أصبحت محركات التيار المستمر بدون فرش (BLDC) جزءًا أساسيًا من أنظمة التشغيل الآلي والدفع الكهربائي الحديثة نظرًا لكفاءتها وموثوقيتها وقدرتها على العمل بدون فرش، مما يؤدي إلى عمر افتراضي أطول. أحد التحديات الأكثر شيوعًا التي تنشأ في تطبيقات محركات التيار المستمر بدون فرش هو الحاجة إلى تغيير اتجاه دوران المحرك. يمكن أن يكون تغيير اتجاه الدوران في محركات التيار المستمر بدون فرش أمرًا ضروريًا لتطبيقات مختلفة، من الروبوتات إلى الآلات الصناعية، حيث تكون الحركة ثنائية الاتجاه مطلوبة.

سنستكشف عدة طرق لعكس اتجاه دوران محرك BLDC، والنظرية وراء هذه الأساليب، والخطوات العملية لتنفيذها. بالإضافة إلى ذلك، سنغطي أهمية أجهزة استشعار هول وإشارات التحكم وكيف يؤثر عكس اتجاه الدوران على أداء المحرك.

المبدأ الأساسي لتشغيل محرك BLDC

لفهم كيفية تغيير اتجاه دوران محرك التيار المستمر بلا فرشاة، من الضروري أولاً فهم كيفية عمل هذه المحركات. يتكون دوار محرك التيار المستمر بلا فرشاة عادةً من مغناطيسات دائمة، ويتكون الجزء الثابت من ملفات سلكية تنتج مجالات مغناطيسية. بناءً على مبدأ الكهرومغناطيسية، يدور المحرك عن طريق التفاعل بين الدوار والحقل المغناطيسي الدوار الذي ينتجه الجزء الثابت.

العناصر الرئيسية

• مستشعرات هول: تعمل هذه المستشعرات على تغذية بيانات موضع الدوار إلى وحدة التحكم، والتي تعمل على ضبط تبديل ملفات الجزء الثابت وفقًا لذلك للحفاظ على الدوران.
• تسلسل التبديل: يعتمد دوران محرك التيار المستمر بلا ضوضاء على التبديل الدقيق للتيار بين لفائف الجزء الثابت. يقوم المتحكم بتزويد ملفات الجزء الثابت بالطاقة في الوقت المناسب لدفع أو سحب الجزء الثابت في اتجاه معين.

العوامل المؤثرة على اتجاه دوران المحرك

يعتمد اتجاه دوران محرك BLDC في المقام الأول على الترتيب الذي يتم به تطبيق التيار على ملفات الجزء الثابت. ومن خلال قلب ترتيب تسلسل التبديل هذا، يمكن تغيير اتجاه المحرك.

طرق تغيير اتجاه الدوران

توجد عدة طرق لعكس اتجاه دوران محرك BLDC، كل منها مناسب لسيناريوهات مختلفة حسب الأجهزة ونظام التحكم المتاح. فيما يلي الطرق الأكثر استخدامًا.

تبديل أي سلكين من أسلاك الجزء الثابت

تعد إحدى أبسط الطرق لعكس اتجاه محرك التيار المستمر بلا فرشاة هي تبديل أي سلكين من أسلاك الجزء الثابت الثلاثة. تعمل محركات التيار المستمر بلا فرشاة عادةً من خلال توصيلات ثلاثية الطور، وسيؤدي تغيير تسلسل الطور إلى دوران المحرك في الاتجاه المعاكس.

إجراء:

• حدد أسلاك الجزء الثابت الثلاثة، والتي غالبًا ما يتم تسميتها بـ U وV وW.
• قم بتبديل أي سلكين من أسلاك الجزء الثابت. على سبيل المثال، يمكنك تبديل U وV أو U وW.

مثال:

• افترض أن أسلاك الجزء الثابت متصلة بالترتيب U → V → W للدوران في اتجاه عقارب الساعة.
• سيؤدي تبديل U وV إلى تغيير الترتيب إلى V → U → W، مما يؤدي إلى الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة.

تعتبر هذه الطريقة مباشرة ولكنها تتطلب عادةً إعادة التوصيل يدويًا أو استخدام مفتاح لإجراء تبديل الطور تلقائيًا.

استخدام دبوس اتجاه وحدة التحكم

تأتي العديد من وحدات التحكم في محركات BLDC مع دبوس مخصص أو إعداد برمجي يسمح للمستخدم بتغيير اتجاه الدوران دون إعادة توصيل توصيلات الجزء الثابت فعليًا. غالبًا ما يتم تسمية هذا الدبوس باسم “DIR” (للاتجاه). عندما يتم تبديل دبوس الاتجاه (إما عن طريق تطبيق جهد عالي أو منخفض أو باستخدام أمر برمجي)، يعكس المتحكم تسلسل التبديل، مما يؤدي إلى تغيير في اتجاه الدوران.

إجراء:

• حدد دبوس التحكم في الاتجاه على محرك/وحدة تحكم BLDC.
• قم بتطبيق الإشارة المناسبة (عالية/منخفضة) على دبوس الاتجاه بناءً على وثائق وحدة التحكم.
• أو استخدم برنامجًا لإرسال أمر يعكس اتجاه المحرك.

بيانات المثال:

• جهد الإدخال: 0-5 فولت (إشارة رقمية)
• منطق التحكم في الاتجاه: قد تشير الإشارة العالية (5 فولت) إلى الدوران للأمام وقد تشير الإشارة المنخفضة (0 فولت) إلى الدوران العكسي.

توفر هذه الطريقة مزيدًا من التحكم في تشغيل المحرك وهي مناسبة للتطبيقات التي تتطلب التحكم الآلي في اتجاه المحرك.

إعادة برمجة وحدة التحكم

في الحالات التي تتطلب تحكمًا أكثر تعقيدًا، يمكن إعادة برمجة وحدة التحكم في المحرك أو تكوينها لتغيير تسلسل التبديل داخليًا. هذه الطريقة مفيدة بشكل خاص عند استخدام وحدات تحكم متقدمة في المحرك تسمح بإعدادات تحكم مخصصة.

إجراء:

• قم بتوصيل وحدة التحكم بواجهة برمجة (على سبيل المثال، من خلال اتصال USB أو تسلسلي).

 

• قم بالوصول إلى إعدادات برنامج التحكم أو البرامج الثابتة.

 

• قم بتغيير الإعدادات لعكس تسلسل تبديل المحرك. قد يتضمن هذا ضبط ترتيب الطور على العكس.

مثال:

قد يكون للمحرك الذي يعمل في الاتجاه الأمامي مع تسلسل تبديل (U، V، W) برنامج افتراضي مثل:

المرحلة 1: U+ V-
المرحلة 2: V+ W-
المرحلة 3: W+ U-

لعكس الدوران، أعد برمجة وحدة التحكم إلى:Phase 1: U- V+
المرحلة 2: V- W+
المرحلة 3: W- U+

يتم تنفيذ هذه الطريقة غالبًا في الأنظمة التي يتم فيها مراقبة أداء المحرك عن كثب، ويجب إجراء أي تغييرات في الاتجاه من خلال واجهة برمجية.

ردود الفعل من مستشعر القاعة العكسي

تستخدم محركات BLDC المجهزة بمستشعرات هول التغذية الراجعة من هذه المستشعرات لتحديد موضع الدوار ومزامنة التبديل. هناك طريقة أخرى لتغيير اتجاه الدوران وهي عكس الإشارات من مستشعرات هول. من خلال تبديل مخرجات الإشارة لمستشعرين هول، سيستشعر المتحكم أن الدوار يدور في الاتجاه المعاكس، وبالتالي عكس حركة المحرك.

إجراء:

• حدد أسلاك إشارة مستشعر هول (عادةً ثلاثة أسلاك: هول أ، هول ب، هول ج).
• قم بتبديل أي سلكين من أسلاك الإشارة لعكس ردود الفعل لموضع الدوار.

تعتبر هذه الطريقة أقل شيوعًا لأنها قد تتداخل مع التحكم الدقيق في المحرك، ولكنها قد تكون فعالة في المواقف التي يفتقر فيها المتحكم إلى دبوس تحكم اتجاه مخصص أو إعدادات قابلة لإعادة البرمجة.

استخدام دوائر الجسر المزدوج H

بالنسبة للتطبيقات المتقدمة التي تتطلب التحكم الدقيق في الاتجاه والسرعة، يمكن استخدام دائرة جسر H لعكس قطبية الجهد المطبق على المحرك. هذا الإعداد أكثر شيوعًا للمحركات التي تتطلب تغييرات متكررة وآلية في الاتجاه.

إجراء:

• يجب توصيل محرك BLDC بدائرة جسر H، والتي تحتوي على أربعة مفاتيح لتنظيم التيار المتدفق عبر لفائف المحرك.
• يتيح لك جسر H عكس دوران المحرك عن طريق تغيير اتجاه تدفق التيار.
• استخدم متحكمًا دقيقًا أو نظام تحكم لإرسال إشارات إلى دائرة جسر H لعكس اتجاه المحرك حسب الحاجة.

بيانات المثال:

• نطاق الجهد: 12 فولت – 48 فولت (حسب تصنيف المحرك)
• تصنيف التيار: 10 أمبير لمحركات BLDC النموذجية المستخدمة في الروبوتات.

تأثير تغيير الاتجاه على الأداء

عند تغيير اتجاه الدوران، هناك بعض العوامل التي يجب مراعاتها:

1. كفاءة

لا يؤثر عكس اتجاه المحرك بشكل كبير على الكفاءة إذا تم ذلك بشكل صحيح. ومع ذلك، فإن التبديل غير السليم أو ردود الفعل غير الصحيحة للمستشعر قد يؤدي إلى خسائر في الكفاءة وتوليد عزم الدوران بشكل غير متساوٍ.

2. عزم الدوران والسرعة

سيحافظ المحرك على نفس خصائص عزم الدوران والسرعة عند الدوران في الاتجاه المعاكس، بشرط أن تظل إشارات التحكم وإمدادات الطاقة ثابتة. ومع ذلك، قد تتطلب بعض التطبيقات إعادة معايرة أنظمة التحكم، وخاصة عند استخدام أجهزة استشعار هول.

3. التآكل والتلف

تم تصميم محركات BLDC للتعامل مع التغييرات الاتجاهية، ولكن الانعكاسات المتكررة يمكن أن تزيد من تآكل الدوار والمحامل، وخاصة في التطبيقات عالية السرعة. من الأهمية بمكان التأكد من أن المحرك مصمم للتعامل مع الحركة الثنائية الاتجاه المتكررة إذا كان التطبيق يتطلب ذلك.

خاتمة

يمكن تحقيق تغيير اتجاه دوران محرك التيار المستمر بدون فرشاة بطرق مختلفة اعتمادًا على الأجهزة ونظام التحكم المتاح. تتضمن الطريقة الأكثر بساطة تبديل سلكين للجزء الثابت، بينما تتضمن الطرق الأكثر تقدمًا استخدام دبوس اتجاه وحدة التحكم، أو إعادة برمجة وحدة التحكم، أو ضبط ردود فعل مستشعر هول، أو استخدام دائرة جسر H. لكل طريقة مزاياها ومقايضاتها المحتملة، ويعتمد الخيار الأفضل على متطلبات التطبيق للتحكم والدقة وتكرار تغيير الاتجاه.

أخيرًا، يقدم مصنعو محركات التيار المستمر بدون فرشاة مجموعة واسعة من وحدات التحكم والتكوينات لتبسيط عملية تغيير اتجاه المحرك. باستخدام طرق التحكم المناسبة، يمكن عكس اتجاه محرك التيار المستمر بدون فرشاة بسلاسة، مما يسمح بتشغيل المحرك بشكل أكثر تنوعًا وقابلية للتكيف عبر مختلف الصناعات.