ما هو محرك DC بدون فرشات ، كيف يتم بناؤه وتشغيله

تعريف

يُطلق على محرك DC بدون فرش محرك DC ، ويتم تبديل التيار في اللفات من خلال جهاز مفتاح خاص - ويطلق عليه "السائق" أو "العاكس" وتقع هذه الملفات دائمًا على الجزء الثابت. يتكون المفتاح من 6 ترانزستورات ، وهي تزود التيار بملف معين ، اعتمادًا على موضع الدوار.

في الأدب المحلي ، تسمى هذه المحركات "الصمام" (لأن مفاتيح أشباه الموصلات تسمى "الصمامات") ، وهناك فصل لهذه الآلات الكهربائية إلى نوعين في شكل EMF مضاد. في الأدب الأجنبي ، يستمر مثل هذا الاختلاف ، ويسمى أحدهم بشكل مشابه لـ "BLDC" الروسي (محرك التيار المباشر المباشر أو المحرك) ، والذي يبدو حرفياً مثل "محرك DC بدون فرش" في اللفات يظهر EMF شبه منحرف. تسمى محركات الصمامات التي لها EMF جيبية PMSM (آلة متزامنة مغناطيسية دائمة) ، والتي تترجم على أنها "محرك كهربائي متزامن مع إثارة بمغناطيس دائم".

الجهاز ومبدأ التشغيل

يعمل المجمع في KDPT كعقدة لتحويل التيار في ملفات المحرك. في محرك DC بدون فرش (BDT) ، لا يتم لعب هذا الدور بالفرش مع الصفائح ، ولكن بواسطة مبدل ، فهو عبارة عن مفاتيح أشباه الموصلات - الترانزستورات. تقوم الترانزستورات بتبديل اللفات الساكنة ، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا دوارًا يتفاعل مع مجال مغناطيس الدوار. وعندما يتدفق التيار عبر موصل موجود في مجال مغناطيسي ، فإنه يعمل عليه قوة امبير، بسبب عمل هذه القوة ، يتم توليد عزم الدوران على عمود الآلات الكهربائية. يعتمد مبدأ تشغيل أي محرك كهربائي على هذا.

الآن دعونا نكتشف كيف يعمل المحرك بدون فرش. عادة ما توجد 3 لفات على الجزء الثابت من BDPT ، عن طريق القياس مع محركات التيار المتردد التي يطلق عليها غالبًا ثلاث مراحل. هذا صحيح جزئيًا: تعمل المحركات الخالية من الفرشاة على مصدر تيار مباشر (عادة من البطاريات) ، لكن وحدة التحكم تقوم بتشغيل اللفات بالتناوب. ومع ذلك ، ليس صحيحًا تمامًا أن نقول أن التيار المتناوب يتدفق عبر اللفات. يتكون الشكل النهائي لملف جهد الإمداد بواسطة نبضات تحكم الترانزستور المستطيلة.

يمكن أن يكون المحرك الخالي من الفرشاة ثلاثي الأطوار ثلاث أسلاك أو أربع أسلاك ، حيث يكون السلك الرابع عبارة عن صنبور من نقطة المنتصف (إذا كانت الملفات متصلة على طول نمط نجمة).

اللفائف ، أو بكلمات بسيطة ، تتناسب لفائف الأسلاك النحاسية مع أسنان القلب الثابت. اعتمادًا على تصميم محرك الأقراص والغرض منه ، قد يكون للجزء الثابت عدد مختلف من الأسنان. هناك خيارات مختلفة لتوزيع اللفات الطورية على طول أسنان الدوار ، وهو ما يوضحه الشكل التالي.

يمكن توصيل اللفات لكل من الأسنان في مرحلة واحدة في سلسلة أو بالتوازي ، اعتمادًا على المهام الموكلة إلى المصمم من حيث القوة ولحظة محرك الأقراص المصمم ، ويتم ربط ملفات الطور نفسها وفقًا لنمط نجم أو مثلث ، مثل غير متزامن أو متزامن محركات AC ثلاثية الطور.

يمكن تثبيت مستشعرات موضع الدوار في الجزء الثابت. غالبًا ما يتم استخدام مستشعرات القاعة ، فهي تعطي إشارة إلى وحدة التحكم عندما تتأثر بالمجال المغناطيسي لمغناطيس الدوار. يعد ذلك ضروريًا لكي يتمكن جهاز التحكم من "معرفة" في موضع العضو الدوار وتزويد الطاقة باللفات المقابلة. يعد ذلك ضروريًا لزيادة كفاءة العمل واستقراره ، وباختصار ، لاستخراج كل الطاقة الممكنة من المحرك. عادة ما يتم تركيب أجهزة الاستشعار 3 قطع. لكن وجود أجهزة الاستشعار يعقد جهاز محرك بدون فرشاة ، فهي تحتاج إلى توصيل أسلاك إضافية لخطوط الطاقة والبيانات.

في BDTT ، يتم استخدام المغناطيس الدائم المثبت على الدوار للإثارة ، والجزء الثابت هو مرساة. تذكر أنه في آلات التجميع يكون العكس هو (الدوار هو مرساة) ، وللإثارة في القرص المضغوط ، يتم استخدام كل من المغناطيس الدائم والمغناطيسات الكهربائية (اللفات).

يتم تثبيت المغناطيس مع أقطاب متناوبة ، وبالتالي يحدد عددهم عدد أزواج الأعمدة. ولكن هذا لا يعني أن عدد المغناطيس ، ثم أزواج من الأعمدة. يمكن أن تشكل عدة مغناطيسات قطبًا واحدًا. يعتمد عدد الدورات في الدقيقة على عدد الأعمدة ، كما هو الحال مع محرك الحث (وغيرها). أي ، من وحدة تحكم واحدة على نفس الإعدادات ، ستدور المحركات الخالية من الفرشاة مع عدد مختلف من أزواج القطب بسرعات مختلفة.

أنواع BDTT

الآن دعنا نرى كيف تبدو محركات المغناطيس الدائم بدون فرش. يتم تصنيفها حسب شكل عداد EMF والتصميم ، وكذلك من خلال وجود أجهزة استشعار موقف الدوار. لذلك ، هناك نوعان رئيسيان يختلفان في شكل عداد EMF ، والذي يتم تحفيزه في اللفات عندما يدور الدوار:

• BLDC - فيها مضاد شبه EMF ؛
• PMSM - مضاد للجيوب الأنفية.

من الناحية المثالية ، يحتاجون إلى مصادر طاقة مختلفة (وحدات تحكم) ، ولكن من الناحية العملية يمكن تبديلها. ولكن إذا كنت تستخدم جهاز تحكم بجهد إخراج مستطيل أو شبه منحرف مع محرك PMSM ، فسوف تسمع أصواتًا مميزة ، مماثلة للطرق أثناء الدوران.

وبحسب التصميم ، فإن محركات DC بدون فرشات هي:

• مع دوار داخلي. هذا تمثيل أكثر شيوعًا للمحرك الكهربائي ، عندما يكون الجزء الثابت عبارة عن جسم ، ويدور العمود الموجود فيه. غالبًا ما يطلق عليهم الكلمة الإنجليزية "Inrunner". يستخدم هذا الخيار عادة للمحركات الكهربائية عالية السرعة.
• مع دوار خارجي. هنا يدور الجزء الخارجي من المحرك مع عمود مثبت عليه ؛ في المصادر الإنجليزية يطلق عليه "outrunner". يتم استخدام دائرة الجهاز هذه عندما تحتاج إلى لحظة عالية.

يتم اختيار التصميم اعتمادًا على سبب الحاجة إلى محرك بدون فرش في تطبيق معين.

تنتج الصناعة الحديثة محركات بدون فرش مع مستشعرات لموضع الدوار أو بدونها. والحقيقة هي أن هناك العديد من الطرق للسيطرة على BDTT ، بالنسبة لبعض أجهزة استشعار الموضع المطلوبة ، والبعض الآخر يحدد مواقف EMF في اللفات ،أما الثالثة فتقوم ببساطة بتزويد الطاقة للمراحل المطلوبة ويتزامن المحرك الكهربائي مع مصدر الطاقة هذا ويدخل في وضع التشغيل.

الخصائص الرئيسية لمحركات DC بدون فرشات:

1. وضع التشغيل - طويل أو قصير.
2. أقصى جهد التشغيل.
3. العمل الحالي الأقصى.
4. القوة القصوى.
5. غالبًا ما تشير الثورات القصوى ، إلى عدم وجود ثورات ، ولكن KV - r / v ، أي عدد الثورات لكل 1 فولت من الجهد المطبق (بدون حمل على العمود). للحصول على السرعة القصوى - اضرب هذا الرقم في الجهد الأقصى.
6. عادة ما تصل مقاومة اللف (كلما كانت أصغر ، زادت الكفاءة) إلى مئات وألف من أوم.
7. زاوية تقدم الطور (التوقيت) هي الوقت الذي يصل بعده التيار في اللف إلى أقصى حد ، وذلك بسبب قوانين الحث والتبديل الخاصة به (لا يمكن أن يتغير التيار في الحث على الفور.

مخطط الأسلاك

كما ذكر أعلاه ، لتشغيل محرك بدون فرشاة تحتاج إلى وحدة تحكم خاصة. على aliexpress ، يمكنك العثور على كلتا المجموعتين من المحرك وجهاز التحكم ، أو بشكل منفصل. تسمى وحدة التحكم أيضًا بمحرك ESC أو وحدة التحكم في السرعة الكهربائية. يتم اختيارهم من خلال قوة التيار المعطى للحمل.

عادة ما يكون توصيل المحرك الكهربائي بوحدة التحكم أمرًا بسيطًا ويمكن فهمه حتى بالنسبة للدمى. الشيء الرئيسي الذي تحتاج إلى معرفته - لتغيير اتجاه الدوران ، تحتاج إلى تغيير اتصال أي مرحلتين ، في الواقع وكذلك في المحركات غير المتزامنة أو المتزامنة ثلاثية الطور.

تحتوي الشبكة على عدد من الحلول والمخططات التقنية المعقدة والدمى ، والتي يمكنك رؤيتها أدناه.

في هذا الفيديو ، يخبر المؤلف كيفية تكوين صداقات مع المحرك BC "Arduino".

ستتعرف في هذا الفيديو على طرق مختلفة للاتصال بوحدات تحكم مختلفة وكيف يمكنك القيام بذلك بنفسك. يوضح المؤلف هذا بمثال لمحرك من محرك الأقراص الصلبة ، وزوج من الحالات القوية - في الداخل والخارج.

بالمناسبة ، نقوم أيضًا بتطبيق الرسم التخطيطي من الفيديو للتكرار:

حيث يتم استخدام المحركات الخالية من الفرشاة

نطاق هذه المحركات الكهربائية قبل الجدول الزمني على نطاق واسع. يتم استخدامها على حد سواء لقيادة الآليات الصغيرة: في محركات الأقراص المضغوطة ومحركات أقراص DVD ومحركات الأقراص الصلبة والأجهزة القوية: بطارية وأداة كهربائية (مع مصدر طاقة يبلغ حوالي 12 فولت) ، ونماذج يتم التحكم فيها عن طريق الراديو (على سبيل المثال ، quadrocopters) ، وآلات CNC لقيادة جسم عامل (عادة المحركات ذات الجهد المقنن 24V أو 48V).

تستخدم BDTTs على نطاق واسع في السيارات الكهربائية ، وجميع العجلات ذات المحركات الحديثة للدراجات البخارية الكهربائية والدراجات والدراجات النارية والسيارات هي محركات بدون فرش. بالمناسبة ، يقع الجهد المقنن للمحركات الكهربائية للنقل في نطاق واسع ، على سبيل المثال ، غالبًا ما يعمل محرك عجلة الدراجات من 36V أو 48V ، مع استثناءات نادرة وأكثر ، وفي السيارات ، على سبيل المثال ، تويوتا بريوس حوالي 120 فولت ، وعلى نيسان ليف - يصل إلى 400 ، أثناء الشحن من شبكة 220 فولت (يتم تنفيذ ذلك باستخدام المحول المدمج).

في الواقع ، فإن نطاق المحركات الكهربائية الخالية من الفرشاة واسع للغاية ، وغياب عقدة التجميع يسمح باستخدامها في الأماكن الخطرة ، وكذلك في الأماكن ذات الرطوبة العالية ، دون خوف من دوائر قصيرة ، أو شرارة أو حريق بسبب عيوب في مجموعة الفرشاة. نظرًا للكفاءة العالية والأبعاد الكلية الجيدة ، فقد وجدوا تطبيقًا في صناعة الفضاء.

مزايا وعيوب

محركات DC بدون فرشات ، مثل الأنواع الأخرى من الآلات الكهربائية ، لها مزايا وعيوب معينة.

مزايا BDTT هي كما يلي:

• بفضل الإثارة من المغناطيس الدائم القوي (النيوديميوم ، على سبيل المثال) ، فهي متفوقة في عزم الدوران والقوة ولها أبعاد أصغر من المحركات الحثية. ما يستخدمه معظم مصنعي السيارات الكهربائية - من السكوتر إلى السيارات.
• لا توجد مجموعة جامع فرشاة متألقة تتطلب صيانة منتظمة.
• عند استخدام وحدة تحكم عالية الجودة ، على عكس القرص المضغوط نفسه ، فإنها لا تتداخل مع شبكة إمداد الطاقة ، وهو أمر مهم بشكل خاص في الأجهزة التي يتم التحكم فيها لاسلكيًا والمركبات ذات المعدات الإلكترونية المتقدمة في الشبكة على متن الطائرة.
• الكفاءة أكثر من 80 ، في كثير من الأحيان و 90 ٪.
• سرعة دوران عالية ، في بعض الحالات تصل إلى 100000 دورة في الدقيقة.

ولكن هناك نقصًا كبيرًا: محرك بدون فرش بدون وحدة تحكم هو مجرد قطعة من الحديد ذات لف نحاسي. لن يتمكن من العمل. وحدات التحكم ليست رخيصة وغالباً ما يتم طلبها في المتاجر عبر الإنترنت أو مع aliexpress. ولهذا السبب ، لا يمكن دائمًا استخدام محركات BC في الموديلات والأجهزة محلية الصنع.

الآن أنت تعرف ما هو محرك DC بدون فرش ، وكيف يعمل وأين يتم استخدامه. نأمل أن تساعدك مقالتنا في حل جميع المشكلات!

المواد ذات الصلة:

• ما هو الدوار والجزء الثابت
• كيفية تجميع أبسط محرك كهربائي في المنزل
• الفرق بين DC و AC