الهيكل والمبادئ الأساسية لمحركات التيار المستمر بدون فرش

نظرة عامة على محرك DC بدون فرش (BLDC)

المزايا الرئيسية لمحركات التيار المستمر هي تنظيم السرعة الجيد وخصائص التشغيل، وعزم الدوران الكبير المقفل، وتستخدم على نطاق واسع في أجهزة القيادة المختلفة وأنظمة المؤازرة. ومع ذلك، تحتوي جميع محركات التيار المستمر على فرش ومبدلات، ويؤثر الاتصال الميكانيكي المنزلق المتكون بينها بشكل خطير على دقة المحرك وأدائه وموثوقيته. يمكن أن تتسبب الشرارات المتولدة في حدوث تداخل لاسلكي. يعمل جهاز فرشاة العاكس على تقصير عمر المحركات الكهربائية، مما يجعل هيكل محركات التيار المستمر معقدًا وصاخبًا ويصعب صيانته. لفترة طويلة، كان الناس يبحثون عن محركات التيار المستمر التي لا تتطلب فرشًا وأجهزة مبدل التيار.

ومع التطور السريع للتكنولوجيا الإلكترونية والاعتماد الواسع النطاق لمختلف الأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة، تم تحقيق هذه الرغبة تدريجيًا. يستخدم محرك التيار المستمر بدون فرش الذي سيتم تقديمه في هذا الفصل دوائر التبديل الإلكترونية وأجهزة استشعار الموضع لاستبدال الفرش والمبدلات، مما يجعل هذا المحرك يمتلك خصائص محرك التيار المستمر. كما أنها تتمتع بمزايا الهيكل البسيط والتشغيل الموثوق والصيانة المريحة لمحركات التيار المتردد؛ لم تعد سرعتها مقيدة بالتبديل الميكانيكي، وإذا تم استخدام محامل عالية السرعة، فيمكنها أيضًا العمل بسرعات تصل إلى عدة مئات الآلاف من الدورات في الدقيقة.

تتمتع محركات التيار المستمر بدون فرش (BLDC) بمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك محركات التيار المستمر العامة والمحركات المؤازرة ومحركات عزم الدوران. إنها مناسبة بشكل خاص للمعدات الإلكترونية المتقدمة، والروبوتات، وتكنولوجيا الطيران، وأجهزة CNC، والصناعات الطبية والكيميائية، وغيرها من مجالات التقنية العالية. تعمل محركات التيار المستمر بدون فرش على دمج الدوائر الإلكترونية مع المحركات وتطبيق التكنولوجيا الإلكترونية المتقدمة في مجال المحركات، مما سيعزز تحديث تكنولوجيا المحركات وتطويرها بشكل أسرع.

2. هيكل BLDC ومبدأ العمل الأساسي

BLDC هو نوع من المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم ذات التردد المتغير للتحكم الذاتي، مما يعني أن المجال المغناطيسي الناتج عن الجزء الثابت والدوار لهما نفس التردد، لذلك لا ينتج BLDC ظاهرة فرق التردد للمحركات الحثية العادية. توجد اختلافات في BLDC بين المحركات أحادية الطور، و2- الطور، و3- الطور، وتحدد الأنواع المختلفة من الأطوار عدد ملفات الجزء الثابت. سنركز هنا على المرحلة 3- الأكثر استخدامًا من BLDC.

2.1 الجزء الثابت

يتكون الجزء الثابت BLDC من العديد من صفائح فولاذ السيليكون التي تم تصفيحها وختمها محوريًا، مع عدد معين من الملفات في كل فتحة تشكل اللف، كما هو موضح في الشكل 2.1.1. تقليديا، الجزء الثابت في BLDC يشبه إلى حد ما ذلك الموجود في المحرك التحريضي، ولكن هناك اختلافات معينة في توزيع ملفات الجزء الثابت. تحتوي معظم الأجزاء الساكنة في BLDC على ثلاث لفات مرتبة على شكل نجمة، وتتكون كل منها من العديد من صفائح الفولاذ المرتبطة داخليًا بطريقة معينة. يتم توزيع اللفات المرقمة حول الجزء الثابت لتكوين أقطاب مغناطيسية ذات أرقام زوجية. هناك نقطة أخرى يجب ملاحظتها حول القوة الدافعة الكهربائية الخلفية وهي أن تيارات الطور للملفات المختلفة تظهر أيضًا أشكال موجية شبه منحرفة وجيبية. يمكن أن نتصور أن الملفات الجيبية تعمل بسلاسة نسبية مقارنة بالملفات شبه المنحرفة بسبب أشكالها الموجية الملساء. ومع ذلك، نظرًا لوجود عدد أكبر من اللفات، فإن اللفات الجيبية تستخدم بشكل أكثر شيوعًا في الأسلاك النحاسية مقارنةً باللفات شبه المنحرفة. نظرًا لاختلاف جهود التطبيق، يمكننا اختيار محركات بدون فرش بنطاقات جهد مختلفة حسب الحاجة. يمكن استخدام المحركات ذات الفولتية التطبيقية 48 فولت أو أقل في السيارات، والروبوتات، والأذرع الآلية الصغيرة، وغيرها من المجالات. يمكن استخدام المحركات ذات نطاق جهد 100 فولت وما فوق في الأجهزة المتخصصة والتحكم الآلي ومجالات الإنتاج الصناعي.