أقوم بتطوير محركات بدون فرش في Impulsor. في الآونة الأخيرة ، يتم الاتصال بنا غالبًا لتطوير محرك / مولد يعمل بمثابة فرامل. سأتحدث في هذا المقال عن ميزات هذا التطبيق للمحركات ، وما هي مزاياها وعيوبها ، وكيفية تنفيذ مثل هذا النمط من العمليات.
الفوائد والاستخدامات
يوفر استخدام المحرك ككابح عددًا من المزايا والمعايير التي لا يمكن تحقيقها باستخدام أنواع أخرى من الفرامل المتوفرة حاليًا. ومع ذلك ، فإن هذا النهج أيضا عيوب.
المزايا:
- سريع على / قبالة والفرامل الإعداد عزم الدوران.
- مجموعة واسعة من الثورات العمل. من الممكن عمل الفرامل الزائدة (حتى 100000 دورة في الدقيقة) ، والعكس بالعكس بطيء جدًا.
- التثبيت السلس للحمل ، وعدم وجود إمكانية للحجب العرضي للعمود.
- عدم وجود الغبار والمواد النفايات من الفرامل. يمكن استخدامه في الداخل أو في مكان ضيق.
- يمكن استخدامها كمولد.
العيوب:
- قيود على درجة حرارة التشغيل تصل إلى 150 ، 200 درجة. من الممكن رفع درجة الحرارة قليلاً ، ولكن في نفس الوقت يرتفع سعر المنتج كثيراً.
- الفرامل العادية من قرص ومنصات في نفس الأبعاد ستكون أكثر فعالية.
- حدود عزم دوران قوية عند دورات منخفضة وعدم القدرة على سد العمود بالكامل. يمكن التحايل على هذا القيد باستخدام وحدة تحكم طاقة خارجية.
- التواجد المستمر لعزم دوران صغير للكبح.
نظرًا لسرعتها ودقتها ونظافتها ، لا غنى عن هذه الفرامل في المختبرات والأجهزة الداخلية. التماثل الوثيق للفرامل الحركية هو فرامل المسحوق. إنه بنفس السرعة ، لا ينتج عنه الغبار ، لكنه لا يعمل بسرعات عالية ومعظم النماذج الحالية محدودة تمامًا بـ 1500-3000 دورة في الدقيقة. فرامل القرص التقليدية غير قادرة على توفير نفس الدقة والاستقرار.
أوضاع التشغيل
هناك 3 أوضاع للفرامل متوفرة للفرامل الكهرومغناطيسية ، وهي تختلف في حيث تذهب الطاقة من الفرامل:
- وضع الدارة والحرارة في المحرك مباشرة.
- توليد الحرارة على الحمل الخارجي ، المقاومة ، أو الترانزستور ثنائي القطب.
- استعادة البطارية والشحن.
بعد ذلك ، سأتحدث أكثر عن هذه الأوضاع للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم BLDC ، وهذا ينطبق أيضًا على التيار المستمر.
1. وضع الدائرة
هذا هو أسهل وضع. في ذلك ، يتم ملامسة المحرك للإغلاق ، ويتم تخصيص قوة الفرامل لمقاومة لف المحرك. تم تصميم المحركات في الأصل مع منحدر للتبريد ، بالإضافة إلى ذلك ، لديها كتلة كبيرة وقدرة حرارية كافية. هذا يتيح لك استخدام هذا الوضع بشكل مكثف دون تعديلات على المحرك / المولد.
لتنفيذ هذا الوضع ، يكون جسر الصمام الثنائي ومفتاح ميكانيكي (زر أو مفتاح سكين أو مرحل) أو مفتاح إلكتروني (MOSFET ، IGBT) كافيين. لضبط قوة الكبح ، يتم استخدام PWM ، والذي يحدد دورة العمل لفتح المفتاح. مخطط الاتصال هو كما يلي:
هذا الوضع لديه ميزة مثيرة للاهتمام. مع زيادة السرعة ، سينخفض عزم الدوران الأقصى. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن لف المحركات لديه محاثة كبيرة ، ومع زيادة السرعة ، يزداد تواتر التيارات أيضًا. نتيجةً لذلك ، ستتجاوز مفاعلة التدوير النشط وستكون خسارة الطاقة أقل من الحد الأقصى الممكن لهذا المحرك. يظهر الرسم البياني أدناه الاعتماد المميز لعزم الدوران الأقصى للفرملة على الثورات:
على الرغم من إمكانية استخدام أي محرك جاهز فورًا في هذا الوضع ، فإن هذا الوضع لن يسمح بالكشف عن الإمكانات الكاملة للمنتج. ومع ذلك ، يمكن زيادة أداء الفرامل في هذا الوضع بشكل كبير ، تم تصميمه في الأصل ككابح.
هذا الوضع له عيب آخر مهم. بسبب الإغلاق السريع والمفاجئ لللفات وفتحها ، يحدث تداخل كهرمغنطيسي قوي. أيضا ، يجب أن يتم تصميم جسر الصمام الثنائي لتيارات نابض كبيرة.
2. مع الحمل الخارجي
في هذا الوضع ، فإن المصدر الرئيسي للحرارة من الفرامل هو المقاومة الخارجية. هذا الوضع أكثر فاعلية ، نظرًا لأن قوة الكبح لم تعد محدودة بسبب المشتت الحراري لتسخين المحرك ، ويمكن جعل المبرد المقاوم كبيرًا بشكل تعسفي. بالإضافة إلى ذلك ، إذا تم ضبط قيمة المقاومة بشكل صحيح ، فسيكون عزم الدوران الأقصى للفرملة أعلى منه عند الإغلاق وكلما ارتفعت السرعة ، كلما كان هذا الأمر أكثر وضوحًا.
لتنفيذ هذا الوضع ، يعد جسر الصمام الثنائي ضروريًا أيضًا ، ولكن بعد ذلك يتم تشغيل إما مقاومة متغيرة ميكانيكية أو ترانزستور ثنائي القطب مع دائرة تحكم تيار أو مقاومة (دائرة الحمل الإلكتروني). مخطط الاتصال هو كما يلي:
مع وجود مقدار صغير من المقاومة الخارجية بالنسبة إلى مقاومة المحرك ، ستكون طبيعة عزم الدوران قريبة من الوضع الأول. مع زيادة المقاومة ، ستتحول نقطة عزم الدوران القصوى إلى دورات عالية ، وستزداد قوة الفرملة القصوى. يظهر الرسم البياني أدناه ديناميكيات عزم الكبح مع زيادة مقاومة الحمل:
يتيح لك هذا الوضع الحصول على النطاق المطلوب لثورات التشغيل ، وهي المنطقة التي يزداد فيها عزم الفرامل مع زيادة الثورات. يعتبر وضع التشغيل هذا ناجحًا للغاية ، حيث يتيح لك تثبيت السرعة أو الحد منها. يتم تشكيل نظام التغذية المرتدة مستقرة.
3. الانتعاش
هذا الوضع هو الأكثر صعوبة في التنفيذ. إنها تتطلب وحدة تحكم (ESC) مماثلة لتلك المستخدمة للتحكم في محركات BLDC بدون فرش. ولكن في الوقت نفسه ، هذا الوضع هو الأكثر فعالية. إنه قادر على القضاء على معظم عيوب هذا النوع من الفرامل. لذلك ، على سبيل المثال ، سوف تسمح لك وحدة التحكم بحجب عمود المحرك تمامًا ، وستسمح لك باستخدام الفرامل في وقت واحد في وضع التوليد والفرامل المتحكم به ، وفي هذا الوضع يمكنك تحقيق لحظات فرملة أعلى بكثير من 2x السابقة.
في هذه المقالة ، لن أصف بالتفصيل جهاز التحكم وخوارزميات التشغيل الخاصة به ، مثل هذا الموضوع هو لمقال منفصل ، وربما ليس واحد. بالنسبة لأولئك الذين يرغبون في فهم هذه المشكلة ، يمكنك دراسة مبدأ وحدة التحكم في السيارات الكهربائية (الدراجات والدراجات البخارية) وكيفية تنفيذ خوارزميات الكبح والاسترداد.
استنتاج
يعد المحرك والمولدات من الخيارات الرخيصة والبسيطة لفرامل كهربائية ذات معايير فريدة. مثل هذه المكابح ليست عالمية ولن تسمح باستبدال فرامل الأقراص الكلاسيكية ، ولكن بالنسبة لبعض المهام فهي خارج المنافسة.