ما هو الفرق بين المحرك المصقول والمحرك بدون فرش؟

ما هو الفرق بين المحرك المصقول والمحرك بدون فرش؟

الشكل 1: الفرق بين المحرك المصقول والمحرك بدون فرش

المحركات المصقولة مقابل المحركات بدون فرش، ما هي الاختلافات؟

تعد محركات DC ذات الفرشاة وبدون فرش نوعين متميزين من المحركات الكهربائية. بعبارات بسيطة، الفرق هو أن المحركات المصقولة تحتوي على فرش ملامسة للكهرباء، مما يتسبب في دوران المحرك. من ناحية أخرى، تعتمد المحركات بدون فرش على الإلكترونيات بدلاً من الفرش لتدوير المحرك. هناك طريقة أخرى لوصف ذلك، وهي أن المحركات بدون فرش تحتوي على مغناطيسات دوارة في المركز، بينما تحتوي المحركات ذات الفرشاة على مغناطيسات ثابتة من الخارج.

ويبين الشكل 1 الفرق البصري بين الاثنين، إلا أن تشغيل كل منهما مختلف تمامًا أيضًا. والفرق الرئيسي بينهما هو نوع التخفيف الذي يستخدمونه:

1. طريقة التبادل:
   • تستخدم المحركات المصقولة فرشًا ميكانيكية ومبدلًا لتبديل اتجاه التيار في اللفات، والذي بدوره يولد مجالًا مغناطيسيًا لإنتاج عزم الدوران وتدوير المحرك.
   • من ناحية أخرى، تستخدم المحركات بدون فرش التحكم الإلكتروني وأجهزة الاستشعار المغناطيسية (على سبيل المثال، أجهزة استشعار تأثير هول) لتبديل الاتجاه الحالي في اللفات دون أي اتصال ميكانيكي. غالبًا ما يكون هذا التحكم الإلكتروني على شكل محرك خارجي أو جهاز تحكم إلكتروني متكامل في السرعة (ESC).
2. كفاءة:
   • تعد المحركات بدون فرش بشكل عام أكثر كفاءة من المحركات ذات الفرشاة لأنها لا تحتوي على الاحتكاك وفقدان الطاقة المرتبط بالفرش والمبدلات. وهذا يؤدي إلى أداء أفضل وأوقات تشغيل أطول وتقليل استهلاك الطاقة.
3. الصيانة والعمر:
   • تتطلب المحركات المصقولة المزيد من الصيانة بسبب تآكل الفرش والمبدلات، مما قد يؤدي في النهاية إلى انخفاض الأداء وفشل المحرك. تعتبر عمليات استبدال الفرشاة ضرورية بشكل دوري للحفاظ على الأداء الأمثل.
   • تحتوي المحركات بدون فرش على عدد أقل من الأجزاء المتحركة ولا توجد بها وصلات ميكانيكية، مما يؤدي إلى عمر أطول وتقليل متطلبات الصيانة.
4. الضوضاء والاهتزاز:
   • عادةً ما تنتج المحركات بدون فرش ضوضاء واهتزازات أقل مقارنةً بالمحركات ذات الفرشاة لأنها لا تحتوي على فرش أو مفاتيح تحويل يمكن أن تسبب ضوضاء ميكانيكية.
5. التكلفة والتعقيد:
   • تعد المحركات بدون فرش بشكل عام أكثر تكلفة وتعقيدًا نظرًا لمتطلبات أنظمة التحكم الإلكترونية للتخفيف. ومع ذلك، فإن مزاياها من حيث الكفاءة والعمر والصيانة غالبًا ما تفوق فرق التكلفة الأولي.

مخطط محرك بدون فرش

في الجزء المتحرك للمحرك بدون فرش، يوجد مغناطيس دائم، بينما يحتوي الجزء الثابت على اللفات. هذا الترتيب هو عكس مواقع الجزء الثابت والدوار في محرك التيار المستمر المصقول. تبدأ محركات التيار المستمر المصقولة بالتناوب عندما يتم إمداد اللفات بالتيار عبر المبدل والفرش. عندما يدور المحرك، يتم تنشيط أزواج المبدل والفرشاة اللاحقة، مما يؤدي إلى توجيه تدفق التيار إلى ملفات مختلفة والحفاظ على الدوران. تحقق المحركات بدون فرش عملية تخفيف دون الاعتماد على الفرش أو مبدلات التيار. بدلاً من ذلك، يستخدمون مستشعرات القطب المغناطيسي (مثل عناصر Hall أو الدوائر المتكاملة ذات تأثير Hall) لتحديد مواقع القطب المغناطيسي للمغناطيس الدائم. بالإضافة إلى ذلك، يُطلب من السائقين توجيه تدفق التيار عبر اللفات وفقًا لمواضع القطب المغناطيسي المكتشفة.

مبادئ المحرك بدون فرش

لوصف مبادئ الدوران للمحركات بدون فرش، دعونا نفكر في نموذج مبسط ثنائي القطب وثلاثي الطور كما هو موضح في الشكل 2.

يتكون المغناطيس الدوار من قطبين شمالي وجنوبي، ولكل منهما زاوية قطب مغناطيسية تبلغ 180 درجة. يتم وضع مستشعرات القطب المغناطيسي Ha وHb وHc على مسافة 120 درجة وتكتشف القطب الشمالي للمغناطيس الدوار، وبالتالي تنتج إشارة.

فيما يتعلق بالجزء الثابت، يتم أيضًا وضع ملف الطور U، وملف الطور-V، وملف الطور-W أيضًا بزاوية 120 درجة ويتم إزاحتها من مستشعرات القطب المغناطيسي بمقدار 60 درجة.

عندما يتدفق التيار من دائرة القيادة إلى المحرك لكل مرحلة من لفات الجزء الثابت، يتم إنشاء قطب جنوبي على جانب القطر الداخلي للجزء الثابت. على العكس من ذلك، عندما يتدفق التيار في الاتجاه المعاكس، يتم إنشاء قطب شمالي على جانب القطر الداخلي للجزء الثابت. يوضح الشكل 3 الحالة عندما يتدفق التيار من الطور U إلى الطور V.

 الشكل 3: مبدأ المحرك المبسط بدون فرش

طريقة التحكم في محرك بدون فرش

يتم التحكم في المحرك بدون فرش بواسطة وحدة تحكم إلكترونية تنظم الطاقة الموردة للمحرك. فيما يلي الخطوات الأساسية للتحكم في محرك DC بدون فرش:

1. مستشعرات تأثير القاعة: تستخدم المحركات بدون فرش مستشعرات تأثير القاعة لتحديد موضع الدوار وتقديم التغذية الراجعة إلى وحدة التحكم.
2. التبديل الإلكتروني: تستخدم وحدة التحكم الإلكترونية المعلومات الواردة من مستشعرات تأثير هول لتحديد التسلسل المناسب للتيار الذي سيتم توفيره لملفات الجزء الثابت.
3. وحدات MOSFET الكهربائية أو IGBTs: تستخدم وحدة التحكم وحدات MOSFET الكهربائية أو IGBTs لتبديل التيار المزود إلى ملفات الجزء الثابت.
4. إشارات PWM: تستخدم وحدة التحكم إشارات تعديل عرض النبض (PWM) لتنظيم سرعة المحرك وعزم دورانه عن طريق ضبط دورة العمل لإشارات PWM.
5. إشارات الإدخال: تستقبل وحدة التحكم إشارات الإدخال من مصدر تحكم، مثل وحدة التحكم الدقيقة، لضبط السرعة والاتجاه المطلوبين للمحرك.

تعتمد الطريقة الدقيقة للتحكم في محرك بدون فرش على المحرك المحدد ووحدة التحكم المستخدمة، ولكن هذه الخطوات توفر نظرة عامة على العملية.

كيف يمكنك التحكم في سرعة أ فرش محرك

يتم التحكم في سرعة محرك DC بدون فرش عن طريق ضبط تردد الطاقة الكهربائية الموردة للمحرك. فيما يلي الخطوات الأساسية للتحكم في سرعة محرك بدون فرش:

1. وحدة التحكم الإلكترونية: يتم استخدام وحدة التحكم الإلكترونية لتنظيم الطاقة الموردة للمحرك.
2. إشارات PWM: تستخدم وحدة التحكم إشارات تعديل عرض النبض (PWM) لضبط تردد الطاقة الموردة للمحرك. من خلال تغيير دورة تشغيل إشارات PWM، يمكن تغيير متوسط ​​الجهد المطبق على المحرك، مما يؤثر بدوره على سرعته.
3. إشارات الإدخال: تستقبل وحدة التحكم إشارات الإدخال من مصدر تحكم، مثل وحدة التحكم الدقيقة، لضبط السرعة المطلوبة للمحرك.
4. ردود فعل المحرك: في بعض الحالات، يمكن استخدام آلية ردود الفعل مثل مقياس سرعة الدوران أو جهاز التشفير لمراقبة سرعة المحرك وتقديم ردود فعل إلى وحدة التحكم، والتي يمكنها بعد ذلك ضبط إشارات PWM للحفاظ على سرعة ثابتة.

يتضمن التحكم في سرعة محرك DC بدون فرش ضبط تردد الطاقة الكهربائية الموردة للمحرك باستخدام إشارات PWM والتحكم الإلكتروني.

ما نوع وحدة التحكم التي تحتاجها لمحرك بدون فرش؟

يتطلب محرك DC بدون فرش وحدة تحكم إلكترونية، يشار إليها غالبًا باسم وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة (ESC)، لتنظيم الطاقة الموردة للمحرك. يتولى ESC المهام التالية:

1. مراقبة موضع الدوار: تستخدم المحركات بدون فرش مستشعرات Hall Effect لتحديد موضع الدوار وتقديم ملاحظات إلى وحدة التحكم.
2. التبديل: تستخدم وحدة التحكم المعلومات الواردة من مستشعرات Hall Effect لتحديد التسلسل المناسب للتيار الذي سيتم توفيره لملفات الجزء الثابت.
3. تبديل الطاقة: تستخدم وحدة التحكم الطاقة MOSFETs أو IGBTs لتبديل التيار المزود إلى ملفات الجزء الثابت.
4. التحكم في السرعة: تستخدم وحدة التحكم إشارات تعديل عرض النبض (PWM) لتنظيم سرعة وعزم دوران المحرك عن طريق ضبط دورة العمل لإشارات PWM.
5. إشارات الإدخال: تستقبل وحدة التحكم إشارات الإدخال من مصدر تحكم، مثل وحدة التحكم الدقيقة، لضبط السرعة والاتجاه المطلوبين للمحرك.

مخطط المحرك المصقول

الشكل 6: هيكل المحرك المصقول

المحرك المصقول هو نوع من المحركات الكهربائية التي تعمل بالتيار المستمر والتي تتكون من عدة مكونات رئيسية تعمل معًا لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. المكونات الرئيسية للمحرك المصقول هي العضو الدوار، والجزء الثابت، ومبدل التيار، والفرش كما هو موضح في الشكل 6. وفيما يلي وصف لكل مكون وكيفية مساهمته في هيكل المحرك:

1. الدوار (عضو الإنتاج): الدوار، المعروف أيضًا باسم عضو الإنتاج، هو الجزء الدوار من المحرك المصقول. وهو يتألف من ملفات ملفوفة من الأسلاك حول قلب حديدي، مما يخلق مغناطيسًا كهربائيًا عندما يمر التيار من خلاله. يتفاعل المجال المغناطيسي للدوار مع المجال المغناطيسي للجزء الثابت، مما يولد عزم الدوران ويتسبب في دوران الدوار، مما يؤدي إلى تحريك عمود المحرك.
2. الجزء الثابت: الجزء الثابت هو الجزء الثابت من المحرك المصقول. وهو يحتوي على مغناطيس دائم، يتم تركيبه عادةً على السطح الداخلي، مما يوفر مجالًا مغناطيسيًا ثابتًا. يتفاعل المجال المغناطيسي للجزء الثابت مع المجال المغناطيسي للعضو الدوار، مما يخلق عزم الدوران اللازم للدوران.
3. العاكس: يعد العاكس مكونًا حاسمًا في المحرك المصقول، وهو المسؤول عن تبديل الاتجاه الحالي في اللفات الدوارة. إنها عبارة عن أسطوانة معدنية مجزأة متصلة بالدوار، مع توصيل كل قطعة بأحد طرفي ملفات الدوار. عندما يدور الدوار، يدور العاكس معه، ليتلامس مع الفرش.
4. الفرش: الفرش عبارة عن مكونات ثابتة موصلة تحافظ على الاتصال الكهربائي مع العاكس الدوار. عادة ما تكون مصنوعة من الكربون أو الجرافيت، مما يضمن انخفاض الاحتكاك والتآكل. توفر الفرش الاتصال الكهربائي بين مصدر الطاقة ولفائف الدوار من خلال المبدل. عندما يدور المجمّع، تنزلق الفرش على سطحه، مما يؤدي إلى تنشيط ملفات الدوار المختلفة على التوالي، مما يؤدي بدوره إلى تبديل المجال المغناطيسي للدوار والحفاظ على الدوران.

يتكون المحرك المصقول من دوار مزود بملفات ملفوفة، وعضو ساكن بمغناطيس دائم، ومقوم حركة، وفرش. التفاعل بين المجالات المغناطيسية للعضو الدوار والجزء الثابت يولد عزم الدوران، بينما يعمل المبدل والفرش معًا لتبديل التيار في ملفات الدوار، مما يضمن الدوران المستمر.

المبادئ وراء المحرك المصقول

تستخدم محركات التيار المستمر ملفات سلكية ملفوفة لتوليد مجال مغناطيسي. في المحرك المصقول، يتم توصيل هذه اللفات بالدوار، وهو حر في الدوران ويحرك العمود. في كثير من الأحيان، يتم لف الملفات حول قلب حديدي، على الرغم من أن بعض المحركات المصقولة "com.coreless"، مع ملفات مدعومة ذاتيًا. يستخدم الجزء الثابت من المحرك، المعروف باسم "الجزء الثابت"، مغناطيسًا دائمًا لإنشاء مجال مغناطيسي ثابت. توجد هذه المغناطيسات عادةً على السطح الداخلي للجزء الثابت، المحيط بالدوار. ويوضح الشكل 7 بمزيد من التفصيل.

لإنشاء عزم الدوران والتسبب في دوران الجزء المتحرك، يجب أن يدور المجال المغناطيسي للجزء المتحرك بشكل مستمر، ويتفاعل مع المجال الثابت للجزء الثابت من خلال الجذب والتنافر. يعمل المفتاح الكهربائي المنزلق على تسهيل هذا المجال الدوار. يضم هذا التبديل أ المبدل، عادة ما تكون جهة اتصال مجزأة مثبتة على الدوار، وفرش ثابتة مثبتة على الجزء الثابت.

الشكل 7:المبادئ وراء المحرك المصقول

كيف يمكنك التحكم في سرعة أ نحى محرك

يمكن التحكم في سرعة محرك DC المصقول عن طريق ضبط الجهد المطبق على أطرافه. فيما يلي الخطوات الأساسية للتحكم في سرعة محرك DC المصقول:

1. مصدر الطاقة: يتم توصيل مصدر طاقة التيار المستمر بأطراف المحرك لتوفير الطاقة الكهربائية اللازمة لتدوير المحرك.
2. التحكم في السرعة: للتحكم في سرعة المحرك، يمكن ضبط الجهد المطبق على المحرك باستخدام مقاومة أو إشارة تعديل عرض النبضة (PWM) الموضحة في الشكل 8.  كلما انخفض الجهد المطبق على المحرك، كلما كان دورانه أبطأ. لقد كتبنا مقالة منفصلة عن وحدات التحكم بالسرعة هنا
3. إشارات الإدخال: يمكن التحكم في الجهد المطبق على المحرك عن طريق إشارات الإدخال من مصدر التحكم، مثل وحدة التحكم الدقيقة، لضبط السرعة المطلوبة.
4. التحكم في ردود الفعل: في بعض الحالات، يمكن استخدام آلية ردود الفعل مثل مقياس سرعة الدوران أو جهاز التشفير لمراقبة سرعة المحرك وتقديم ردود الفعل إلى وحدة التحكم، والتي يمكنها بعد ذلك ضبط الجهد للحفاظ على سرعة ثابتة.

التحكم في سرعة الفرشاة محرك بتيار مستمر يتضمن ضبط الجهد المطبق على أطرافه، إما بشكل مباشر أو باستخدام آلية التغذية الراجعة لتنظيم سرعته.

الشكل 8: التحكم في سرعة المحرك المصقول

باختصار، يتطلب محرك التيار المستمر بدون فرش وحدة تحكم إلكترونية في السرعة (ESC) لتنظيم الطاقة الموردة للمحرك والتحكم في سرعته وعزم دورانه.

كيف يمكنك توصيل محرك بدون فرش بمفتاح

الطريقة النموذجية للتحكم في المحرك المصقول هي استخدام مفتاح Rocker.في الجزء السفلي من المفتاح الخاص بك، ستشاهد 6 موصلات، كما هو موضح أدناه، والتي ستتماشى مع مخطط الدائرة الخاص بمفتاح DPDT أعلاه.إذا تم الضغط على المفتاح إلى الوضع الأمامي، فسيتم توصيل الموصلات العلوية والمتوسطة داخل المفتاح؛ إذا تم الضغط على المفتاح إلى الموضع الخلفي، فسيتم توصيل الموصلات السفلية والمتوسطة؛ وإذا كان المفتاح في الموضع الأوسط، فإن المفتاح مفتوح.

 يوجد أدناه مخطط توصيل يوضح محركين مصقولين متصلين بمفتاح

يظهر أدناه مخطط الأسلاك للجزء الخلفي من المفتاح المتأرجح

وهو أكثر تكلفة، محرك ناعم أو بدون فرش

بشكل عام، تعد محركات التيار المستمر بدون فرش أكثر تكلفة من محركات التيار المستمر ذات الفرشاة. يمكن أن يعزى فرق التكلفة إلى تعقيد نظام المحرك بدون فرش، والذي يتطلب مكونات إضافية مثل وحدة التحكم الإلكترونية (ESC) وأجهزة استشعار تأثير هول. يزيد نظام ESC وأجهزة الاستشعار من تكلفة النظام، كما هو الحال مع عملية التصنيع الأكثر تطوراً المطلوبة للمحركات بدون فرش.

ومع ذلك، على الرغم من ارتفاع تكلفتها الأولية، فإن المحركات بدون فرش غالبًا ما تقدم العديد من المزايا مقارنة بالمحركات المصقولة، بما في ذلك الكفاءة الأعلى، والعمر الأطول، والأداء الأفضل، خاصة في التطبيقات عالية السرعة وعزم الدوران العالي. ونتيجة لذلك، يمكن في كثير من الأحيان تعويض التكلفة المرتفعة للمحركات بدون فرش من خلال انخفاض تكاليف التشغيل وتحسين الموثوقية.

في الختام، تختلف تكلفة المحركات المصقولة وغير الفرشية حسب التطبيق والمتطلبات المحددة. تعد المحركات بدون فرش بشكل عام أكثر تكلفة مقدمًا، ولكنها قد توفر عمرًا أطول وكفاءة أكبر. تعتبر المحركات المصقولة مثالية لمعظم التطبيقات اليومية، وللأشخاص الذين لديهم خبرة كهربائية قليلة أو معدومة. قد تجد محركات بدون فرش تستخدم في السيارات الكهربائية والأنظمة الأخرى التي تتطلب عمرًا طويلًا جدًا (عدة عقود)، ولكن خارج هذا، ستجد أن المحركات ذات الفرشاة تشكل 95٪ من سوق السيارات.

تحقق من المحركات الخطية لدينا هنا