مقدمة
تكتسب محركات DC (BLDC) بدون فرش شعبية سريعة في العديد من التطبيقات الصناعية نظرًا لكفاءتها الاستثنائية وعمر التشغيل الطويل وعزم الدوران العالي ومتطلبات الصيانة المنخفضة. تستخدم هذه المحركات مغناطيسًا دائمًا وعمليات تخفيف يتم التحكم فيها إلكترونيًا للتخلص من الفرش المادية ومبدل التيار الموجود في محركات التيار المستمر التقليدية. وهذا يؤدي إلى تصميم محرك أكثر موثوقية وكفاءة. في هذه المقالة، سوف نتعمق في كيفية عمل محرك BLDC وكيفية قيادته.
الهيكل الأساسي لمحرك BLDC
يتكون محرك BLDC من عضو دوار وعضو ساكن ومجموعة من اللفات. يتكون الدوار من مغناطيس دائم ويتم وضعه في وسط المحرك. يحيط الجزء الثابت بالعضو الدوار ويحتوي على سلسلة من اللفات التي يتم تنشيطها بنمط محدد لإنتاج مجال مغناطيسي دوار. عندما يتعرض الدوار لهذا المجال المغناطيسي، فإنه يدور ليتوافق مع خطوط القوة المغناطيسية.
كيف يتم تشغيل محرك BLDC
يتم تشغيل محركات BLDC بواسطة دائرة إلكترونية تتحكم في توقيت وقطبية التيار المزود إلى ملفات المحرك. يشار إلى هذه الدائرة عادةً باسم وحدة التحكم في المحرك. تتلقى وحدة التحكم في المحرك مدخلات من مجموعة متنوعة من المصادر، بما في ذلك أجهزة الاستشعار أو التشفير أو المعالج الدقيق، اعتمادًا على التطبيق المحدد.
التحكم القائم على الاستشعار
إحدى الطرق الشائعة للتحكم في محرك BLDC هي التحكم المعتمد على المستشعر. يستخدم هذا الأسلوب ردود الفعل من أجهزة استشعار تأثير هول الموجودة داخل المحرك. أجهزة استشعار تأثير هول هي أجهزة إلكترونية صغيرة يمكنها قياس قوة واتجاه المجال المغناطيسي. في محرك BLDC النموذجي، هناك ثلاثة أجهزة استشعار لتأثير هول مرتبة حول الجزء الثابت. تكتشف هذه المستشعرات اتجاه الدوار وتوفر المعلومات إلى وحدة التحكم في المحرك التي تسمح لها بتنشيط اللفات بشكل صحيح.
تستخدم وحدة التحكم في المحرك معلومات التغذية الراجعة هذه لتحديد الملف الذي سيتم تنشيطه ومتى يتم تنشيطه. من خلال تنشيط اللفات في تسلسل معين، يتم إنتاج مجال مغناطيسي دوار يتفاعل مع الجزء المتحرك، مما يؤدي إلى دورانه. يُشار إلى تسلسل التنشيط هذا عادةً باسم "التخفيف".
تحكم بدون مستشعر
هناك طريقة أخرى للتحكم في محرك BLDC وهي التحكم بدون مستشعر. يستخدم هذا الأسلوب نموذجًا رياضيًا لسلوك المحرك لتحديد موضع الدوار وسرعته دون الحاجة إلى أجهزة استشعار تأثير هول. أصبح التحكم بدون مستشعر شائعًا بشكل متزايد نظرًا لانخفاض تكلفته وزيادة موثوقيته مقارنةً بالتحكم المعتمد على المستشعر.
يستخدم التحكم بدون مستشعر مجموعة متنوعة من التقنيات لحساب موضع الدوار، بما في ذلك استشعار المجال الكهرومغناطيسي الخلفي، والأساليب القائمة على المراقب، والأساليب القائمة على النماذج. يتضمن استشعار EMF الخلفي قياس الجهد الناتج في اللفات عندما يدور الدوار. تستخدم الأساليب القائمة على المراقبة خوارزمية لتقدير موضع الدوار بناءً على سلوك المحرك. تستخدم الأساليب القائمة على النماذج نموذجًا رياضيًا للمحرك للتنبؤ بموضع الدوار بناءً على التيارات والفولتية المدخلة.
تعديل عرض النبض
بغض النظر عن طريقة التحكم المستخدمة، يجب على وحدة التحكم في المحرك تعديل عرض النبضة لجهد الدخل إلى ملفات المحرك. يعد تعديل عرض النبض (PWM) طريقة لتنظيم الجهد الكهربي الذي يتم توفيره للمحرك عن طريق التبديل السريع للجهد وإيقافه عند تردد عالٍ.
تحدد دورة التشغيل لإشارة PWM متوسط الجهد المطبق على المحرك. من خلال تغيير دورة التشغيل لإشارة PWM، يمكن لوحدة التحكم في المحرك التحكم في سرعة المحرك وعزم دورانه. عادةً ما يكون تردد إشارة PWM عدة كيلوهرتز لمنع الضوضاء المسموعة الصادرة عن المحرك.
مزايا محركات BLDC
توفر محركات BLDC العديد من المزايا مقارنة بمحركات التيار المستمر التقليدية والمحركات الحثية ذات التيار المتردد. بعض هذه المزايا تشمل:
1. كفاءة عالية
2. عمر تشغيلي طويل
3. كثافة عزم الدوران العالية
4. متطلبات صيانة منخفضة
5. التحكم الدقيق في السرعة وعزم الدوران
6. عملية هادئة
7. تصميم مدمج وخفيف الوزن
تطبيقات BLDC موتورز
تُستخدم محركات BLDC على نطاق واسع في مختلف التطبيقات الصناعية والتجارية نظرًا لمزاياها العديدة. تتضمن بعض التطبيقات الأكثر شيوعًا لمحركات BLDC ما يلي:
1. المركبات الكهربائية
2. أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
3. الأتمتة الصناعية
4. الروبوتات
5. الأجهزة الطبية
6. الأجهزة المنزلية
7. الفضاء الجوي
خاتمة
باختصار، توفر محركات BLDC العديد من المزايا مقارنة بمحركات التيار المستمر التقليدية والمحركات الحثية ذات التيار المتردد. يتم تشغيل هذه المحركات بواسطة دائرة إلكترونية تتحكم في توقيت وقطبية التيار الذي يزود ملفات المحرك. عادةً ما يتم التحكم في محركات BLDC من خلال التحكم القائم على المستشعر أو التحكم بدون مستشعر وتستخدم تعديل عرض النبض لتنظيم الجهد المورد للمحرك. تجد هذه المحركات استخدامًا واسع النطاق في مختلف التطبيقات الصناعية والتجارية، بما في ذلك السيارات الكهربائية وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والأتمتة الصناعية والروبوتات.