60 درجة ، وقفت FA. على الرغم من أن الدوار يدور بشكل مستمر ، لكن وضع دوران الزخم المغناطيسي الثابت هو نوع خطوة ، يختلف عن الزخم المغنطيسي المتزامن المتزامن AC. متوسط عزم الدوران الكهرومغناطيسي T ، الدوار المستمر الدائم السحب الدائم.

مبدأ العمل محرك DC بدون فرش محرك الفرشاة DC. يشبه ينص قانون قوة Lorentz على أنه طالما يتم وضع موصل يحمل الحالي في مجال مغناطيسي ، فسيخضع لقوة. بسبب قوة التفاعل ، سيتعرض المغناطيس للقوى المتساوية والمعاكسة. عندما يتم تمرير التيار من خلال لفائف ، يتم إنشاء مجال مغناطيسي ، مدفوع بأعمدة مغناطيسية للثابت ، مع صيد الأماكن المتجانسة لبعضها البعض وتجذب بعضها البعض متباين الخواص. إذا تم تغيير اتجاه التيار في الملف بشكل مستمر ، فسيتم أيضًا تغيير أعمدة المجال المغناطيسي الناجم عن الدوار ، ثم يدور الدوار طوال الوقت تحت عمل المجال المغناطيسي.

في Motors BLDC ، تكون المغناطيس الدائم (الدوار) في الحركة ، في حين أن الموصل الحامل الحالي (الجزء الثابت) ثابت.

مخطط تشغيل المحرك BLDC

عندما يتلقى ملف الجزء الثابت الطاقة من مصدر الطاقة ، يصبح مغناطيسًا كهربائيًا ويبدأ في توليد مجال مغناطيسي موحد في فجوة الهواء. يولد المفتاح شكل موجة لجهد التيار المتردد مع شكل شبه منحرف على الرغم من حقيقة أن مصدر الطاقة هو العاصمة. يستمر الدوار في التدوير بسبب قوة التفاعل بين الجزء الثابت الكهرومغناطيسي والدوار المغناطيسي الدائم.

عن طريق تحويل اللفات إلى إشارات عالية ومنخفضة ، فإن اللفات المقابلة متحمسة مثل الأعمدة الشمالية والجنوبية. يتم محاذاة الدوار المغناطيسي الدائم مع أعمدة الجنوب والشمال مع أعمدة الجزء الثابت ، مما يؤدي إلى تدوير المحرك.

مخططات تشغيل محرك BLDC لمحركات BLDC ذات الأقطاب الواحدة

تأتي محركات DC بدون فرش في ثلاث تكوينات: المرحلة الواحدة ، مرحلة ثنائية ، وثلاث طور. من بينها ، Three-Phase BLDC هو الأكثر شيوعًا.

(3) طرق قيادة محرك DC بدون فرش

طريقة القيادة يمكن تقسيم محرك DC بدون فرش إلى طرق قيادة مختلفة وفقًا لفئات مختلفة:

وفقًا لموجة محرك الأقراص: محرك الموجة المربعة ، فإن طريقة محرك الأقراص هذه مريحة لتحقيق ، من السهل إدراك المحرك دون التحكم في مستشعر الموضع.

محرك الجيوب الأنفية: يمكن أن تحسن طريقة محرك الأقراص تأثير تشغيل المحرك ويجعل عزم الدوران الموحد ، لكن عملية الإدراك معقدة نسبيًا. في الوقت نفسه ، تحتوي هذه الطريقة على SPWM و SVPWM (Vector Vector PWM) بطريقتين ، SVPWM أفضل من SPW.

(4) مزايا وعيوب محرك DC بدون فرش

المزايا:

▷   طاقة الإخراج العالية

▷ صغير الحجم والوزن 

▷ تبديد الحرارة الجيد والكفاءة العالية 

▷ مجموعة واسعة من سرعات التشغيل والضوضاء الكهربائية المنخفضة. 

▷ موثوقية عالية ومتطلبات الصيانة المنخفضة. 

▷ استجابة ديناميكية عالية 

▷ تدخل كهرومغناطيسي منخفض

غير كافٍ:

▶ وحدة التحكم الإلكترونية المطلوبة للتحكم في هذا المحرك باهظ الثمن 

▶ مطلوب دوائر محرك الأقراص المعقدة 

▶ مطلوب أجهزة استشعار الموضع الإضافية (لا يتم استخدام FOC)

5） تطبيق محرك DC بدون فرش

تُستخدم محركات DC بدون فرش على نطاق واسع في احتياجات التطبيق المختلفة ، مثل التحكم الصناعي (تلعب محركات DC بدون فرش دورًا مهمًا في الإنتاج الصناعي مثل النسيج ، والمعادن ، والطباعة ، وخطوط الإنتاج الآلية ، وأدوات الآلة CNC ، إلخ) محركات الأقراص الصلبة ، ومحركات الأقراص المرنة ، وكاميرات الأفلام ، وما إلى ذلك ، في تحكم في المغزل والشركات الفرعية ، كلها لديها محركات DC بدون فرش .) بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام معدات الرعاية الصحية (استخدام محركات DC بدون فرش أكثر شيوعًا ، لدفع مضخة دم صغيرة في القلب الاصطناعي ؛ في البلاد ، يتم استخدام أجهزة الجراحية عالية السرعة لمحركات الطرد المركزي عالي السرعة ، وتطبيقات مختلفة من الأحمال الممتازة.

الاختلافات بين محركات DC بدون فرش ومحركات التيار المستمر

فئة المشروع	محرك DC بدون فرش	فرشاة DC محرك
بناء	المغناطيس الدائم مثل الدوار ، محرك كهربائي كثابت	المغناطيس الدائم مثل الدوار ، محرك كهربائي كثابت
اللفات وروابط الملفات	خصائص المحرك المصقولة ، عمر طويل ، لا تدخل ، لا صيانة ، انخفاض ضوضاء ، سعر مرتفع.	تبديد الحرارة
جيد	فقير	تخفيف
ركاب التبديل الإلكتروني مع الدوائر الإلكترونية	الاتصال الميكانيكي بين الفرشاة والمقوم	مستشعر موضع الدوار
عناصر القاعة ، المشفرات البصرية ، وما إلى ذلك أو المولدات المضادة	العجلة الذاتية بالفرش	العجلة الذاتية بالفرش
الانعكاس	تغيير تسلسل التبديل لمعدات التوجيه الإلكترونية	تغيير قطبية الجهد الطرفي
مقارنة المزايا والعيوب	الخصائص الميكانيكية والسيطرة الجيدة ، الحياة الطويلة ، لا تدخل ، صوت منخفض ، ولكن التكلفة أعلى.	الخصائص الميكانيكية الجيدة والتحكم ، والضوضاء العالية ، والتدخل الكهرومغناطيسي

مقارنة بين محركات DC بدون فرش ومحركات التيار المستمر

Global BLDC Motor Motor Manufactions (TOP10)

في الوقت الحالي ، تشمل الشركات الكبرى في صناعة BLDC ABB و AMTEK و NIDEC و MENBEA Group و Textronic و United Motion Technologies و Baldor Electronics و American American Electric Company و Schneider Electric و Regalbeloit Corporation.

مقدمة لمحركات DC بدون فرش

محرك DC بدون فرش (BLDC) هو نوع من المحرك المتزامن الذي يكون فيه المجال المغناطيسي الناتج عن الجزء الثابت والمجال المغناطيسي الناتج عن الدوار نفس التردد. يتم استخدامه على نطاق واسع نظرًا لمزاياه طاقة الناتج العالية ، وانخفاض الضوضاء الكهربائية ، والموثوقية العالية ، والاستجابة الديناميكية العالية ، والتداخل الكهرومغناطيسي ، وتداول السرعة بشكل أفضل.

الهيكل الداخلي لمحرك DC بدون فرش

هيكل أ يظهر محرك DC بدون فرش أدناه (محرك خارجي ، محرك خارجي ، محرك بدون استشعار كمثال):

يتكون المحرك بدون فرش من الغطاء الأمامي ، والغطاء الأوسط ، والمغناطيس ، وملاءة الصلب السيليكون ، والأسلاك الموسمية ، والمحمل ، والعمود الدوارة والغطاء الخلفي. من بينها ، يشكل المغناطيس ، المحمل والعمود الدوار الدوار للمحرك ؛ يتكون الجزء الثابت من المحرك من ورقة الصلب السيليكون والأسلاك المغلقة. يشتمل الغطاء الأمامي والغطاء الأوسط والغطاء الخلفي على قذيفة المحرك. يتم وصف المكونات المهمة في الجدول التالي:

	عناصر	وصف
الدوار	مغناطيس	مكون مهم من محرك بدون فرش. ترتبط الغالبية العظمى من معلمات الأداء في محرك بدون فرش ؛
	محور الدوران	الجزء المتوترة مباشرة من الدوار ؛
	تحمل	هي ضمان التشغيل الناعم للمحرك. حاليا معظم المحركات بدون فرش تستخدم محامل كرات الأخدود العميقة.
الدوار	ورقة الصلب السيليكون	تعد ورقة الصلب السيليكون جزءًا مهمًا من المحرك بدون فرش ، وهي الوظيفة الرئيسية هي تقليل المقاومة المغناطيسية والمشاركة في عملية الدائرة المغناطيسية ؛
	سلك المينا	كما الموصل النشط للف الملف. من خلال التردد المتناوب والطول الموجي للتيار ، يتشكل مجال مغناطيسي حول الجزء الثابت لدفع الدوار للتدوير ؛

وصف الدوار

دوار أ يتكون محرك DC بدون فرش (BLDC) من مغناطيس دائم مع أزواج متعددة من الأعمدة مرتبة بالتناوب وفقًا لـ N- و S-Pole (بما في ذلك المعلمة القطب).

المقطع العرضي للمغناطيس الدوار

وصف الجزء الثابت

الجزء الثابت أ يتكون محرك DC بدون فرش (BLDC) من ورقة فولاذية من السيليكون (الشكل أدناه) مع لفات الثابت الموضوعة في فتحات قطع محوري على طول المحور الداخلي (عدد المعلمة من الأعمدة الأساسية (عدد الفتحات N) متورطة). يتكون كل لفة الجزء الثابت من عدد من الملفات المتصلة ببعضها البعض. عادة ، يتم توزيع اللفات في نمط نجمة ثلاثة متصل.

وفقًا للطريقة التي تتواصل بها الملفات التي تربطها ثلاثية النجوم ، يمكن تقسيم لفائف الجزء الثابت إلى لفائف شبه منحرفة وجيبية. الفرق بين الاثنين هو بشكل أساسي الشكل الموجي لقوة الدعوى الكهربائية التي تم إنشاؤها. كما يقترح الاسم: ينتج عن اللفح المنحرف الثابت في قوة كهربائية شبه منحرفة ، وينتج اللف الجيبي قوة كهربائية من الجيوب الأنفية. يظهر هذا في الشكل أدناه:   

ملاحظة: عندما يتم توفير المحرك دون تحميل ، يمكن قياس الشكل الموجي عن طريق الذبذبات.

02 تصنيف محركات DC بدون فرش

وصف تصنيف محرك DC بدون فرش

محرك DC بدون فرش (BLDC) وفقًا لتوزيع الدوار إلى محرك دوار داخلي ، محرك دوار خارجي ؛ يمكن تقسيم وفقًا لمرحلة محرك الأقراص يمكن تقسيمها إلى محرك أحادي الطور ، محرك ثنائي الطور ، ثلاثي الطور (الاستخدام الأكثر شيوعًا) ؛ وفقًا لما إذا كان المستشعر مقسمة أم لا إلى المحركات الحسية والمحركات غير الحسية ، وما إلى ذلك ؛ هناك العديد من التصنيفات للمحركات ، والسبب الفضائي ، وليس هنا لوصف الإخوة المهتمين بفهمهم.

وصف محرك الدوار الداخلي والخارجي

يمكن تقسيم المحركات بدون فرش إلى محركات دوار خارجي ومحركات دوار داخلية وفقًا لهيكل صف الدوار والثابت (كما هو موضح أدناه).

محرك	وصفية
محرك الدوار الخارجي	يعمل لفائف تنشيط داخلية كثابت ، ويقترن المغناطيس الدائم بالسكن كدوار ؛ في لغة مشتركة: الدوار في الخارج ويكون الجزء الثابت في الداخل ؛
محرك الدوار الداخلي	ترتبط المغناطيس الدائم الداخلي بالعمود باعتباره الدوار ، واللف لفائف تنشط والقشرة كثابت. شائع: الدوار في الداخل ، الجزء الثابت في الخارج ؛

الفرق بين محرك الدوار الداخلي والخارجي

بالإضافة إلى التسلسل المختلف الدوار وجهاز الثابت ، هناك أيضًا اختلافات بين محركات الدوار الداخلية والخارجية على النحو التالي:

صفات	محرك الدوار الداخلي	محرك الدوار الخارجي
كثافة الطاقة	أعلى	أدنى
سرعة	أعلى	أدنى
انخفاض الاستقرار	أدنى	أعلى
يكلف	أعلى نسبيا نسبيا	أدنى
تبديد الحرارة	المتوسط	أسوأ أفضل
أزواج القطب	أقل	أكثر

03 DC معلمات المحرك بدون فرش

معلمات المحرك بدون فرش

المعلمة	وصف
الجهد المقنن	بالنسبة للمحركات بدون فرش ، فهي مناسبة لمجموعة واسعة جدًا من الفولتية التشغيلية ، وهذه المعلمة هي الجهد التشغيلي في ظل ظروف التحميل المحددة.
قيمة kV	الأهمية المادية: السرعة في الدقيقة في أقل من 1 فولت الجهد العاملة ، أي: السرعة (بدون تحميل) = قيمة كيلو فولت * الجهد العاملة للمحركات بدون فرش مع مواصفات الحجم: 1. عدد المنعطفات المتعرجة كبيرة ، وقيمة KV منخفضة ، والحد الأقصى لتيار الناتج صغير ، وعزم الدوران كبير ؛ 2. انعطفات أقل من اللف ، قيمة عالية كيلو فولت ، الحد الأقصى لتيار الناتج ، عزم الدوران الصغير ؛
عزم الدوران والسرعة	عزم الدوران (لحظة ، عزم الدوران): يمكن استخدام عزم الدوران الذي تم إنشاؤه بواسطة الدوار في المحرك لدفع الحمل الميكانيكي ؛ السرعة: سرعة المحرك في الدقيقة ؛
الحد الأقصى الحالي	الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن يقاوم ويعمل بأمان
بنية الحوض	عدد الأعمدة الأساسية (عدد الفتحات N): عدد فتحات ورقة الصلب السيليكون الثابت ؛ عدد أعمدة الفولاذ المغناطيسي (رقم القطب P): عدد الفولاذ المغناطيسي على الدوار ؛
الحث الجزء الثابت	الحث في كلا طرفي اللف من محرك في راحة
مقاومة الجزء الثابت	مقاومة التيار المستمر لكل مرحلة من المرحلة من المحرك في 20 ℃
مقاومة التيار المستمر لكل مرحلة من المرحلة من المحرك في 20 ℃	في ظل ظروف محددة ، عندما يكون لف المحرك مفتوحًا ، فإن قيمة قوة الدعاوى الكهرومتر الخطي الناتجة عن تعزيز التسليح لكل وحدة سرعة

BLDC التحكم في المحرك

خوارزميات التحكم في محرك BLDC

المحركات بدون فرش من نوع التوازن الذاتي (تبديل التوجيه الذاتي) وبالتالي فهي أكثر تعقيدًا للتحكم.

يتطلب التحكم في محرك BLDC معرفة موضع الدوار والآلية التي يخضع بها المحرك في توجيه التصحيح. للتحكم في سرعة الحلقة المغلقة ، هناك متطلبات إضافية ، أي قياسات لسرعة الدوار/ أو التيار المحرك و PWM إشارات للتحكم في طاقة سرعة المحرك.

يمكن أن تحتوي محركات BLDC على إشارات PWM ذات المحاذاة الجانبية أو المحاذاة المركزية وفقًا لمتطلبات التطبيق. تتطلب معظم التطبيقات عملية تغيير السرعة فقط وستستخدم 6 إشارات PWM جانبية منفصلة.

هذا يوفر أعلى دقة. إذا كان التطبيق يتطلب وضع الخادم أو فرملة الطاقة أو انعكاس الطاقة ، يوصى بإشارات PWM المحاذاة المركز الإضافي. لاستشعار موضع الدوار ، تستخدم محركات BLDC أجهزة استشعار تأثير القاعة لتوفير استشعار المطلق. ينتج عن هذا استخدام المزيد من الأسلاك وارتفاع التكاليف. يزيل التحكم في Sensorless BLDC الحاجة إلى أجهزة استشعار القاعة ويستخدم بدلاً من ذلك قوة محرك الكهروموتيف (قوة الميل الكهربائي) للتنبؤ بوضع الدوار. يعد التحكم بدون استشعار أمرًا ضروريًا لتطبيقات السرعة المتغيرة منخفضة التكلفة مثل المعجبين والمضخات. مطلوب التحكم بدون استشعار أيضًا لضواغط الثلاجة والتكييف عند استخدام محركات BLDC.

إدراج وقت تحميل ومكملات

لا تتطلب معظم محركات BLDC PWM التكميلية أو إدخال وقت التحميل أو تعويض وقت التحميل. تطبيقات BLDC الوحيدة التي قد تتطلب هذه الميزات هي محركات BLDC Servo عالية الأداء ، أو محركات BLDC متحمسة الموجة الجيبية ، أو AC بدون فرش ، أو محركات متزامنة للكمبيوتر الشخصي.

الخوارزميات السيطرة

تُستخدم العديد من خوارزميات التحكم المختلفة لتوفير التحكم في محركات BLDC. عادةً ما يتم استخدام ترانزستورات الطاقة كمنظمين خطيين للتحكم في الجهد الحركي. هذا النهج ليس عمليًا عند قيادة محركات الطاقة العالية. يجب التحكم في محركات الطاقة العالية PWM وتتطلب متحكمًا لتوفير وظائف البدء والتحكم.

يجب أن توفر خوارزمية التحكم الوظائف الثلاث التالية:

جهد PWM للتحكم في سرعة المحرك

آلية لتصحيح وتنقل المحرك

طرق للتنبؤ بوضع الدوار باستخدام قوة الدعاوى الكهربائية العكسية أو أجهزة استشعار القاعة

يستخدم تعديل عرض النبض فقط لتطبيق جهد متغير على لفات المحرك. الجهد الفعال يتناسب مع دورة عمل PWM. عندما يتم الحصول على تخفيف المقوم المناسب ، فإن خصائص سرعة عزم الدوران لـ BLDC هي نفس خصائص محركات DC التالية. يمكن استخدام الجهد المتغير للتحكم في السرعة وعزم الدوران المتغير للمحرك.

يتيح تخفيف ترانزستور الطاقة اللف المناسب في الجزء الثابت من توليد أفضل عزم الدوران اعتمادًا على موضع الدوار. في محرك BLDC ، يجب أن يعرف MCU موضع الدوار وأن يكون قادرًا على إجراء عملية تخفيف في الوقت المناسب.

BLDC MOTOR SPARTITAIDAL

واحدة من أبسط الطرق ل محركات DC بدون فرش هي استخدام ما يسمى تنقل شبه المنحرف.

مخطط كتلة مبسط من وحدة تحكم السلم لمحركات BLDC في هذا المخطط التخطيطي

في هذا التخطيطي ، يتم التحكم في التيار بواسطة زوج من المحطات المحركية في وقت واحد ، في حين أن محطة المحرك الثالثة يتم فصلها إلكترونيًا دائمًا عن مصدر الطاقة.    

يتم استخدام ثلاثة أجهزة قاعة مضمنة في المحرك الكبير لتوفير الإشارات الرقمية التي تقيس موضع الدوار في قطاع 60 درجة وتوفر هذه المعلومات في وحدة تحكم المحرك. نظرًا لأن التدفق الحالي متساوٍ في اللفاتين في وقت واحد وبصفر في الثالث ، فإن هذه الطريقة تنتج متجهًا للفضاء الحالي مع واحد فقط من ستة اتجاهات مشتركة. عند توجيه المحرك ، يتم تبديل التيار في محطات المحرك كهربائيًا (تخفيف مصحح) مرة واحدة لكل 60 درجة من الدور

30 درجة

التحكم شبه المنحرف: محرك الموجة وعزم الدوران في المقوم

وبالتالي فإن الشكل الموجي الحالي في كل لفه شبه منحرف ، يبدأ من الصفر ويذهب إلى التيار الإيجابي ثم الصفر ثم التيار السلبي. ينتج هذا متجه الفضاء الحالي الذي سيقترب من الدوران المتوازن لأنه يتصاعد في 6 اتجاهات مختلفة مع تدوير الدوار.

في التطبيقات الحركية مثل مكيفات الهواء والثلاجات ، فإن استخدام مستشعرات القاعة ليس ثابتًا. يمكن استخدام أجهزة الاستشعار المحتملة العكسية الناجم عن اللفات غير المرتبطة لتحقيق نفس النتائج.

هذه أنظمة محرك شبه المنحرف شائعة جدًا بسبب بساطة دوائر السيطرة الخاصة بهم ، لكنها تعاني من مشاكل تموج عزم الدوران أثناء التصحيح.

تخفيف تصحيح الجيوب الأنفية لمحركات BLDC

تخفيف مقوم شبه منحرف لا يكفي لتوفير التحكم في محرك BLDC متوازن ودقيق. هذا أساسًا لأن عزم الدوران الذي تم إنشاؤه في ثلاث مراحل يتم تعريف المحرك بدون فرش (مع قوة الجيوب الجيبية لمضادة الكهرومتر) من خلال المعادلة التالية:

عزم الدوران الدوار = kt [irsin (o)+isin (o+120)+Itsin (o+240)]

حيث: O هي الزاوية الكهربائية للعمود الدوار KT هي ثابت عزم الدوران للمحرك IR ، هو و IS بالنسبة لتيار الطور إذا كان تيار الطور الجيوب الأنفية: IR = I0SINO ؛ IS = i0sin (+120o) ؛ it = i0sin (+240o)

سيحصل على: عزم الدوران الدوار = 1.5i0 * kt (ثابت مستقل عن زاوية العمود الدوار)

يسعى وحدة تحكم المحرك بدون فرش من الجيوب الأنفية إلى قيادة ثلاث لفائف محرك مع ثلاث تيارات تختلف بسلاسة من الناحية الجيبية مع تدوير المحرك. يتم اختيار المراحل المرتبطة بهذه التيارات بحيث تنتج ناقلات مساحة ناعمة لتيار الدوار في الاتجاهات المتعامدة مع الدوار مع الثبات. هذا يلغي تموج عزم الدوران ونبضات التوجيه المرتبطة بالتوجيه الشمالي.

من أجل توليد تعديل جيب ناعم للتيار المحرك مع تدوير المحرك ، يلزم قياس دقيق لموضع الدوار. توفر أجهزة القاعة حسابًا تقريبيًا لموضع الدوار ، وهو ما لا يكفي لهذا الغرض. لهذا السبب ، يلزم التغذية المرتدة من تشفير أو جهاز مشابه.

مخطط كتلة مبسط من وحدة تحكم موجة جيبية محرك BLDC

نظرًا لأنه يجب دمج التيارات المتعرجة لإنتاج ناقل مساحة ثابتة لتيار الدوار الثابت ، وبما أن كل من لفات الثابت يتم وضعها بزاوية 120 درجة على حدة ، يجب أن تكون التيارات في كل ضفة سلكية الجيوب الأنفية ولها تحول طور 120 درجة. يتم استخدام معلومات الموضع من المشفر لتجميع موجات جيبية مع تحول المرحلة 120 درجة بين الاثنين. ثم يتم ضرب هذه الإشارات بواسطة أمر عزم الدوران بحيث تتناسب سعة الموجة الجيبية مع عزم الدوران المطلوب. نتيجة لذلك ، يتم التدريب على أوامر الجيوب الأنفية الحالية بشكل صحيح ، مما ينتج عنه متجه مساحات تيار ثابت في الاتجاه المتعامد.

يشير الأمر الحالي للجيوب الأنفية إلى إخراج زوج من وحدات تحكم PI التي تعدل التيار في اللفات المحركية المناسبة. التيار في لف الدوار الثالث هو المبلغ السلبي لتيارات اللف التي يتم التحكم فيها وبالتالي لا يمكن التحكم فيها بشكل منفصل. يتم إرسال إخراج كل وحدة تحكم PI إلى مُعدِّل PWM ثم إلى جسر الإخراج ومحرك المحركين. يتم اشتقاق الجهد المطبق على محطة المحرك الثالث من المبلغ السلبي للإشارات المطبقة على أول لفلين ، يستخدم بشكل مناسب لثلاثة فولتية من الجيوب الأنفية متباعدة 120 درجة على التوالي.

نتيجة لذلك ، يتتبع الشكل الموجي الحالي للإخراج الفعلي إشارة الأوامر الجيبية الحالية ، ويتم تدوير ناقل المساحة الحالي الناتج بسلاسة ليتم تثبيته وتوجيهه كميًا في الاتجاه المطلوب.

لا يمكن تحقيق نتيجة توجيه المقوم الجيبي للسيطرة المستقرة عن طريق توجيه المقوم شبه المنحرف بشكل عام. ومع ذلك ، نظرًا لكفاءتها العالية بسرعات محرك منخفضة ، سيفصل بسرعات محرك عالية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه مع زيادة السرعة ، يجب على وحدات التحكم في الإرجاع الحالية تتبع إشارة الجيوب الأنفية لزيادة التردد. في الوقت نفسه ، يجب عليهم التغلب على قوة المحرك الكهربائي المضاد للمحرك الذي يزداد في السعة والتردد مع زيادة السرعة.

نظرًا لأن وحدات التحكم في PI لديها مكاسب محدودة واستجابة للتردد ، فإن الاضطرابات المتغيرة للوقت إلى حلقة التحكم الحالية ستؤدي إلى تأخر الطور واكتساب أخطاء في التيار المحرك الذي يزداد مع سرعات أعلى. سيتداخل هذا مع اتجاه متجه الفضاء الحالي فيما يتعلق بالدوار ، مما يتسبب في إزاحة من اتجاه التربيع.

عند حدوث ذلك ، يمكن إنتاج عزم دوران أقل من خلال كمية معينة من التيار ، لذلك مطلوب المزيد من التيار للحفاظ على عزم الدوران. تنخفض الكفاءة.

سيستمر هذا الانخفاض مع زيادة السرعة. في مرحلة ما ، يتجاوز إزاحة الطور للتيار 90 درجة. عندما يحدث هذا ، يتم تقليل عزم الدوران إلى الصفر. من خلال مزيج من الجيوب الأنفية ، تؤدي السرعة في هذه المرحلة أعلاه إلى عزم دوران سلبي وبالتالي لا يمكن تحقيقه.

خوارزميات التحكم في محرك AC

السيطرة العددية

يعد التحكم العددي (أو التحكم V/Hz) طريقة بسيطة للتحكم في سرعة محرك الأمر

يستخدم نموذج الحالة الثابتة لمحرك القيادة بشكل أساسي للحصول على التكنولوجيا ، لذلك لا يمكن الأداء العابر. لا يحتوي النظام على حلقة حالية. للتحكم في المحرك ، يختلف مصدر الطاقة ثلاثي الطور فقط في السعة والتردد.

التحكم في المتجه أو التحكم في اتجاه المجال المغناطيسي

يختلف عزم الدوران في المحرك كدالة للثابت والمغناطيسي الدوار والقمم عندما يكون الحقلان متعامدًا مع بعضهما البعض. في التحكم القائم على العددية ، تختلف الزاوية بين الحقول المغناطيسية بشكل كبير.

تمكنت التحكم في المتجه من خلق التعامد مرة أخرى في محركات AC. من أجل التحكم في عزم الدوران ، يولد كل منها تيارًا من التدفق المغناطيسي المولد لتحقيق استجابة آلة DC. يشبه التحكم في المتجه في محرك AC الذي تم توجيهه للتحكم في محرك DC متحمس بشكل منفصل.

في محرك DC ، يتم توليد طاقة المجال المغناطيسي الناتج عن تيار الإثارة إذا كان متعامدًا لتدفق التسليح الناتج عن IA الحالي. يتم فصل هذه الحقول المغناطيسية واستقرارها فيما يتعلق ببعضها البعض. نتيجة لذلك ، عندما يتم التحكم في تيار التسليح للتحكم في عزم الدوران ، تظل طاقة المجال المغناطيسي غير متأثرة ويتم تحقيق استجابة عابرة أسرع.

يتكون التحكم الموجهة نحو المجال (FOC) لمحرك AC ثلاثي الطور من محاكاة تشغيل محرك DC. يتم تحويل جميع المتغيرات التي يتم التحكم فيها رياضيا إلى DC بدلاً من AC. عزم الدوران المستقلة المستقلة وتدفقه.

هناك طريقتان للتحكم في اتجاه الحقل (FOC): FOC المباشر: يتم حساب اتجاه المجال المغناطيسي الدوار (RotorFluxangle) مباشرة عن طريق FOR SECERTER FOC غير المباشر: يتم الحصول على اتجاه المجال المغناطيسي الدوار (RotorFluxangla) بشكل غير مباشر عن طريق تقدير أو قياس سرعة الدوار والانزلاق (الانزلاق).

يتطلب التحكم في المتجه معرفة موضع تدفق الدوار ويمكن حسابها بواسطة خوارزميات متقدمة باستخدام معرفة التيارات الطرفية والجهد (باستخدام نموذج ديناميكي لمحرك تحريض AC). من وجهة نظر التنفيذ ، ومع ذلك ، فإن الحاجة إلى الموارد الحسابية أمر بالغ الأهمية.

يمكن استخدام طرق مختلفة لتنفيذ خوارزميات التحكم في المتجه. يمكن استخدام تقنيات التغذية وتقدير النماذج وتقنيات التحكم التكيفي لتعزيز الاستجابة والاستقرار.

التحكم في المتجهات لمحركات التيار المتردد: فهم أعمق

في قلب خوارزمية التحكم في المتجهات ، هناك تحويلان مهمان: تحويل Clark ، وتحويل الحديقة وعكسها. يتيح استخدام انتقالات Clark و Park التحكم في التيار الدوار في منطقة الدوار. يسمح هذا لنظام التحكم في الدوار بتحديد الجهد الذي يجب توفيره إلى الدوار من أجل زيادة عزم الدوران إلى الحد الأقصى تحت الأحمال المتغيرة ديناميكيًا.

تحويل Clark: يقوم التحويل الرياضي Clark بتعديل نظام ثلاثي الطور إلى نظام ذو تنسيق ثنائي:

عندما يكون IA و IB مكونات من مسند متعامد و IO هو المكون غير المهمة للمبتدئين

تيار الدوار ثلاثي الطور مقابل نظام مرجعي دوار

تحويل الحديقة: يحول التحويل الرياضي للحديقة النظام الثابت ثنائي الاتجاه إلى متجه نظام الدوران.

يتم حساب تمثيل الإطار α ، α ، عن طريق تحويل كلارك ثم يتم تغذيته في وحدة دوران المتجه حيث يدور الزاوية θ لتتوافق مع الإطار d ، Q المتصل بالطاقة الدوار. وفقا للمعادلة أعلاه ، يتحقق تحويل الزاوية θ.

الهيكل الأساسي للتحكم المتجه الموجهة نحو المجال المغناطيسي لمحرك التيار المتردد

يستخدم تحول كلارك التيارات ثلاثية المراحل IA و IB و IC ، والتي توجد في مرحلة الجزء الثابت الثابتة ذات الإحداثيات الثابتة إلى ISD و ISQ ، والتي تصبح عناصر في تحول الحديقة D ، Q. يعتمد تحول كلارك على نموذج لتدفقات المحرك. تُستخدم التيارات ISD و ISQ وزاوية التدفق الفوري θ ، والتي يتم حسابها من نموذج تدفق المحرك ، لحساب عزم الدوران الكهربائي لمحرك الحث AC.

أساسيات السيطرة على المتجهات لمحركات التيار المتردد

تتم مقارنة هذه القيم المشتقة مع بعضها البعض والقيم المرجعية وتحديثها بواسطة وحدة تحكم PI.

الجدول 1: مقارنة التحكم في المحرك في الخط والتحكم في المتجهات:

المعلمة التحكم	V/Hz Control	سيطرة ياري	السيطرة السهمية بدون استشعار
تعديل السرعة	1 ٪	0 001 ٪	0 05 ٪
تعديل عزم الدوران	فقير	+/- 2 ٪	+/- 5 ٪
نموذج المحرك	لا	يطلب	مطلوب نموذج دقيق
قوة معالجة MCU	قليل	عالي	عالية +DSP

تتمثل الميزة الكامنة في التحكم في المحرك المستندة إلى المتجه إلى أنه من الممكن استخدام نفس المبدأ لتحديد النموذج الرياضي المناسب للتحكم بشكل منفصل عن أنواع مختلفة من محركات AC أو PM-AC أو BLDC.

التحكم في المتجه في محرك BLDC

محرك BLDC هو الخيار الرئيسي للتحكم في المتجهات الموجهة نحو المجال. يمكن للمحركات بدون فرش مع FOC تحقيق كفاءة أعلى ، تصل إلى 95 ٪ ، كما أنها فعالة للغاية للمحركات بسرعات عالية.

السهول التحكم في محرك

عادةً ما يتبنى التحكم في محرك السائر تيار محرك ثنائي الاتجاه ، ويتحقق انطلاق محركه عن طريق التبديل المتعلق بالتسلسل. عادةً ما يحتوي هذا النوع من محرك السائر على 3 تسلسلات محرك:

1. 
   

   محرك أقراص خطوة كاملة المرحلة واحدة:

   
   

في هذا الوضع ، يتم تشغيل اللف بالترتيب التالي ، AB/CD/BA/DC (BA يعني أن AB متعرج في الاتجاه المعاكس). يُطلق على هذا التسلسل الوضع الكامل للمرحلة الواحدة ، أو الوضع الذي يحركه الموجة. في أي وقت ، هناك رسوم إضافية واحدة فقط.

2. مرحلة مزدوجة محرك الخطوة الكاملة:

في هذا الوضع ، يتم شحن المرحلتين معًا ، وبالتالي فإن الدوار دائمًا بين القطبين. يسمى هذا الوضع خطوة كاملة Bipase ، هذا الوضع هو تسلسل محرك الأقراص العادي للمحرك الثنائي القطب ، يمكنه إخراج أقصى عزم الدوران.

3. وضع خطوة نصف:

سيؤدي هذا الوضع إلى خطوة أحادية الطور وخطوة ذات طورتين معًا: قوة المرحلة الواحدة ، ثم إضافة الطاقة المزدوجة ، ثم قوة المرحلة الواحدة ... لذلك ، يعمل المحرك بزيادات نصف خطوة. يسمى هذا الوضع الوضع نصف الخطوة ، ويتم تقليل زاوية الخطوة الفعالة للمحرك لكل إثارة بمقدار النصف ، كما أن عزم الدوران أقل.

يمكن استخدام الأوضاع الثلاثة أعلاه للتدوير في الاتجاه المعاكس (عكس اتجاه عقارب الساعة) ، ولكن ليس إذا تم عكس الطلب.

عادةً ما يكون لمحرك السائر أعمدة متعددة من أجل تقليل زاوية الخطوة ، ولكن عدد اللفات وتسلسل محرك الأقراص ثابتة.

خوارزمية التحكم في محرك العاصمة العامة

التحكم في سرعة المحرك العامة ، وخاصة استخدام دائرتين للمحرك: التحكم في زاوية الطور PWM Control

مرحلة التحكم في زاوية

التحكم في زاوية الطور هو أبسط طريقة للتحكم في سرعة المحركات العامة. يتم التحكم في السرعة عن طريق تغيير زاوية قوس النقطة من triac. التحكم في زاوية الطور هو حل اقتصادي للغاية ، ومع ذلك ، فهو ليس فعالًا للغاية وعرضًا للتداخل الكهرومغناطيسي (EMI).

مرحلة التحكم في زاوية المحركات العامة

يوضح الرسم البياني الموضح أعلاه آلية التحكم في زاوية الطور وهو تطبيق نموذجي للتحكم في سرعة ثلاثي. تنتج حركة الطور من نبض بوابة ثلاثي الجهد جهد فعال ، وبالتالي تنتج سرعات محرك مختلفة ، ويتم استخدام دائرة الكشف عن الممرات الصفرية لإنشاء مرجع توقيت لتأخير نبض البوابة.

PWM مروحية التحكم

يعد التحكم في PWM حلًا أكثر تقدماً للتحكم العام في سرعة المحرك. في هذا الحل ، تعمل MOFSET ، أو IGBT ، على تشغيل جهد خط التيار المتردد المصحح للتردد العالي لإنشاء جهد متغير للوقت للمحرك.

PWM Chopper Control for General Motors

يتراوح نطاق تردد التبديل بشكل عام من 10 إلى 20 كيلو هرتز للقضاء على الضوضاء. تتيح طريقة التحكم في المحرك للأغراض العامة هذه تحكمًا في تيار أفضل وأداء EMI أفضل ، وبالتالي ، كفاءة أعلى.