مبدأ التحكم في محرك DC بدون فرش

العنوان: مبدأ التحكم في محرك التيار المستمر بدون فرش

مقدمة: في مجال التحكم في المحركات، تعد القدرة على تنظيم دوران وسرعة المحركات بدقة أمرًا بالغ الأهمية. ويتم تسهيل هذا التحكم من خلال أنظمة قيادة المحركات، والمعروفة أيضًا باسم وحدات التحكم الإلكترونية في السرعة (ESCs). يتم تصنيف ESCs إلى أنواع مصقولة وبدون فرش، اعتمادًا على نوع المحرك المقترن بها.

تتميز محركات التيار المستمر المصقولة بمغناطيس دائم ثابت مع ملفات ملفوفة حول الدوار. يتم تحقيق الدوران عن طريق تغيير اتجاه المجال المغناطيسي بشكل متقطع من خلال اتصال الفرشاة والمبدل. في المقابل، تفتقر محركات التيار المستمر بدون فرش إلى الفرش والمبدلات؛ تتكون دواراتها من مغناطيس دائم بينما تظل الملفات ثابتة. لتمكين الدوران في محركات التيار المستمر بدون فرش، يلزم وجود وحدة تحكم إلكترونية في السرعة لتغيير اتجاه التيار بشكل مستمر داخل الملفات الثابتة، مما يضمن التنافر بين الملفات والمغناطيس الدائم للحفاظ على الدوران.

في حين أن المحركات المصقولة يمكن أن تعمل بدون ESC من خلال توفير الطاقة مباشرة، إلا أنها تفتقر إلى التحكم في السرعة. من ناحية أخرى، تتطلب محركات التيار المستمر بدون فرش وجود ESC للتشغيل. يقوم ESC بتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد ثلاثية الطور لتشغيل محركات التيار المستمر بدون فرش.

تميزت ESCs المبكرة في المقام الأول بالتحكم المصقول في المحركات. يكمن التمييز بين ESCs المصقولة والغير فرشية في توافقها مع أنواع المحركات المعنية. تستخدم المحركات المصقولة فرش الكربون، مما يميزها عن المحركات بدون فرش حيث يتكون الدوار من كتل مغناطيسية ويظل الجزء الثابت ثابتًا. يتم اشتقاق تسميات ESCs المصقولة وبدون فرش من هذه الفروق الحركية. من الناحية الفنية، تنتج ESCs المصقولة طاقة تيار مستمر، بينما تنتج ESCs بدون فرش طاقة تيار متردد ثلاثية الطور. تتناقض طاقة التيار المستمر، الموجودة في البطاريات ذات الأطراف الموجبة والسالبة، مع طاقة التيار المتردد، التي تتأرجح بين الموجب والسالب على طول سلك واحد. إن فهم هذه الفروق يضع الأساس لفهم طاقة التيار المتردد ثلاثية الطور وطاقة التيار المستمر.

تتلقى ESCs بدون فرش مدخلات DC، وتثبت الجهد باستخدام مكثف ترشيح، وتقسم الطاقة إلى فرعين: أحدهما لدائرة إزالة البطارية (BEC) الخاصة بـ ESC والآخر لاستخدام MOSFET. عند التنشيط، يبدأ جهاز التحكم الدقيق الخاص بـ ESC تذبذب MOSFET، مما ينتج الصوت المميز لتشغيل المحرك بدون فرش. تتميز بعض ESCs بوظيفة معايرة الخانق لضمان وضع الخانق بشكل صحيح قبل الدخول في وضع الاستعداد. يقوم جهاز التحكم الدقيق الموجود داخل ESC بضبط خرج الجهد والتردد واتجاه القيادة بناءً على إشارات PWM للتحكم في سرعة المحرك واتجاهه. أثناء تشغيل المحرك، تعمل ثلاث مجموعات من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs) داخل ESC جنبًا إلى جنب لتوليد تردد قدره 8000 هرتز، مما يحاكي بشكل فعال العاكس أو وحدة التحكم في السرعة المستخدمة في تطبيقات المحركات الصناعية.

تتطلب ESCs بدون فرش إدخال تيار مستمر يتم توفيره عادةً بواسطة بطاريات الليثيوم. يتكون ناتجها من طاقة تيار متردد ثلاثية الطور قادرة على قيادة المحركات مباشرة. بالنسبة للنماذج الجوية مثل المروحيات الرباعية، تعد وحدات ESC المتخصصة المزودة بثلاثة خطوط إدخال إشارة للتحكم في PWM ضرورية. تتميز المروحيات الرباعية بأربع مراوح مرتبة في تكوين متقاطع لمواجهة ميول الدوران المتأصلة. يعمل القطر الصغير لكل مروحة على تشتيت قوى الطرد المركزي، على عكس مراوح الطائرات العمودية التقليدية التي تركز قوى الطرد المركزي بالقصور الذاتي. ونتيجة لذلك، تتطلب المروحيات الرباعية وحدات ESC عالية السرعة للاستجابة السريعة لتغيرات الموقف، حيث أن وحدات التحكم الإلكترونية PPM التقليدية مع معدلات تحديث تبلغ حوالي 50 هرتز غير كافية للتعديلات السريعة اللازمة للتحكم في طيران المروحيات الرباعية.

الاستنتاج: باختصار، مبدأ التحكم في محرك DC بدون فرش يتضمن استخدام وحدات التحكم الإلكترونية في السرعة لتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد ثلاثية الطور لقيادة المحركات بدون فرش. يعد فهم تعقيدات تشغيل ESC، بدءًا من معايرة الخانق وحتى معالجة إشارات PWM، أمرًا ضروريًا لتحسين أداء المحرك في التطبيقات المختلفة، بما في ذلك النماذج الجوية مثل المروحيات الرباعية. تلعب المجالس الكهربائية المتخصصة ذات واجهات الاتصال عالية السرعة دورًا حاسمًا في ضمان ديناميكيات الطيران المستقرة وقدرات الاستجابة السريعة، مما يجعلها مكونات لا غنى عنها في أنظمة التحكم الحديثة في المحركات.