עִברִית
כותרת: עקרון בקרת מנוע DC ללא מברשות
הקדמה: בתחום השליטה המוטורית, היכולת לווסת במדויק את סיבוב ומהירות המנועים היא מעל הכל. שליטה זו מתאפשרת על ידי מערכות הנעה מנועיות, הידועות גם כבקרי מהירות אלקטרוניים (ESC). ESCs מסווגים לסוגים מוברשים וללא מברשות, בהתאם לסוג המנוע שאליו הם משויכים.
מנועי DC מוברש כוללים מגנט קבוע נייח עם סלילים כרוכים סביב הרוטור. הסיבוב מושג על ידי שינוי לסירוגין של כיוון השדה המגנטי דרך מגע מברשת ומגע. לעומת זאת, מנועי DC ללא מברשות חסרים מברשות ומקומוטטורים; הרוטורים שלהם מורכבים ממגנטים קבועים בעוד הסלילים נשארים נייחים. כדי לאפשר סיבוב במנועי DC ללא מברשות, נדרש בקר מהירות אלקטרוני כדי לשנות ללא הרף את כיוון הזרם בתוך הסלילים הקבועים, מה שמבטיח דחייה בין הסלילים והמגנטים הקבועים כדי לקיים סיבוב.
בעוד שמנועים מוברשים יכולים לפעול ללא ESC על ידי אספקת חשמל ישירה, אין להם בקרת מהירות. מצד שני, מנועי DC ללא מברשות מחייבים ESC לפעולה. ה-ESC ממיר כוח DC למתח AC תלת פאזי להנעת מנועי DC ללא מברשות.
ESCs מוקדמים כללו בעיקר בקרת מנוע מוברש. ההבחנה בין ESCs מוברש וחסר מברשות טמונה בתאימות שלהם לסוגי המנועים המתאימים. מנועים מוברשים משתמשים במברשות פחמן, מה שמבדיל אותם ממנועים חסרי מברשות שבהם הרוטור מורכב מגושים מגנטיים והסטטור נשאר נייח. המינוח של ESCs מוברש וחסר מברשת נגזר מהבחנות מוטוריות אלו. במונחים טכניים, ESCs מוברש מוציאים מתח DC, בעוד ESCs ללא מברשות מפיקים מתח AC תלת פאזי. מתח DC, שנמצא בסוללות עם חיבורים חיוביים ושליליים, מנוגד להספק AC, אשר נע בין חיובי לשלילי לאורך חוט יחיד. הבנת ההבחנות הללו מניחה את הבסיס להבנת מתח AC תלת פאזי וכוח DC.
ESCs חסרי מברשת מקבלים קלט DC, מייצבים מתח עם קבל סינון ומפצלים את ההספק לשני ענפים: אחד עבור מעגל הסוללה של ESC (BEC) ואחר לשימוש ב-MOSFET. עם ההפעלה, המיקרו-בקר של ה-ESC יוזם תנודת MOSFET, ומפיק את הצליל האופייני של פעולת מנוע ללא מברשות. חלק מה-ESCs כוללים פונקציונליות של כיול מצערת כדי להבטיח מיקום נכון של המצערת לפני כניסה למצב המתנה. המיקרו-בקר בתוך ה-ESC מתאים את פלט המתח, התדר וכיוון ההנעה על סמך אותות PWM כדי לשלוט במהירות ובכיוון המנוע. במהלך פעולת המנוע, שלוש קבוצות של MOSFETs בתוך ה-ESC פועלות במקביל כדי ליצור תדר של 8000Hz, המחקה למעשה מהפך או בקר מהירות המשמשים ביישומי מנוע תעשייתיים.
ESCs ללא מברשות דורשים כניסת DC המסופקת בדרך כלל על ידי סוללות ליתיום. הפלט שלהם מורכב ממתח AC תלת פאזי המסוגל להניע ישירות מנועים. עבור דגמי אוויר כמו quadcopters, ESCs מיוחדים עם שלושה קווי כניסת אות עבור בקרת PWM חיוניים. Quadcopters כוללים ארבעה מדחפים המסודרים בתצורה צולבת כדי לנטרל נטיות סחרור מובנות. הקוטר הקטן של כל מדחף מפזר את הכוחות הצנטריפוגליים, בניגוד למדחפים המסורתיים של הרוטורקרטים המרכזים כוחות צנטריפוגליים אינרציאליים. כתוצאה מכך, quadcopters דורשים ESCs במהירות גבוהה לתגובה מהירה לשינויי גישה, שכן PPM ESCs קונבנציונליים עם קצבי עדכון בקירוב של 50Hz אינם מספיקים עבור ההתאמות המהירות הנדרשות בבקרת טיסה quadcopter.
מסקנה: לסיכום, העיקרון של בקרת מנוע DC ללא מברשות כולל שימוש בבקרי מהירות אלקטרוניים להמרת כוח DC למתח AC תלת פאזי להנעת מנועים ללא מברשות. הבנת המורכבויות של פעולת ה-ESC, מכיול מצערת ועד עיבוד אותות PWM, חיונית למיטוב ביצועי המנוע ביישומים שונים, כולל דגמי אוויר כמו quadcopters. ESCs מיוחדים עם ממשקי תקשורת מהירים ממלאים תפקיד קריטי בהבטחת דינמיקת טיסה יציבה ויכולות תגובה מהירה, מה שהופך אותם לרכיבים חיוניים במערכות בקרת מנוע מודרניות.
