كيف يعمل محرك التيار المستمر بدون فرش في الغسالة؟ التحكم في السرعة، وعزم الدوران، والتيار

يعمل مشغل محرك التيار المستمر بدون فرش عن طريق تبديل التيار عبر أطوار المحرك بالتسلسل الصحيح، مستخدمًا معلومات موضع الدوار وتنظيم التيار للتحكم في عزم الدوران والسرعة والاتجاه والتسارع والكبح والحماية. في الغسالة، يجب أن يدعم المشغل نفسه الدوران العكسي البطيء والمتكرر أثناء الغسيل، والتسارع المتحكم فيه، والدوران عالي السرعة دون تجاوز الحدود الكهربائية أو الحرارية.

بالنسبة لفرق تصنيع المعدات الأصلية، لا يُعدّ المُشغّل مُلحقًا يُختار بعد المحرك. يجب أن تتطابق بيانات لفّ المحرك، وجهد ناقل التيار المستمر، وتيار الطور، وطريقة التغذية الراجعة، ومنطق التحكم، وقصور الحمل، والمسار الحراري، وحدود الحماية كنظام واحد. هذا هو الهدف من البحث الذي تستهدفه هذه المقالة؛ أما المصطلحات العامة المتعلقة بمحركات التيار المستمر عديمة الفرش مقابل العاكس، فيُفضّل تناولها في صفحة مقارنة شاملة موجودة.

نانيانغ موتورتأسست الشركة عام 1992، وهي تُطوّر أنظمة محركات للأجهزة المنزلية تشمل محركات التيار المستمر بدون فرش، ومحركات التيار المباشر، ومحركات التيار المتردد، ومحركات المجففات، بالإضافة إلى دعم متكامل لوحدات التحكم في المحركات. وتُوفّر فئات منتجاتها وبرامج التشغيل الخاصة بها مرجعًا عمليًا لمطابقة المحرك والإلكترونيات قبل اعتماد تصميم الجهاز بشكل نهائي.

ما الذي يقوم به محرك BLDC فعلياً؟

يُنشئ المُشغّل خرجًا كهربائيًا متعدد الأطوار مُتحكمًا فيه، وهو ما يُؤدي إلى دوران محرك التيار المستمر بدون فرش. يُشير مصطلح "BLDC" إلى بنية المحرك؛ بينما يقوم المُشغّل أو العاكس بعملية التبديل الإلكتروني. لمزيد من التفاصيل حول المصطلحات، انظر محرك التيار المستمر بدون فرش مقابل محرك العاكس.

التبديل الإلكتروني

يقوم المحرك بتحويل التيار بين أطوار الجزء الثابت للحفاظ على وضع المجال المغناطيسي الدوار بشكل صحيح بالنسبة للجزء الدوار ذي المغناطيس الدائم. يحل هذا التحويل الإلكتروني محل المبدل الميكانيكي المستخدم في محرك التيار المستمر ذي الفرش. قد يؤدي التوقيت غير الصحيح إلى تقليل عزم الدوران، أو زيادة التيار، أو إصدار ضوضاء مسموعة، أو جعل بدء التشغيل غير مستقر.

معلومات عن موضع الدوار

يحتاج نظام التحكم إلى معلومات حول موضع الدوار لتحديد وقت تنشيط كل طور. تستخدم بعض التصاميم مستشعرات هول أو غيرها من تقنيات التغذية الراجعة للموضع. أما الأنظمة التي لا تستخدم مستشعرات، فتُقدّر موضع الدوار من الإشارات الكهربائية. وتعتمد الطريقة الصحيحة على حمل بدء التشغيل، وأداء السرعة المنخفضة، والتكلفة، والبيئة، ونطاق السرعة المطلوب للغسالة.

اللوائح الحالية

يرتبط طلب عزم الدوران ارتباطًا وثيقًا بتيار الطور. ينظم المحرك التيار ضمن الحدود الكهربائية والحرارية المعتمدة، بينما تقوم حلقة التحكم بضبط سلوك التبديل للحفاظ على الحركة المطلوبة. لهذا السبب، قد يكون المحرك الذي يبدو مناسبًا من حيث الجهد وحده غير مناسب لبدء تشغيل ثقيل أو دورة عكس متكررة.

كيف يتحكم السائق في السرعة وعزم الدوران؟

التحكم في عزم الدوران عند السرعات المنخفضة

أثناء الغسيل، قد يحتاج حوض الغسالة إلى حركة أمامية وخلفية بطيئة مع عزم دوران سلس عند كل تغيير في الاتجاه. يجب على المحرك تحديد موضع الدوار، وزيادة التيار دون حدوث قفزة مفاجئة، والحفاظ على استقرار عزم الدوران عند السرعات المنخفضة. قد يظهر عدم ضبط التيار بشكل صحيح على هيئة حركة متقطعة لحوض الغسالة، أو زيادة في التيار، أو تموج في عزم الدوران.

التسارع إلى سرعة الدوران

أثناء الانتقال إلى وضع الدوران، يُصدر جهاز التحكم أوامر بزيادة السرعة بينما يُزوّد ​​المحرك التيار اللازم لتسريع الكتلة الدوارة. يعتمد التسارع المسموح به على عزم دوران المحرك، وقصور الأسطوانة الذاتي، والحمل الرطب، وجهد ناقل التيار المستمر، وحد التيار، والهامش الحراري. لا يُجدي الأمر السريع نفعًا إذا لم يتمكن المحرك والمحرك من توفير عزم الدوران المطلوب بأمان.

الكبح وتغييرات الاتجاه

يجب على النظام أيضًا إبطاء دوران الأسطوانة وعكس اتجاهها بشكل متكرر. ينبغي التحقق من صحة استراتيجية الكبح، وسلوك جهد ناقل البيانات، وحدود التيار، وتوقيت التحكم في ظل دورة تشغيل الغسالة الفعلية بدلاً من استنتاجها من بيانات السرعة المقدرة.

لماذا يُعدّ التحكم في الغسالة أمرًا مهمًا؟

تجمع الغسالة بين نقاط تشغيل مختلفة تمامًا عن بعضها البعض. المقال المنشور على الموقع حول كيف يعمل محرك الغسالة يغطي بالفعل دورة التشغيل الواسعة؛ على مستوى السائق، يتمثل التحدي الرئيسي في الحفاظ على كل انتقال مستقرًا كهربائيًا وآمنًا حراريًا.

غسيل عكسي

يُركز الانعكاس المتكرر بسرعات منخفضة على التحكم في بدء التشغيل، وارتفاع التيار، وتغذية الموضع الراجعة، وعزم الدوران السلس. قد يقضي المحرك وقتًا طويلًا دون سرعته القصوى، لذا فإن جودة التحكم عند السرعات المنخفضة أهم من كفاءة السرعة المقدرة.

دوران عالي السرعة

تُضيف عملية الدوران عالية السرعة قوة دافعة كهربائية عكسية، وفقدانًا في الطاقة أثناء التبديل، وحدودًا لسرعة الدوار، وتداخلًا للاهتزازات، وحرارة. يجب على المشغل الحفاظ على التحكم بينما تعالج الغسالة أيضًا عدم التوازن والرنين الميكانيكي. لذلك، ينبغي قياس صوت المحرك وسلوك تبديل المشغل في الجهاز بأكمله.

الحماية والهامش الحراري

قد تتضمن وظائف الحماية في عملية الإنتاج الحماية من التيار الزائد، والجهد الزائد، وارتفاع درجة الحرارة، والتوقف، أو غيرها من وظائف الحماية، وذلك حسب التصميم. يؤدي تموج التيار وفقدان الطاقة أثناء التبديل إلى زيادة الحرارة في الدوائر الإلكترونية، بينما يؤدي فقدان الطاقة في النحاس والحديد في المحرك إلى زيادة الحرارة فيه. تحقق من درجتي الحرارة خلال نفس دورة التشغيل الواقعية.

محرك التيار المستمر بدون فرش مقابل وحدة التحكم: ما الفرق؟

مرحلة طاقة المحرك

تحتوي مرحلة الطاقة الخاصة بمحرك التشغيل على أجهزة التبديل التي تُطبّق تيارًا مُتحكّمًا به على أطوار المحرك. ويجب أن تتحمّل هذه المرحلة جهد ناقل التيار المستمر، وذروة التيار، وفقدان الطاقة الناتج عن التبديل، والحرارة، وظروف الأعطال المتوقعة في المنتج الفعلي.

منطق التحكم

يُحدد المتحكم وظائف المنتج. فهو يُفسر أوامر السرعة، والاتجاه، وحالة البرنامج، والتغذية الراجعة، والاتصال، واستجابات الأعطال. في العديد من التجميعات التجارية، يتم دمج منطق المتحكم ومرحلة طاقة المُشغل في لوحة واحدة، لذا قد تُستخدم هذه المصطلحات بشكل غير دقيق في كتالوجات المنتجات.

علاقة العاكس

بالنسبة لمحرك التيار المستمر بدون فرش، يشير مصطلح "العاكس" غالبًا إلى مرحلة التبديل التي تحول ناقل التيار المستمر إلى طاقة متعددة الأطوار يتم التحكم بها. وتبقى قاعدة اختيار مصدر الطاقة كما هي: لا تختر المحرك بمعزل عن الإلكترونيات التي تقوم بتبديله وتنظيمه.

كيف ينبغي على مصنعي المعدات الأصلية مطابقة محرك BLDC مع وحدة التحكم الخاصة به؟

الحدود الكهربائية والتغذية الراجعة

تأكد من جهد ناقل التيار المستمر، وتيار الطور المقنن والذروة، ومقاومة المحرك وحثه، وبيانات القوة الدافعة الكهربائية العكسية أو ثابت المحرك، وطريقة التغذية الراجعة، ونطاق السرعة، والاتصال، وحدود الحماية. قد يفشل مشغل مناسب عند السرعة المقننة في بدء تشغيل ثقيل أو انعكاس متكرر إذا كانت هوامش تيار الذروة والهوامش الحرارية صغيرة جدًا.

الحمل الميكانيكي والتبريد

زوّد المورّد بمنحنى الحمل الفعلي بدلاً من القدرة المقدرة فقط. يجب تضمين عزم القصور الذاتي للأسطوانة، ونسبة النقل إن وُجدت، وزمن التسارع، وحمل بدء التشغيل، وعزم الدوران الأقصى، ودورة التشغيل، ودرجة الحرارة المحيطة، ومسار التبريد، ومساحة التركيب. كما أن هيكل الخزانة، والمحامل، وتوازن الأسطوانة، ونظام التعليق، كلها عوامل تؤثر على الصوت والاهتزاز الناتجين عن المحرك.

التحقق من صحة النموذج الأولي والإنتاج

اختبر بدء التشغيل البارد، وبدء التشغيل الساخن، والجهد المنخفض، والحمل الثقيل، والانعكاس البطيء، والتسارع، والتشغيل عالي السرعة، والكبح، وإعادة التشغيل المتكررة، وارتفاع درجة الحرارة، والكفاءة، والصوت، والاهتزاز، واستعادة الأعطال. عند تقييم المحرك نفسه، يتم فحص الحالة الحالية. مزايا وعيوب محركات التيار المستمر بدون فرش يمكن أن تكون هذه المقالة بمثابة مرجع أوسع على مستوى المحرك، بينما تظل هذه الصفحة مركزة على مطابقة السائق.

تتضمن قاعدة معارف جامعة نانيانغ 19 خط إنتاج لمحركات التيار المستمر بدون فرش ضمن خطوط إنتاجها البالغ عددها 54 خطاً لمحركات التردد المتغير، وتصف الدعم المقدم لتطوير وحدات التحكم المتكاملة للمحركات. فئة السائقين يكون ذلك ذا أهمية بالغة عندما يتم تنسيق معايير الإلكترونيات والمحرك قبل تثبيت تصميم الجهاز.

استنتاج

يتحكم مشغل محرك التيار المستمر بدون فرش في التسلسل الكهربائي والتيار اللازمين لتوليد عزم دوران المحرك. في الغسالة، يجب أن يوفر هذا المشغل دورانًا عكسيًا مستقرًا عند السرعات المنخفضة، وتسارعًا مُتحكمًا فيه، ودورانًا عالي السرعة، وكبحًا، وحمايةً عند تغير الحمل. لذا، فإن السؤال التصميمي الحاسم لا يقتصر على ما إذا كان المحرك يعمل بتقنية التيار المستمر بدون فرش فحسب، بل يتعداه إلى مدى توافق المحرك، والمشغل، ونظام التغذية الراجعة، ومنطق التحكم، ودورة التشغيل الميكانيكية.

بالنسبة لمشروع تصنيع المعدات الأصلية، حدد المحرك والمحرك معًا، وتحقق من دورة التشغيل الكاملة، وقم بتثبيت الواجهات الكهربائية والميكانيكية فقط بعد اختبار النموذج الأولي. قسم البحث والتطوير في نانيانغ يمكن مراجعة متطلبات النظام، ويمكن للمشترين اتصل بنانيانغ مع بيانات المحرك، وملف تعريف الحمل، واحتياجات وحدة التحكم، والأبعاد، وحجم الإنتاج.

أسئلة متكررة

س1: كيف يعمل محرك BLDC؟

A1: يقوم بتحويل التيار عبر مراحل المحرك وفقًا لموضع الدوار وأوامر التحكم، وينظم التيار لإنتاج عزم الدوران والسرعة المطلوبين.

س2: ما الذي يتحكم فيه محرك BLDC في الغسالة؟

A2: يتحكم في تبديل الطور والتيار وعزم الدوران والسرعة والاتجاه والتسارع والكبح والحماية من خلال ظروف الغسيل والعصر المختلفة.

س3: هل محرك BLDC هو نفسه وحدة التحكم في المحرك؟

ج٣: ليس تمامًا. وحدة التشغيل هي مرحلة تبديل الطاقة، بينما توفر وحدة التحكم منطق المستوى الأعلى. وغالبًا ما يتم دمجهما على لوحة واحدة.

س4: لماذا يعتبر تيار الطور مهمًا في التحكم في محرك BLDC؟

A4: يرتبط تيار الطور ارتباطًا وثيقًا بعزم الدوران الناتج، لذا فإن حدود التيار وسلوك حلقة التيار تؤثر بشدة على بدء التشغيل، والانعكاس، والتسارع، والحرارة، والحماية.

س5: ما الذي يجب فحصه قبل مطابقة محرك BLDC مع محرك غسالة الملابس؟

A5: فحص جهد ناقل البيانات، وذروة تيار الطور المقنن، ومعلمات المحرك، والتغذية الراجعة، ونطاق السرعة، وحمل بدء التشغيل، والكبح، والتبريد، والاتصال، والحماية، ودورة التشغيل الميكانيكية الحقيقية.