دعنا نتحدث عن المبدأ الأساسي للمحرك أولاً. يمكن تخطي الأساسيات مباشرة.
لقد لعب الجميع بالمغناطيس عندما كانوا صغارًا. تجذب الأقطاب المختلفة بعضها البعض ، وتصادم المغناطيسان بمجرد اقترابهما.
افترض الآن أن يديك سريعتان بما يكفي للإغراء أمامك بمغناطيس واحد ، وأن المغناطيس الآخر يتبعك طوال الوقت.
تمسك بالمغناطيس في يدك وترسم دوائر ، ويتبعك المغناطيس الآخر في دوائر.
ما سبق هو المبدأ الأساسي لدوران المحرك. إنه فقط أن "المغناطيس" المستخدم للإغواء ليس مغناطيسًا حقيقيًا ، ولكنه مجال مغناطيسي يولده الملف الذي يتم تنشيطه.
1. مقدمة من محرك DC بدون فرش
محرك DC بدون فرشات ، اختصار باللغة الإنجليزية هو BLDC (محرك تيار مباشر بدون فرش). الجزء الثابت (الجزء المتحرك) للمحرك هو الملف أو الملف. الجزء المتحرك (الجزء الذي يدور) هو مغناطيس دائم ، وهو مغناطيس. وفقًا لموضع الدوار ، يتم استخدام الكمبيوتر المصغر أحادي الرقاقة للتحكم في تنشيط كل ملف ، بحيث يتغير المجال المغناطيسي الناتج عن الملف ، وذلك لإغراء الجزء المتحرك في المقدمة باستمرار لجعل الدوار يدور. هذا هو مبدأ الدوران لمحرك DC بدون فرش. دعنا نتعمق.
2. مبدأ العمل الأساسي لمحرك DC بدون فرش
2.1. هيكل محرك DC بدون فرش
لنبدأ بالملفات الأساسية أولاً.
كما هو مبين أدناه. يمكن فهم الملف على أنه شيء ينمو مثل الزنبرك. وفقًا لقاعدة اللولب اليمنى التي تم تعلمها في المدرسة الإعدادية ، عندما يتدفق التيار من أعلى إلى أسفل الملف ، يكون القطبية العلوية للملف N ، والقطبية السفلية هي S.
الآن اصنع ملفًا آخر مثل هذا. ثم عبث بالموقف. بهذه الطريقة ، إذا مر التيار من خلاله ، فسوف يعمل كما لو كان هناك مغناطيسان كهربائيان.
احصل على واحدة أخرى لتشكيل الملف ثلاثي الأطوار للمحرك.
إلى جانب الدوار المصنوع من المغناطيس الدائم ، فهو محرك DC بدون فرش.
2.2. دائرة التبديل الحالية لمحرك DC بدون فرشات
السبب في أن محرك التيار المستمر عديم الفرشاة لا يستخدم سوى التيار المباشر وعدم وجود فرش هو وجود دائرة خارجية للتحكم بشكل خاص في تنشيط ملفاته. المكون الرئيسي لدائرة التبديل الحالية هو FET (ناقل تأثير المجال). يمكن اعتبار FET كمفتاح. يسمي الرسم البياني أدناه مجموعات FET كـ AT (A-phase Top) و AB (A-phase Bottom) و BT و BB و CT و CB. يتم التحكم في "فتح وإغلاق" FET بواسطة متحكم دقيق.
2.3 عملية التبديل الحالية لمحرك DC بدون فرش
يتم التحكم في توقيت "فتح وإغلاق" FET بواسطة متحكم دقيق. أكثر طرق الاستبدال الحالية شيوعًا هي الست خطوات تخفيف ، والتي تترجم إلى "ست خطوات تخفيف". الآن قم بإنشاء نظام إحداثيات. عملية التبديل المكونة من ست خطوات هي كما يلي.
2.4 كيف يدور دوار محرك DC بدون فرش؟
إنه يعتمد على تبديل من ست خطوات لتوليد مجال مغناطيسي دوار يغوي باستمرار أمام الدوار. تمامًا مثل اليد الموجودة في بداية المقالة التي تمسك المغناطيس ودوائر الرسم. إذا نظرت إلى اتجاه المجال المغناطيسي الناتج وأين يقع الدوار ، فسيكون واضحًا في لمحة.
كما ترى ، كان القطب S للمجال المغناطيسي الناتج ينتظر أمام القطب N للعضو الدوار.
طالما تم إدراك توقيت تنشيط الملف ، فإن اتجاه المجال المغناطيسي الاصطناعي دائمًا ما يكون متقدمًا على موضع الدوار ، وسيتبع الدوار دائمًا.
3. كيف يتم تحديد توقيت التخفيف؟
كما ذكرنا أعلاه ، فإن مفتاح التحكم في دوران الدوار هو تبديل التيار المار عبر الملف عندما يتحول الدوار إلى زاوية مناسبة ، بحيث يتغير اتجاه المجال المغناطيسي المتولد ، وجذب الدوار وجعل الدوار يدور .
كيف ينبغي فهم توقيت هذا التخفيف الحالي؟ بمعنى ، كيف أعرف إلى أين يدور الدوار الآن؟ فقط عندما أعرف مكان الدوار ، يمكنني معرفة الكهرباء ثنائية الطور التي يجب الاتصال بها.
في الواقع ، هناك العديد من الطرق للحكم على موضع الدوار ، إما باستخدام جهاز استشعار أو بدون جهاز استشعار. دعنا نتحدث عن المستشعر أولاً ، ويستخدم المستشعر بشكل عام مستشعر هول.
3.1. تأكد من موضع الدوار باستخدام المستشعر
3.1.1. مجسات القاعة
تستطيع مستشعرات القاعة اكتشاف التغيرات في شدة المجال المغناطيسي من خلال تأثير هول. وفقًا لقاعدة اليد اليسرى التي تم تعلمها في فيزياء المدرسة الثانوية (تُستخدم لتحديد اتجاه قوة موصل مشحون في مجال مغناطيسي) ، في الحلقة حيث يوجد مستشعر هول ، فإن المجال المغناطيسي ينحرف عن حركة الجسيمات المشحونة ، والجسيمات المشحونة "تضرب" القاعة هناك فرق جهد بين جانبي المستشعر. في هذا الوقت ، يمكن توصيل مقياس الفولتميتر بكلا جانبي مستشعر القاعة لاكتشاف هذا التغير في الجهد ، وبالتالي الكشف عن تغير شدة المجال المغناطيسي. يظهر المبدأ في الشكل أدناه.
3.1.2. كيف تحصل مستشعرات القاعة على موضع الدوار؟
باستخدام مستشعر القاعة ، يمكن معرفة موضع الدوار تقريبًا. يتم تثبيت مستشعرات القاعة بشكل عام كل 120 درجة ، أو كل 60 درجة. يفترض التالي أن التثبيت يتم كل 120 درجة.
من المفترض أنه عندما يعبر القطب N للعضو الدوار منطقة الاستشعار في مستشعر القاعة ، يكون جهد خرج مستشعر القاعة مرتفعًا (5 فولت بشكل عام). وإلا فهو منخفض.
وفقًا لمستويات HA و HB و HC ، يمكن معرفة زاوية موضع الدوار. على سبيل المثال ، إذا كان HA مرتفعًا ، و HB منخفضًا ، و HC منخفضًا ، فيمكننا معرفة أن الجزء المتحرك في زاوية كهربائية بين 180 درجة و 240 درجة (العلاقة بين الزاوية الكهربائية والزاوية الميكانيكية الفعلية ستتم مناقشتها لاحقًا ). عند استخدام 3 مستشعرات هول ، تكون الدقة 60 درجة من الزاوية الكهربائية. وهذا يعني أنني لا أستطيع إلا أن أعرف أن الموضع الحالي للدوار يقع في نطاق 60 درجة زاوية كهربائية ، لكننا لا نعرف بالضبط عدد الدرجات.
3.1.3. العلاقة بين الزوايا الكهربائية والميكانيكية
على الرغم من أنه من الغريب بعض الشيء إدخال مثل هذه المعرفة الصغيرة هنا ، إلا أنني ما زلت أشعر أنها ضرورية لأنني شعرت أنه لم يكن من السهل فهمها عندما كنت أتعلم. قد يكون من الأسهل فهمه من خلال مثال مستشعر القاعة هنا.
الزاوية الميكانيكية هي الزاوية التي يدورها المحرك الدوار بالفعل.
العلاقة بين الزاوية الكهربائية والزاوية الميكانيكية مرتبطة بعدد أزواج قطب الجزء المتحرك.
لأن المجال المغناطيسي الذي يولده الملف يجذب في الواقع الأقطاب المغناطيسية للدوار. لذلك من أجل التحكم في دوران المحرك ، فإننا نهتم فقط بالزاوية الكهربائية.
الزاوية الكهربائية=عدد أزواج الأعمدة × الزاوية الميكانيكية
3.2 طريقة تقدير موضع الدوار بدون جهاز استشعار
هذه الحفرة كبيرة بعض الشيء ، وسيتم تخطي هذه الإجابة أولاً.
4. سرعة الدوران واتجاه دوران محرك DC بدون فرش
4.4. كيف تتحكم في اتجاه دوران محرك DC بدون فرش؟
يمكن تغيير ترتيب التخفيف الحالي. دع المجال المغناطيسي المركب بواسطة الملف يدور في الاتجاه المعاكس.
4.5 كيف تتحكم في سرعة محرك DC بدون فرش؟
كلما زاد الجهد عبر الملف ، زاد التيار عبر الملف ، وكلما زاد المجال المغناطيسي المتولد ، وزادت سرعة دوران الدوار.
نظرًا لأن الطاقة المتصلة هي DC ، فإننا عادةً ما نستخدم PWM (تعديل عرض النبض) للتحكم في الجهد عبر الملف. المبدأ البسيط لـ PWM هو كما يلي.
لذلك ، عندما يتم تنشيط محرك DC بدون فرش ، يتم استخدام PWM الذي تم إنشاؤه بواسطة الكمبيوتر الصغير أحادي الشريحة للتحكم المستمر في فتح وإغلاق FET ، بحيث يمكن تنشيط الملف وإلغاء تنشيطه بشكل متكرر. إذا كان وقت التنشيط طويلًا (العمل كبير) ، فسيكون الجهد المكافئ في كلا طرفي الملف كبيرًا ، وستكون قوة المجال المغناطيسي المتولد أقوى ، وسوف يدور الدوار بسرعة ؛ إذا كان وقت التنشيط قصيرًا (المهمة صغيرة) ، فسيكون الجهد المكافئ في كلا طرفي الملف صغيرًا ، وستكون قوة المجال المغناطيسي المتولدة صغيرة. كلما كان ذلك أضعف ، كلما كان الدوار أبطأ.
شكل الموجة PWM متصل ببوابة FET للتحكم في فتح وإغلاق FET. افترض أنه عندما يكون الجهد الكهربائي على البوابة مرتفعًا ، يتم إغلاق FET وتشغيله ؛ عندما يكون الجهد الكهربائي على البوابة منخفضًا ، يتم إيقاف تشغيل FET ولا يتم تنشيطه.
بالإضافة إلى ذلك ، يجب التحكم في FETs العلوي والسفلي على نفس المرحلة بواسطة أشكال موجية PWM ذات المرحلة المعاكسة لمنع تشغيل FETs العلوي والسفلي في نفس الوقت ، مما يتسبب في عدم مرور التيار عبر المحرك ولكن ليكون نفسه لأعلى ولأسفل ، مما أدى إلى حدوث ماس كهربائي. شكل الموجة PWM الذي يتحكم في FET هو كما يلي.
