مقدمة: تستخدم محركات التيار المستمر على نطاق واسع في حياتنا اليومية، بدءًا من الأجهزة المنزلية الصغيرة وحتى معدات السيارات الصناعية الكبيرة. هناك عدد كبير من محركات التيار المستمر. تنقسم محركات التيار المستمر عمومًا إلى فئتين: محركات التيار المستمر ذات المجال المغناطيسي المتعرج ومحركات التيار المستمر ذات المجال المغناطيسي الدائم.
محركات DC المصقولة ومحركات DC بدون فرش
نظرًا لأن هذين النوعين من المحركات يتم ذكرهما غالبًا، فإن الفرق الأكبر بينهما هو الفرشاة. يستخدم محرك DC المصقول القوة المغناطيسية الدائمة مثل الجزء الثابت، ويتم لف الملف على الدوار، ويتم نقل الطاقة من خلال العمل الميكانيكي لفرشاة الكربون وآلة العاكس. هذا هو سبب تسميته بمحرك DC المصقول، بينما لا يوجد مكون ميكانيكي مثل المبدل بين الدوار والجزء الثابت لمحرك DC بدون فرش.
يرجع تراجع محركات التيار المستمر المصقولة إلى حقيقة أن أجهزة الطاقة عالية الأداء مثل مفتاح المحرك أكثر عملية وأكثر اقتصادا وموثوقية في وضع التحكم، لتحل محل مزايا المحركات المصقولة. ثانيًا، لا تحتوي محركات DC بدون فرش على تآكل للفرشاة، ولها مزايا أكثر في الضوضاء الكهربائية والضوضاء الميكانيكية، وكفاءة الطاقة، والموثوقية، والحياة.
ومع ذلك، لا تزال المحركات المصقولة خيارًا موثوقًا به للتطبيقات منخفضة التكلفة. باستخدام وحدة التحكم والمفتاح الصحيحين، يمكن تحقيق الأداء الجيد. نظرًا لعدم الحاجة إلى أجهزة تحكم إلكترونية تقريبًا، فإن نظام التحكم في المحرك بأكمله سيكون رخيصًا للغاية. بالإضافة إلى ذلك، يمكنه توفير المساحة المطلوبة للأسلاك والموصلات، وتقليل تكلفة الكابلات والموصلات، وهو أمر فعال للغاية من حيث التكلفة في التطبيقات التي لا تتطلب كفاءة في استخدام الطاقة.
محركات التيار المستمر ومحركات الأقراص
لا يمكن فصل المحركات ومحركات الأقراص، خاصة في السنوات الأخيرة، حيث فرضت تغيرات السوق متطلبات أعلى لمحركات السيارات. بادئ ذي بدء، هناك متطلبات عالية للموثوقية. تعد وظائف الحماية المختلفة ضرورية، كما يلزم تحديد التيار المدمج للتحكم في تيار المحرك عند بدء تشغيل المحرك أو توقفه أو توقفه. هذه كلها تحسينات في الموثوقية.
إن خوارزميات التحكم في القيادة عالية الكفاءة، مثل تقنية التحكم الرقمي في دوران المحرك والتي يتم تحقيقها من خلال التحكم في السرعة والتحكم في الطور، وتقنية التحكم في تحديد المواقع عالية الدقة التي تتطلبها المحركات، لا غنى عنها لتطوير أنظمة تطبيقات المحركات عالية الأداء. وهذا يتطلب خوارزميات فعالة للتحكم في محرك الأقراص يمكن للمصممين استخدامها بسهولة. والآن يقوم العديد من الشركات المصنعة بتجهيز الخوارزمية مباشرة وتطبيقها على برنامج التشغيل IC، وهو أكثر ملاءمة للمصممين لاستخدامه. أصبح تصميم محرك الأقراص المريح أكثر شعبية الآن.
يتطلب الاستقرار أيضًا دعم تكنولوجيا القيادة. إن تحسين شكل موجة القيادة له تأثير كبير على تقليل ضوضاء المحرك واهتزازه. تكنولوجيا القيادة المثيرة المناسبة لمختلف الدوائر المغناطيسية للمحرك يمكن أن تقلل بشكل كبير من استقرار المحركات أثناء العمل. بالإضافة إلى ذلك، فهو السعي المستمر لاستهلاك أقل للطاقة وكفاءة أعلى.
يتمثل دور القيادة نصف الجسر، وهي طريقة قيادة نموذجية لمحركات التيار المستمر، في توليد إشارات تشغيل التيار المتردد من خلال أنابيب الطاقة، وبالتالي توليد تيارات كبيرة لدفع المحرك بشكل أكبر. بالمقارنة مع دوائر القيادة ذات الجسر الكامل، فإن دوائر القيادة نصف الجسر منخفضة التكلفة نسبيًا وأسهل في التشكيل. تكون دوائر نصف الجسر عرضة لتدهور شكل الموجة والتداخل بين تحويلات التذبذب. تعد دوائر الجسر الكامل أكثر تكلفة وأكثر تعقيدًا، وليس من السهل أن تسبب تسربًا.
يعد محرك PWM الشهير بالفعل أحد حلول القيادة المستخدمة على نطاق واسع في محركات التيار المستمر. أحد الأسباب هو أنه يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة لمصدر طاقة القيادة ويتم استخدامه على نطاق واسع بشكل متزايد. حققت العديد من حلول PWM للمحركات الآن مستوى عالٍ في تحسين دورة العمل الواسعة وتغطية التردد وتقليل استهلاك الطاقة.
عندما يتم تشغيل المحركات المصقولة بواسطة PWM، فإن فقدان التبديل سيزداد مع زيادة تردد PWM. عند تقليل تموج التيار عن طريق زيادة التردد، من الضروري تحقيق التوازن بين التردد والكفاءة. يعد محرك PWM لإثارة الموجة الجيبية للمحرك بدون فرش أيضًا حلاً ممتازًا من حيث الكفاءة، على الرغم من أنه أكثر تعقيدًا.
ملخص
مع تغير المتطلبات الوظيفية لسوق المحطات الطرفية، تتزايد متطلبات أداء محرك التيار المستمر وكفاءة الطاقة تدريجيًا. سواء كنت تستخدم محرك DC مصقولًا أو محرك DC بدون فرش، فمن الضروري تحديد تقنية القيادة المناسبة وفقًا لاحتياجات المشهد لتحقيق تشغيل محرك أكثر موثوقية واستقرارًا وفعالية.
