من أجل حل مشاكل التحكم في أنظمة الدقة الحديثة ، يتم استخدام المحرك بدون فرش بشكل متزايد. يتميز هذا بالميزة الكبيرة لمثل هذه الأجهزة ، فضلاً عن التكوين النشط للقدرات الحسابية للإلكترونيات الدقيقة. كما تعلم ، يمكنهم توفير كثافة عالية لعزم الدوران الطويل وكفاءة في استخدام الطاقة مقارنة بأنواع المحركات الأخرى.
رسم تخطيطي للمحرك بدون فرش
يتكون المحرك من الأجزاء التالية:
1. ظهر القضية
2. الجزء الثابت
3. تحمل.
4. القرص المغناطيسي (الدوار)
5. تحمل.
6. الجزء الثابت الملفوف.7. أمام القضية
المحرك عديم الفرشاة له علاقة بين الملف متعدد الأطوار للجزء الثابت والدوار. لديهم مغناطيس دائم ومستشعر موضع مدمج. يتم تنفيذ تبديل الجهاز باستخدام محول الصمام ، ونتيجة لذلك حصل على هذا الاسم.
تتكون دائرة المحرك بدون فرش من غطاء خلفي ولوحة دائرة مطبوعة من أجهزة الاستشعار ، وغطاء محمل ، وعمود ، ومحمل ، مغناطيس دوار ، حلقة عازلة ، لف ، زنبرك بيلفيل ، فاصل ، مستشعر هول ، عازل ، مبيت وأسلاك.
في حالة توصيل اللفات بـ "نجمة" ، يكون للجهاز لحظات ثابتة كبيرة ، لذلك يتم استخدام هذا التجميع للتحكم في المحاور. في حالة ربط اللفات بـ "مثلث" ، يمكن استخدامها للعمل بسرعات عالية. في أغلب الأحيان ، يتم حساب عدد أزواج الأقطاب من خلال عدد المغناطيسات الدوارة ، والتي تساعد في تحديد نسبة الثورات الكهربائية والميكانيكية.
يمكن صنع الجزء الثابت من خالي من الحديد أو قلب من الحديد. باستخدام مثل هذه التصميمات مع الخيار الأول ، من الممكن التأكد من عدم جذب مغناطيس الدوار ، ولكن في نفس اللحظة ، يتم تقليل كفاءة المحرك بنسبة 20 ٪ بسبب انخفاض قيمة عزم الدوران الثابت.
من الرسم البياني ، يمكن ملاحظة أنه في الجزء الثابت يتم إنشاؤه في اللفات ، وفي الدوار يتم إنشاؤه بمساعدة مغناطيس دائم عالي الطاقة.
الرموز: - VT1-VT7 - اتصالات الترانزستور ؛ - A ، B ، C - مراحل اللف ؛
- M - عزم دوران المحرك ؛
- DR - مستشعر موضع الدوار ؛ - U - منظم جهد إمداد المحرك ؛
- S (جنوب) ، N (شمال) - اتجاه المغناطيس ؛
- UZ - محول التردد ؛
- BR - السرعة الاستشعار ؛
- VD - الصمام الثنائي زينر ؛
- L هو مغو.
يوضح الرسم التخطيطي للمحرك أن إحدى المزايا الرئيسية للدوار الذي يتم فيه تثبيت مغناطيس دائم هو تقليل قطرهوبالتالي ، انخفاض في لحظة القصور الذاتي. يمكن دمج هذه الأجهزة في الجهاز نفسه أو وضعها على سطحه. غالبًا ما يؤدي الانخفاض في هذا المؤشر إلى قيم صغيرة لتوازن لحظة القصور الذاتي للمحرك نفسه والحمل الذي يتم إحضاره إلى عمود الدوران ، مما يعقد تشغيل محرك الأقراص. لهذا السبب ، يمكن للمصنعين تقديم عزم قصور ذاتي قياسي و 2-4 مرات أعلى.
مبادئ العمل
اليوم ، أصبح المحرك بدون فرش شائعًا للغاية ، ويستند مبدأ التشغيل إلى حقيقة أن جهاز التحكم في الجهاز يبدأ في تبديل لفات الجزء الثابت. نتيجة لذلك ، يظل متجه المجال المغناطيسي دائمًا متحركًا بزاوية تقترب من 900 (-900) بالنسبة إلى الدوار. تم تصميم وحدة التحكم للتحكم في التيار الذي يتحرك خلال لفات المحرك ، بما في ذلك حجم المجال المغناطيسي للجزء الثابت. لذلك ، من الممكن ضبط اللحظة التي تعمل على الجهاز. أس للزاوية بين المتجهات يمكن أن يحدد اتجاه الدوران الذي يعمل عليه.
يجب أن يؤخذ في الاعتبار أننا نتحدث عن الدرجات الكهربائية (فهي أصغر بكثير من الدرجات الهندسية). على سبيل المثال ، لنأخذ حسابًا لمحرك بدون فرش بدوار ، به 3 أزواج من الأعمدة. ثم ستكون الزاوية المثالية لها 900/3=300. توفر هذه الأزواج 6 مراحل من لفات التبديل ، ثم اتضح أن ناقل الجزء الثابت يمكن أن يتحرك في قفزات بمقدار 600. ومن هذا يمكن ملاحظة أن الزاوية الحقيقية بين المتجهات ستختلف بالضرورة من 600 إلى1200 ابتداء من دوران الدوار.
محرك الصمام ، الذي يعتمد مبدأ تشغيله على دوران أطوار التبديل ، والتي بسببها يتم الحفاظ على تدفق الإثارة من خلال حركة ثابتة نسبيًا من المحرك ، بعد أن يبدأ تفاعلها في تشكيل دوران الوقت الحاضر. يندفع لتحويل الدوار بطريقة تتزامن فيها كل الإثارة وتدفقات المحرك معًا. لكن أثناء دوره ، يبدأ المستشعر في تبديل اللفات ، ويتحرك التدفق إلى الخطوة التالية. عند هذه النقطة ، سيتحرك المتجه الناتج ، لكنه يظل ثابتًا تمامًا بالنسبة لتدفق الجزء المتحرك ، والذي سيؤدي في النهاية إلى إنشاء عزم دوران للمحور.
الفوائد
باستخدام محرك بدون فرش في العمل ، يمكننا ملاحظة مزاياها:
- إمكانية استخدام نطاق واسع لتعديل السرعة ؛
- ديناميكيات عالية وأداء ؛
- أقصى دقة لتحديد المواقع ؛
- تكاليف صيانة منخفضة
- يمكن أن يُعزى الجهاز إلى أشياء مقاومة للانفجار ؛
- لديه القدرة على تحمل الأحمال الزائدة الكبيرة في لحظة الدوران ؛
- كفاءة عالية ، وهي أكثر من 90٪ ؛
- توجد جهات اتصال إلكترونية منزلقة ، مما يزيد بشكل كبير من عمر الخدمة وعمر الخدمة ؛
- عدم ارتفاع درجة حرارة المحرك الكهربائي أثناء التشغيل طويل الأمد.
عيوب
على الرغم من العدد الهائل من المزايا ، فإن المحرك الذي لا يحتوي على فرش له أيضًا عيوب في التشغيل:
- تحكم محرك معقد إلى حد ما ؛- نسبيًا- ارتفاع سعر الجهاز نتيجة استخدام الدوار في تصميمه والذي يحتوي على مغناطيسات دائمة غالية الثمن.
محرك التردد
محرك تردد الصمام هو جهاز يتم فيه توفير مقاومة مغناطيسية للتبديل. في ذلك ، يحدث تحويل الطاقة بسبب تغيير في محاثة اللفات ، والتي تقع على أسنان الجزء الثابت عندما يتحرك الدوار المغناطيسي المسنن. يستقبل الجهاز الطاقة من محول كهربائي ، يقوم بالتناوب بتبديل لفات المحرك بدقة وفقًا لحركة الدوار.
محرك التردد المحول هو نظام معقد معقد تعمل فيه مكونات ذات طبيعة فيزيائية مختلفة معًا. يتطلب التصميم الناجح لمثل هذه الأجهزة معرفة متعمقة بالآلة والتصميم الميكانيكي ، بالإضافة إلى الإلكترونيات والميكانيكا الكهروميكانيكية وتكنولوجيا المعالجات الدقيقة.
يعمل الجهاز الحديث كمحرك كهربائي يعمل بالاقتران مع محول إلكتروني يتم تصنيعه بتقنية متكاملة باستخدام معالج دقيق. يسمح لك بأداء تحكم عالي الجودة في المحرك مع أفضل أداء في معالجة الطاقة.
خصائص المحرك
تتمتع هذه الأجهزة بديناميكيات عالية وقدرة عالية على التحميل الزائد وتحديد المواقع بدقة. نظرًا لعدم وجود أجزاء متحركة ،يمكن استخدامها في بيئة عدوانية متفجرة. تسمى هذه المحركات أيضًا بمحركات بدون فرش ، وتتمثل ميزتها الرئيسية ، مقارنة بمحركات التجميع ، في السرعة التي تعتمد على جهد الإمداد لعزم دوران التحميل. أيضا ، هناك خاصية أخرى مهمة وهي عدم وجود عناصر قابلة للتآكل والفرك تقوم بتبديل جهات الاتصال ، مما يزيد من موارد استخدام الجهاز.
محركات BLDC
يمكن استدعاء جميع محركات التيار المستمر بدون فرش. تعمل على التيار المباشر. يتم توفير مجموعة الفرشاة للجمع الكهربائي لدوائر الدوار والجزء الثابت. هذا الجزء هو الأكثر ضعفا ويصعب صيانته وإصلاحه.
يعمل محرك BLDC على نفس المبدأ مثل جميع الأجهزة المتزامنة من هذا النوع. إنه نظام مغلق يتضمن محول أشباه موصلات الطاقة ، مستشعر موضع الدوار ومنسق.
محركات التيار المتردد
تحصل هذه الأجهزة على طاقتها من أنابيب التيار المتردد. تتطابق سرعة دوران الدوار وحركة التوافقي الأول للقوة المغناطيسية للجزء الثابت تمامًا. يمكن استخدام هذا النوع الفرعي من المحركات بقوة عالية. تشمل هذه المجموعة أجهزة الصمامات المتدرجة والمتفاعلة. السمة المميزة لأجهزة التدرج هي الإزاحة الزاوية المنفصلة للدوار أثناء تشغيله. يتم تشكيل مصدر الطاقة للملفات باستخدام مكونات أشباه الموصلات. يتم التحكم في محرك الصمام بواسطةالإزاحة المتتابعة للدوار ، مما يؤدي إلى تبديل قوتها من ملف إلى آخر. يمكن تقسيم هذا الجهاز إلى أحادي وثلاثية ومتعددة الأطوار ، قد يحتوي أولها على لف البداية أو دائرة تحويل الطور ، وكذلك يمكن أن يبدأ يدويًا.
مبدأ تشغيل محرك متزامن
يعمل المحرك المتزامن للصمام على أساس تفاعل المجالات المغناطيسية للعضو الدوار والجزء الثابت. من الناحية التخطيطية ، يمكن تمثيل المجال المغناطيسي أثناء الدوران بإيجابيات نفس المغناطيس ، والتي تتحرك بسرعة المجال المغناطيسي للجزء الثابت. يمكن أيضًا تصوير مجال الدوار على أنه مغناطيس دائم يدور بشكل متزامن مع حقل الجزء الثابت. في حالة عدم وجود عزم خارجي يتم تطبيقه على عمود الجهاز ، تتطابق المحاور تمامًا. تمر قوى الجذب المؤثرة على طول محور القطبين ويمكن أن تعوض بعضها البعض. الزاوية بينهما مضبوطة على صفر.
إذا تم تطبيق عزم الكبح على عمود الآلة ، يتحرك الدوار إلى الجانب مع تأخير. نتيجة لذلك ، تنقسم القوى الجذابة إلى مكونات يتم توجيهها على طول محور المؤشرات الإيجابية والعمودية على محور القطبين. إذا تم تطبيق لحظة خارجية ، والتي تخلق تسارعًا ، أي أنها بدأت في العمل في اتجاه دوران العمود ، فإن صورة تفاعل الحقول ستتغير تمامًا إلى العكس. يبدأ اتجاه الإزاحة الزاوية في التحول إلى العكس ، وفيما يتعلق بهذا ، يتغير اتجاه القوى العرضية ولحظة كهرومغناطيسية. في هذا السيناريو ، يتحول المحرك إلى فرامل ، ويعمل الجهاز كمولد يقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية المزودة إلى العمود إلى طاقة كهربائية. ثم يتم إعادة توجيهه إلى الشبكة التي تغذي الجزء الثابت.
عندما لا تكون هناك لحظة خارجية ، ستبدأ لحظة القطب البارز في اتخاذ موقف يتزامن فيه محور أقطاب الحقل المغناطيسي للجزء الثابت مع المحور الطولي. هذا الموضع سوف يتوافق مع الحد الأدنى لمقاومة التدفق في الجزء الثابت.
إذا تم تطبيق عزم الكبح على عمود الآلة ، سينحرف الدوار ، بينما سيتشوه المجال المغناطيسي للجزء الثابت ، حيث يميل التدفق إلى الإغلاق عند أدنى مقاومة. لتحديد ذلك ، هناك حاجة إلى خطوط القوة ، والتي سيتوافق اتجاهها عند كل نقطة مع حركة القوة ، لذا فإن التغيير في المجال سيؤدي إلى ظهور تفاعل عرضي.
بعد النظر في كل هذه العمليات في المحركات المتزامنة ، يمكننا تحديد المبدأ التوضيحي لعكس مختلف الآلات ، أي قدرة أي جهاز كهربائي على تغيير اتجاه الطاقة المحولة إلى العكس.
مغناطيس دائم بدون فرش
يتم استخدام محرك المغناطيس الدائم للتطبيقات الدفاعية والصناعية الجادة ، حيث يتمتع هذا الجهاز باحتياطي طاقة كبير وكفاءة.
تُستخدم هذه الأجهزة غالبًا في الصناعات التي يكون فيها استهلاك الطاقة منخفضًا نسبيًا وأبعاد صغيرة. يمكن أن يكون لها أبعاد مختلفة ، دون قيود تكنولوجية. في الوقت نفسه ، فإن الأجهزة الكبيرة ليست جديدة تمامًا ، فغالبًا ما يتم إنتاجها بواسطة شركات تحاول التغلب على الصعوبات الاقتصادية التي تحد من نطاق هذه الأجهزة. لها مزاياها الخاصة ، من بينها الكفاءة العالية بسبب فقدان الدوار وكثافة الطاقة العالية. للتحكم في المحركات بدون فرش ، تحتاج إلى محرك متغير التردد.
يوضح تحليل التكلفة والفائدة أن أجهزة المغناطيس الدائم مفضلة أكثر بكثير من التقنيات البديلة الأخرى. غالبًا ما يتم استخدامها للصناعات ذات الجدول الزمني الثقيل لتشغيل المحركات البحرية ، في الصناعات العسكرية والدفاعية والوحدات الأخرى ، والتي يتزايد عددها باستمرار.
محرك نفاث
يعمل محرك التردد المحول باستخدام لفات ثنائية الطور يتم تثبيتها حول أقطاب الجزء الثابت المقابلة تمامًا. يتحرك مصدر الطاقة نحو الدوار وفقًا للأقطاب. وهكذا فإن معارضته تقلصت تمامًا إلى أدنى حد.
محرك DC مصنوع يدويًا يوفر سرعة محرك عالية الكفاءة مع مغناطيسية محسّنة لعكس العملية. يتم استخدام المعلومات حول موقع الدوار للتحكم في مراحل إمداد الجهد ، حيث أن هذا هو الأمثل لتحقيق عزم دوران مستمر وسلس.عزم الدوران والكفاءة العالية
الإشارات التي ينتجها المحرك النفاث متراكبة على الطور الزاوي غير المشبع للمحاثة. الحد الأدنى لمقاومة القطب يتوافق تمامًا مع أقصى محاثة للجهاز.
لا يمكن الحصول على لحظة إيجابية إلا عند الزوايا عندما تكون المؤشرات إيجابية. عند السرعات المنخفضة ، يجب أن يكون تيار الطور محدودًا بالضرورة من أجل حماية الإلكترونيات من الثواني العالية الفولتيةيمكن توضيح آلية التحويل بخط طاقة تفاعلية. يميز مجال الطاقة القدرة التي يتم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية. في حالة الإغلاق المفاجئ ، تعود القوة الزائدة أو المتبقية إلى الجزء الثابت. الحد الأدنى من مؤشرات تأثير المجال المغناطيسي على أداء الجهاز هو اختلافه الأساسي عن الأجهزة المماثلة.
