معرفة مبدأ عمل المحرك ذي الفرش والمحرك عديم الفرش

مبدأ عمل محرك الفرشاة

الهيكل الرئيسي لـمحرك بدون فرشيتكون المحرك من الجزء الثابت والجزء الدوار والفرشاة، ويتم الحصول على عزم الدوران عن طريق تدوير المجال المغناطيسي لتوليد الطاقة الحركية. وتكون الفرشاة على اتصال دائم بالمبدل لتوصيل الكهرباء وتغيير الطور أثناء الدوران.

يستخدم المحرك ذو الفرش آلية تبديل ميكانيكية، حيث لا يتحرك القطب المغناطيسي، بل يدور الملف. عند تشغيل المحرك، يدور الملف والمبدل، بينما تبقى الفرش المصنوعة من الفولاذ المغناطيسي والكربون ثابتة. ويتم تغيير اتجاه التيار في الملف بالتناوب بواسطة المبدل والفرش اللذين يدوران مع المحرك.

في محرك الفرشاة، تتمثل هذه العملية في تجميع طرفي إدخال الطاقة للملف، بالتناوب، مرتبة في حلقة، مفصولة بمواد عازلة فيما بينها، لتشكيل ما يشبه الأسطوانة، لتصبح وحدة متكاملة بشكل متكرر مع عمود المحرك، ويتم تزويد الطاقة من خلال عمودين صغيرين مصنوعين من الكربون (فرشاة الكربون)، وتحت تأثير ضغط الزنبرك، من موضعين ثابتين محددين، يتم الضغط على مدخل الطاقة، نقطتين من الملف الأسطواني الدائري إلى ملف مجموعة الكهرباء.

بصفتنامحركيدور المحرك، حيث يتم تنشيط ملفات مختلفة أو أقطاب مختلفة من نفس الملف في أوقات مختلفة، بحيث يكون هناك فرق زاوية مناسب بين قطب ns للملف المولد للمجال المغناطيسي وقطب ns لأقرب مغناطيس دائم ثابت. تتجاذب المجالات المغناطيسية وتتنافر، مما يولد قوة تدفع المحرك للدوران. ينزلق قطب الكربون على رأس السلك مثل فرشاة على سطح جسم ما، ومن هنا جاءت تسميته "فرشاة".

يؤدي انزلاق الفرش الكربونية مع بعضها البعض إلى احتكاكها وتلفها، مما يستدعي استبدالها بانتظام. كما أن التشغيل والإيقاف المتناوب بين الفرش الكربونية ورأس السلك في الملف قد يتسبب في شرارة كهربائية وانقطاع كهرومغناطيسي وتداخل مع المعدات الإلكترونية.

مبدأ عمل المحرك عديم الفرش

في المحرك عديم الفرش، يتم إجراء عملية التبديل بواسطة دائرة التحكم في وحدة التحكم (عادةً مستشعر هول + وحدة تحكم، والتكنولوجيا الأكثر تقدمًا هي المشفر المغناطيسي).

يستخدم المحرك عديم الفرشات مُبدِّلًا إلكترونيًا، حيث لا يتحرك الملف، بينما يدور القطب المغناطيسي. يستخدم هذا المحرك مجموعة من الأجهزة الإلكترونية لاستشعار موضع القطب المغناطيسي للمغناطيس الدائم عبر عنصر هول SS2712. وبناءً على هذا الاستشعار، تُستخدم دائرة إلكترونية لعكس اتجاه التيار في الملف في الوقت المناسب لضمان توليد القوة المغناطيسية في الاتجاه الصحيح لتشغيل المحرك، مما يُزيل عيوب المحرك ذي الفرشات.

تُسمى هذه الدوائر بوحدات تحكم المحرك. كما يمكن لوحدة تحكم المحرك عديم الفرش تنفيذ بعض الوظائف التي لا يمكن للمحرك عديم الفرش تنفيذها، مثل ضبط زاوية تبديل الطاقة، وكبح المحرك، وعكس اتجاه دورانه، وقفل المحرك، واستخدام إشارة الكبح لإيقاف إمداد الطاقة إليه. ويستفيد نظام قفل الإنذار الإلكتروني للسيارات التي تعمل بالبطارية حاليًا من هذه الوظائف بشكل كامل.

يُعد محرك التيار المستمر عديم الفرش منتجًا نموذجيًا في مجال الميكاترونيات، ويتكون من جسم المحرك ووحدة التحكم. ونظرًا لأن محرك التيار المستمر عديم الفرش يعمل في وضع التحكم التلقائي، فإنه لا يحتاج إلى ملف بدء تشغيل للدوار كما هو الحال في المحرك المتزامن ذي تنظيم السرعة بتردد متغير وبدء التشغيل تحت الأحمال الثقيلة، وبالتالي لا يتسبب في حدوث تذبذب أو خلل في التشغيل عند تغير الحمل.

الفرق في طريقة تنظيم السرعة بين المحرك ذي الفرش والمحرك عديم الفرش

في الواقع، يتم التحكم في كلا النوعين من المحركات عن طريق تنظيم الجهد، ولكن نظرًا لأن محرك التيار المستمر بدون فرش يستخدم مبدلًا إلكترونيًا، فإنه يمكن تحقيقه عن طريق التحكم الرقمي، بينما يتم التحكم في محرك التيار المستمر بدون فرش من خلال مبدل فرش الكربون، باستخدام دائرة تناظرية تقليدية يتم التحكم فيها بواسطة السيليكون، وهو أمر بسيط نسبيًا.

1. تتمثل عملية تنظيم سرعة محرك الفرشاة في ضبط جهد مصدر الطاقة للمحرك. بعد الضبط، يقوم المبدل والفرشاة بتحويل الجهد والتيار لتغيير قوة المجال المغناطيسي المتولد من القطب الكهربائي، وذلك لتحقيق هدف تغيير السرعة. تُعرف هذه العملية بتنظيم الضغط.

2. تتمثل عملية تنظيم سرعة المحرك عديم الفرش في أن جهد مصدر الطاقة للمحرك يظل ثابتًا، ويتم تغيير إشارة التحكم الخاصة بالتعديل الكهربائي، ويتم تغيير معدل تبديل أنبوب MOS عالي الطاقة بواسطة المعالج الدقيق لتحقيق تغيير السرعة. تسمى هذه العملية بتحويل التردد.

فرق الأداء

1. يتميز محرك الفرشاة ببنية بسيطة، وفترة تطوير طويلة، وتقنية ناضجة.

في القرن التاسع عشر، مع ظهور المحرك الكهربائي، كان المحرك العملي هو المحرك عديم الفرش، وتحديدًا محرك التيار المتردد غير المتزامن ذو القفص السنجابي، والذي شاع استخدامه بعد ظهور التيار المتردد. إلا أن المحرك غير المتزامن يعاني من عيوب جوهرية كثيرة، مما أدى إلى بطء تطور تكنولوجيا المحركات. وعلى وجه الخصوص، لم يتمكن محرك التيار المستمر عديم الفرش من دخول حيز التشغيل التجاري. ومع التطور السريع للتكنولوجيا الإلكترونية، بدأ استخدامه التجاري تدريجيًا حتى السنوات الأخيرة. وهو في جوهره لا يزال يُصنف ضمن فئة محركات التيار المتردد.

لم يمضِ وقت طويل على ظهور المحرك عديم الفرش، حيث اخترع الناس محرك التيار المستمر عديم الفرش. ونظرًا لبساطة آلية محرك التيار المستمر ذي الفرش، وسهولة إنتاجه وتصنيعه وصيانته والتحكم فيه، يتميز محرك التيار المستمر أيضًا باستجابته السريعة وعزم دوران بدء التشغيل الكبير، وقدرته على توفير أداء عزم الدوران المقنن من سرعة صفر إلى السرعة المقننة، فقد انتشر استخدامه على نطاق واسع فور ظهوره.

2. يتميز محرك التيار المستمر عديم الفرش بسرعة استجابة عالية وعزم دوران بدء تشغيل كبير

يتميز محرك التيار المستمر عديم الفرش باستجابة بدء تشغيل سريعة، وعزم دوران بدء تشغيل كبير، وتغيير سرعة ثابت، ويكاد يخلو من الاهتزازات من الصفر إلى السرعة القصوى، ويمكنه تشغيل أحمال أكبر عند بدء التشغيل. لكن هذا النوع من المحركات يتميز بمقاومة بدء تشغيل عالية (مفاعلة حثية)، لذا يكون معامل القدرة منخفضًا، وعزم دوران بدء التشغيل منخفضًا نسبيًا، وصوت بدء التشغيل مزعجًا، مصحوبًا باهتزاز قوي، ويكون حمل التشغيل منخفضًا عند بدء التشغيل.

3. يعمل محرك التيار المستمر عديم الفرش بسلاسة وله تأثير كبح جيد

يتم تنظيم المحرك عديم الفرش بواسطة تنظيم الجهد، مما يضمن استقرار بدء التشغيل والكبح، بالإضافة إلى استقرار التشغيل عند السرعة الثابتة. عادةً ما يتم التحكم في هذا المحرك عن طريق تحويل التردد الرقمي، حيث يتم تحويل التيار المتردد أولاً إلى تيار مستمر، ثم العكس، ويتم التحكم في السرعة من خلال تغيير التردد. لذلك، لا يعمل المحرك عديم الفرش بسلاسة عند بدء التشغيل والكبح، مع اهتزازات كبيرة، ولا يستقر إلا عند ثبات السرعة.

4- دقة التحكم في محرك التيار المستمر ذي الفرشاة عالية

يُستخدم محرك التيار المستمر عديم الفرش عادةً مع صندوق تخفيض السرعة ووحدة فك التشفير لزيادة قدرة خرج المحرك ورفع دقة التحكم، حيث تصل دقة التحكم إلى 0.01 مم، مما يسمح بإيقاف الأجزاء المتحركة في أي مكان مطلوب تقريبًا. تعتمد جميع أدوات الآلات الدقيقة على دقة تحكم محركات التيار المستمر. ونظرًا لعدم استقرار المحرك عديم الفرش أثناء بدء التشغيل والكبح، تتوقف الأجزاء المتحركة في مواضع مختلفة في كل مرة، ولا يمكن إيقافها في الموضع المطلوب إلا باستخدام دبوس تحديد الموضع أو محدد الموضع.

5- يتميز محرك التيار المستمر ذو الفرشاة بانخفاض تكلفة استخدامه وسهولة صيانته.

نظراً لبنية محرك التيار المستمر عديم الفرش البسيطة، وانخفاض تكلفة إنتاجه، وكثرة مصنعيه، ونضج تقنيته، فإنه يُستخدم على نطاق واسع في المصانع، وآلات التصنيع، والأجهزة الدقيقة، وغيرها. في حال تعطل المحرك، يكفي استبدال فرشاة الكربون، والتي لا تتجاوز تكلفتها بضعة دولارات، ما يجعله رخيصاً للغاية. أما محرك التيار المستمر عديم الفرش، فتقنيته لا تزال غير ناضجة، وسعره مرتفع، ونطاق استخدامه محدود، ويقتصر استخدامه بشكل أساسي على المعدات ذات السرعة الثابتة، مثل أجهزة تكييف الهواء ذات التردد المتغير، والثلاجات، وغيرها. وفي حال تلف محرك التيار المستمر عديم الفرش، لا يمكن استبداله إلا.

6، بدون فرشاة، تداخل منخفض

تزيل المحركات عديمة الفرش الفرشاة، والتغيير الأكثر مباشرة هو غياب شرارة تشغيل محرك الفرشاة، مما يقلل بشكل كبير من تداخل الشرارة الكهربائية مع معدات الراديو البعيدة.

7. ضوضاء منخفضة وتشغيل سلس

بدون فرش، سيكون للمحرك عديم الفرش احتكاك أقل بكثير أثناء التشغيل، وتشغيل سلس وضوضاء أقل بكثير، وهو ما يمثل دعمًا كبيرًا لاستقرار تشغيل النموذج.

8. عمر خدمة طويل وتكلفة صيانة منخفضة

إن تآكل المحرك عديم الفرش يكون بشكل رئيسي في المحامل، ومن وجهة نظر ميكانيكية، فإن المحرك عديم الفرش هو محرك لا يحتاج إلى صيانة تقريبًا، وعند الضرورة، يكفي القيام ببعض أعمال التنظيف لإزالة الغبار.

قد يعجبك أيضاً: