كيف يعمل محرك BLDC: شرح مفصل لمبادئ محركات DC بدون فرش

على مدار العقدين أو الثلاثة عقدين الماضيين ، بسبب التقدم المستمر للتكنولوجيا الإلكترونية والمواد المغناطيسية الدائمة ،محركات BLDCتحولت من المحركات المتخصصة إلى حلول الطاقة السائدة لمختلف الصناعات.محركات BLDCتم استخدامها على نطاق واسع في التطبيقات ، بما في ذلك الأجهزة المنزلية وأدوات الطاقة والسيارات الكهربائية ومعدات الأتمتة الصناعية بسبب كفاءتها العالية وموثوقية عالية وعمر طويل. ومع ذلك ، فإن مبادئ التشغيل لمحركات BLDC لا تزال غير معروفة للكثير من الأفراد. ستشرح هذه المقالة ما تحتاج إلى إدراكه حول مبدأ العمل في محركات BLDC حتى تتمكن من الحصول على رؤية أكثر تفصيلاً لهذا الابتكار المذهل في الهندسة الكهربائية الحالية.

الهيكل الأساسي لمحرك BLDC

الآن ، قبل الدخول في مبدأ العمل ، يجب أن نتعرف على هيكلها الأساسي:

الجزء الثابت: ثابت داخل السكن الحركي ، يتكون عمومًا من صفائح فولاذية من السيليكون مغلفة ، ويلتقي الملفات حوله لإنشاء العديد من أعمدة المغناطيس الكهربائي.

الدوار: عادة ما يتم تركيب الدوار على العمود ويحتوي على مغناطيس دائم. يمكن تصنيف محركات BLDC إلى عدة أصناف بناءً على التكوينات المختلفة للمغناطيس الدائم.

مستشعرات القاعة: لتحديد موضع الدوار والتعليقات على نظام التحكم الإلكتروني.

وحدة التحكم: نظام تحكم إلكتروني يحدد توقيت التيار الذي يتدفق من خلال لفات الجزء الثابت بناءً على ردود الفعل من أجهزة استشعار القاعة أو آليات التغذية المرتدة الأخرى.

تجدر الإشارة إلى أن بنية محرك BLDC Outrunner فريدة من نوعها من الهيكل الدوار الداخلي. الدوار بالخارج ، والجهة الثابت في الداخل. هذا النوع من التصميم سائد بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب عزم الدوران العالي ، كما هو الحال في محرك مراوح الطائرات بدون طيار.

مبادئ الكهرومغناطيسية: أساس تشغيل محرك BLDC

يحدد مبدأان أساسيان للكهرومغناطيسية تشغيل محرك BLDC:

قانون Ampere: عندما يكون الموصل الحالي في مجال مغناطيسي ، سيتعرض الموصل لقوة. تم تصميم الجزء الثابت لمحرك BLDC من لفائف نحاسية ملفوفة ، وبعد تنشيط هذه اللفات ، فإنها تخلق مجالًا مغناطيسيًا يتفاعل بين مغناطيس الدوار الدائم لتوليد قوة توفر الحركة الميكانيكية لدور الدوار.

قانون Faraday للتحريض الكهرومغناطيسي: سيتم إحداث قوة كهربائية في موصل عندما يقطع خطوط المجال المغناطيسي أو في مجال مغناطيسي متغير. يتم استخدامه على نطاق واسع في التحكم بدون استشعار ، حيث يتم اكتشاف موضع الدوار عن طريق استشعار قوى الكهرومتر الخلفية.

يتم تطبيق هذه المبادئ في تصميم المحركات الصناعية بدون فرش. إنهم ينجزون ذلك من خلال تنظيم التيار بدقة تتدفق من خلال لفائف الجزء الثابت ، مما يضمن التفاعلات الكهرومغناطيسية المواتية مع مغناطيس الدوار الدائم لتحقيق الكفاءة والاستقرار العالي.

عملية تخفيف محرك BLDC

تسمى أهم آلية عمل في محرك BLDC التنقل الإلكتروني. هذا هو العامل الأكثر أهمية والفرق الرئيسي بين المحركات بدون فرش والمحركات التقليدية المصممة بالفرشاة.

مبدأ التخفيف: التنقل هو عملية تغيير اتجاه التدفق الحالي فيما يتعلق بملفات المحرك بحيث يمكن أن يكون هناك تفاعل كهرومغناطيسي مستمر بين الدوار والثابت ، مما يخلق عزم الدوران المستمر.

ستة خطوات تخفيف: تقسم طريقة التحكم التقليدية لمحركات BLDC الدورة الكهربائية إلى ست خطوات. في كل خطوة ، يتم تشغيل اثنان من بين الوجهات الثلاثية ، في حين أن مرحلة واحدة متوقفة.

ردود فعل مستشعرات القاعة: تكتشف أجهزة استشعار القاعة موضع المغناطيس الدائم للدوار ، بحيث يمكن للوحدة تحكم تحديد أي متعرج يجب تنشيطه والاتجاه الحالي.

التحكم بدون استشعار: تتمثل الطريقة الأكثر تقدماً في تحديد موضع الدوار من خلال مراقبة قوة الظهر الكهربائية الخلفية في المرحلة غير المنشورة ، لا توجد حاجة إلى أجهزة استشعار القاعة لتنفيذ هذه الاستراتيجية المعقدة ، مما يؤدي إلى موثوقية أكبر في محرك الأقراص.

عادةً ما تعتمد محركات BIG BLDC استراتيجيات تحكم أكثر تعقيدًا ، مثل محرك الموجة الجيبية أو التحكم في المتجهات ، لتحقيق ناتج عزم دوران أكثر سلاسة وكفاءة أعلى.

دور وحدة التحكم في نظام محرك BLDC

لا يمكن أن يعمل محرك BLDC بمفرده ويجب دمجه مع وحدة تحكم إلكترونية متخصصة:

برنامج تشغيل المحرك: عادةً ما يكون عاكس جسر ثلاثي الطور يعتمد على MOSFET أو IGBT الذي يغير المسار الحالي وفقًا لإشارة التحكم

متحكم: يتلقى إشارات من مستشعر الموضع ، ويقوم بتنفيذ خوارزميات التحكم ، وينشئ إشارات PWM لدفع أجهزة الطاقة.

التحكم في الحلقة المغلقة: يوفر التحكم الدقيق للسرعة أو التحكم في الموضع بناءً على احتياجات التطبيق.

وظيفة الحماية الآمنة: الحماية الزائدة من التيار ، حماية درجة الحرارة الزائدة ، حماية أقل من الجهد ، إلخ.

تطبيقات أنظمة محرك 48V BLDC واسعة الانتشار في الدراجات الكهربائية ، والسيارات الكهربائية الصغيرة ، وبعض التطبيقات الصناعية الأخرى. تحتاج وحدة التحكم والدوائر في التعامل معها إلى التعامل مع الفولتية العالية والتيارات وعادة ما يكون لها مجموعة أكثر تعقيدًا من وظائف الأداء والحماية.

خصائص الأداء وسيناريوهات التطبيق لمحركات BLDC

الآن دعونا نلقي نظرة على مزايا أدائهم بعد تعلم مبادئ تشغيل محرك BLDC:

الكفاءة العالية: نظرًا لغياب خسائر الاحتكاك من الفرش والركاب ، فإن كفاءتها تزيد عادة عن 85 ٪ ، حتى أعلى من 95 ٪ في بعض الحالات.

خصائص السرعة الجيدة: توفر مجموعة واسعة من إخراج عزم الدوران.

عمر أكبر: بدون عناصر التآكل الميكانيكي ، يتم تقييد العمر في النهاية فقط من قبل المحامل.

تحسين كفاءة تبديد الحرارة: التلامس المباشر بين لفات الجزء الثابت والسكن الحركي لتبديد الحرارة الأكثر فعالية.

انخفاض الضوضاء والتداخل الكهرومغناطيسي: لا توجد شرارات وضوضاء ناتجة عن تخفيف الفرشاة.

نظرًا لهيكله الخاص ، فإن محرك BLDC Outrunner أكثر قدرة على توفير عزم دوران أعلى بسرعات منخفضة ، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لأنظمة القيادة المباشرة ، مثل مراوح الطائرات بدون طيار والمعجبين ، وما إلى ذلك مع مزايا الاستقرار والمتانة ، فإن المحرك بدون فرش يجعلها اختيار إمدادات الطاقة في معدات الأتمتة والأدوات الدقيقة.

خوارزميات التحكم في محركات BLDC

لقد تجاوزت تقنية التحكم في BLDC الحديثة الأكثر تطوراً طريقة تخفيف الستة خطوات هذه:

التحكم في الموجة شبه المنحرف: طريقة التحكم الأكثر أساسية هي شكل موجة تيار شبه منحرف. من السهل وضعه موضع التنفيذ ولكنه ينتج تموجات عزم الدوران من السعة الكبيرة.

السيطرة الجيبية: قيادة المحرك بواسطة التيار الجيبي ، والتي يمكن أن تقلل من تموج عزم الدوران المحرك وجعل الجري أكثر سلاسة.

التحكم الموجهة نحو الميدان (FOC): من خلال تطبيق التحول الرياضي ، يتم ترجمة التيار ثلاثي الطور إلى نظام الإحداثيات الدوارة للتحكم ، مما يؤدي إلى التحكم الأمثل في عزم الدوران وكفاءة الطاقة.

تقنية Sensor Fusion: يدمج إشارات التعليقات المتعددة (على سبيل المثال ، مستشعرات القاعة ، المشفرات ، وأخذ العينات الحالية) لتحسين الدقة والمتانة.

نظرًا للتحديات في التطبيقات عالية الطاقة ، مثل الإدارة الحرارية ، وتحسين الكفاءة والاستجابة الديناميكية ، يتم استخدام خوارزميات التحكم الأكثر تطوراً عادةً لمحركات BLDC الكبيرة.

الخلاصة: مبادئ العمل ومزايا محركات BLDC

محركات BLDCتحكم بدقة في التيار في لفات الثابت من خلال نظام التحكم الإلكتروني والتفاعل مع المغناطيس الدائم للدوار لتحقيق تحويل فعال للطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. من الأجهزة الإلكترونية للمستهلكين الصغيرة إلى المعدات الصناعية الكبيرة ، من تطبيقات الجهد المنخفض إلى أنظمة محرك BLDC 48V ، ومحركات DC بدون فرش ، مع كفاءتها العالية ، وموثوقية عالية ، وأداء تحكم ممتاز ، تقود التقدم التكنولوجي وتحسين كفاءة الطاقة في مختلف الصناعات. مع التطوير المستمر لتكنولوجيا التحكم الإلكترونية ومواد المغناطيس الدائمة ، يمكننا التنبؤ بأن BLDC Motors سيكون لها احتمال تطبيق أوسع وأداء أكثر إمتاعًا.

إذا كنت مهتمًا بمنتجاتنا أو لديك أي أسئلة ، فلا تتردد في ذلكاتصل بناوسوف نرد عليك في غضون 24 ساعة.