في عالم المحركات الكهربائية، هناك نوعان بارزان يستخدمان على نطاق واسع في تطبيقات مختلفة، وهما محرك التيار المستمر بدون فرشاة (BLDC) ومحرك التزامن المغناطيسي الدائم (PMSM). يتميز كلا المحركين بكفاءتهما وحجمهما الصغير وأدائهما العالي، لكنهما يختلفان في بنيتهما وتقنيات التحكم وملاءمتهما للتطبيق. تتعمق هذه المقالة في الاختلافات الرئيسية بين محركات BLDC وPMSM لمساعدة المستخدمين على فهم المحرك الأكثر ملاءمة لاحتياجاتهم.
مبادئ البناء والعمل
- محرك تيار مستمر بدون فرش: محركات التيار المستمر بدون فرش هي محركات متزامنة تعمل بدون فرش وتستمد طاقتها من مصدر كهربائي للتيار المستمر. وبدلاً من التبديل الميكانيكي الموجود في محركات التيار المستمر التقليدية، تستخدم محركات التيار المستمر بدون فرش التبديل الإلكتروني بمساعدة عاكس أو وحدة تحكم إلكترونية. يحتوي الدوار في محرك التيار المستمر بدون فرش على مغناطيسات دائمة، والجزء الثابت مزود بملفات تولد مجالًا مغناطيسيًا دوارًا لتحريك الدوار.
- محرك متزامن ذو مغناطيس دائم: تُستخدم المغناطيسات الدائمة أيضًا في دوار محركات PMSM، إلا أن تشغيلها يعتمد على مبدأ السرعة المتزامنة. وعلى النقيض من محركات الحث، يدور الدوار دون انزلاق بنفس تردد المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت. وعلى عكس محركات BLDC، تعتمد محركات PMSM غالبًا على التحكم في شكل الموجة الجيبية بدلاً من التحكم شبه المنحرف.
تقنيات التحكم
- التحكم في محرك BLDC: تستخدم محركات BLDC عادةً التحكم شبه المنحرف للتبديل. في طريقة التحكم هذه، يتم تشغيل المحرك بواسطة تيار موجي مستطيل أو شبه منحرف، مما يبسط إلكترونيات التحكم ويكون من الأسهل عمومًا تنفيذه. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي تقنية التحكم هذه إلى تموج عزم الدوران، مما يعني أن المحرك يتعرض لاختلافات طفيفة في عزم الدوران أثناء تشغيله.
- التحكم في محرك PMSM: يتم التحكم في محركات PMSM باستخدام التحكم الموجه نحو المجال (FOC) أو التحكم المتجه، وهو أكثر تعقيدًا ولكنه يؤدي إلى تشغيل أكثر سلاسة. تضمن طريقة التحكم الجيبية هذه بقاء عزم الدوران ثابتًا طوال تشغيل المحرك، مما يؤدي إلى أداء أفضل، خاصة في التطبيقات الدقيقة. تشتهر محركات PMSM بتوصيل عزم الدوران بسلاسة وكفاءتها العالية عند السرعات المتغيرة.
توزيع لفات الجزء الثابت
- محرك BLDC: يكون توزيع لفات الجزء الثابت على شكل شبه منحرف عادةً، وهو مصمم لإنشاء شكل موجة EMF خلفية شبه منحرفة. وينتج عن هذا تشغيل من ست خطوات (مُبدَّل)، وهو مثالي للتطبيقات التي تتطلب تحديد المواقع بدقة.
- محرك PMSM: توزيع لفات الجزء الثابت يكون على شكل جيب، مما يخلق شكل موجة جيبية ناعمة للقوة الدافعة الكهربائية الخلفية. وهذا يسمح بالدوران المستمر مع الحد الأدنى من تموج عزم الدوران، مما يجعل محرك PMSM أكثر كفاءة وسلاسة عند السرعات العالية.
شكل المغناطيس الدائم
- محرك BLDC: عادةً ما تكون المغناطيسات الدائمة مستطيلة أو شبه منحرفة الشكل لإنشاء شكل موجة EMF خلفية شبه منحرفة. يساعد هذا الشكل في تحسين عملية التبديل في محركات BLDC للتشغيل الفعال في نظام دفع مكون من ست خطوات.
- محرك PMSM: تكون المغناطيسات الدائمة في محركات PMSM منحنية أو ذات شكل جيبي بشكل عام لإنتاج قوة دافعة كهربائية خلفية جيبية سلسة. يعزز هذا الشكل سلاسة الدوران، ويحسن الكفاءة والأداء، وخاصة في التطبيقات عالية الدقة والسرعة.
خصائص الأداء
كفاءة:
تتمتع محركات BLDC وPMSM بكفاءة عالية، وذلك بفضل تصميمها الخالي من الفرشاة. ومع ذلك، غالبًا ما تتمتع محركات PMSM بميزة على محركات BLDC من حيث الكفاءة الإجمالية، وخاصة في التطبيقات التي تتطلب التحكم الدقيق في السرعة وعزم الدوران العالي بسرعات مختلفة.
السرعة وعزم الدوران:
تشتهر محركات BLDC بتوفير سرعة عالية وعزم دوران مرتفع. تُستخدم هذه المحركات بشكل متكرر في الأجهزة والمضخات والمراوح والتطبيقات الأخرى حيث تكون أوقات الاستجابة السريعة بالغة الأهمية. ومع ذلك، يمكن أن تظهر محركات BLDC تموج عزم الدوران بسبب التبديل شبه المنحرف، مما يجعلها أقل ملاءمة للتطبيقات الدقيقة.
من ناحية أخرى، توفر محركات PMSM عزم دوران ثابت عبر نطاق أوسع من السرعات، مما يجعلها مثالية للتطبيقات الدقيقة مثل الروبوتات والمركبات الكهربائية وآلات CNC. تضمن طريقة التحكم الجيبية أن يعمل المحرك بسلاسة دون تغيرات في عزم الدوران، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الصعبة التي تتطلب أداءً ثابتًا.
ملاءمة التطبيق
تطبيقات محرك BLDC
تُستخدم محركات BLDC بشكل شائع في التطبيقات التي تتطلب سرعة عالية وتكاليف أقل وإلكترونيات تحكم أبسط. تتضمن بعض الاستخدامات النموذجية ما يلي:
- مراوح تبريد الكمبيوتر
- مكيفات الهواء
- أدوات كهربائية
- دراجات كهربائية
إن قوة التحمل وبساطة محركات BLDC تجعلها مثالية للإلكترونيات الاستهلاكية والأجهزة التي تعمل في ظروف عالية السرعة مع الحد الأدنى من متطلبات الصيانة.
تطبيقات محرك PMSM
تُفضَّل محركات PMSM في تطبيقات التحكم عالية الأداء والدقيقة حيث تكون الكفاءة والتشغيل السلس أمرًا بالغ الأهمية. غالبًا ما تتضمن هذه التطبيقات ما يلي:
- السيارات الكهربائية
- الأتمتة الصناعية
- الروبوتات
- ماكينات سي ان سي
- الاجهزة المنزلية
إن قدرة محركات PMSM على توفير التحكم الدقيق والعمل بكفاءة عند السرعات المتغيرة تجعلها مثالية للتقنيات المتقدمة مثل السيارات الكهربائية والروبوتات الصناعية.
اعتبارات التكلفة
نظرًا لإلكترونيات التحكم الأقل تعقيدًا، فإن محركات BLDC تكون عادةً أقل تكلفة من محركات PMSM. تجعلها فعاليتها من حيث التكلفة جذابة للمنتجات الاستهلاكية منخفضة التكلفة أو المنتجة بكميات كبيرة. ومع ذلك، فإن محركات PMSM، على الرغم من أنها أكثر تكلفة بشكل عام بسبب متطلبات التحكم الأكثر تعقيدًا، توفر كفاءة وموثوقية أفضل على المدى الطويل في التطبيقات المتطورة حيث الدقة أمر بالغ الأهمية.
المميزات والعيوب
| الميزة | محرك BLDC | محرك PMSM |
| الكفاءة | عالية ولكن أقل من PMSM عند السرعات المتغيرة | عالية جدًا، خاصة عند السرعات المتغيرة |
| التحكم | تحكم شبه منحرف بسيط، سهل التنفيذ | تحكم جيبي معقد، تشغيل سلس |
| تموج العزم | متوسط، مع اختلافات في العزم | منخفض جدًا، مع عزم ثابت |
| التطبيقات | الإلكترونيات الاستهلاكية، مراوح التبريد، الأدوات الكهربائية | الآلات الدقيقة، المركبات الكهربائية، الأتمتة الصناعية |
| التكلفة | تكلفة أولية منخفضة، تحكم أبسط | تكلفة أعلى، كفاءة أفضل على المدى الطويل |
أي محرك يجب عليك اختياره؟
يعتمد الاختيار بين محرك BLDC ومحرك PMSM إلى حد كبير على التطبيق المحدد ومتطلبات الأداء:
- اختر محرك BLDC إذا كنت تبحث عن حل فعال من حيث التكلفة مع دقة معتدلة وتشغيل عالي السرعة. على سبيل المثال، يمكن للأدوات الكهربائية والمراوح والأجهزة الصغيرة الاستفادة من وقت الاستجابة السريع والتحكم البسيط لمحركات BLDC.
- اختر محرك PMSM إذا كان تطبيقك يتطلب التحكم الدقيق وعزم الدوران الثابت والأداء بسرعات متغيرة. غالبًا ما تستفيد المركبات الكهربائية والأتمتة الصناعية والروبوتات من التشغيل السلس والكفاءة العالية لمحركات PMSM.
خاتمة
باختصار، تتمتع محركات BLDC ومحركات PMSM بخصائصها ومزاياها وعيوبها الخاصة. يجب إجراء اعتبارات دقيقة بناءً على المتطلبات والظروف الفريدة لكل تطبيق عند اختيار نوع المحرك. بالنسبة لسيناريوهات التطبيق التي تتطلب كفاءة عالية وعمرًا طويلاً وقابلية تحكم جيدة، يمكنك اختيار محركات BLDC؛ بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب دقة تحكم عالية ونطاق سرعة واسع واستقرار عزم دوران جيد، يمكنك اختيار محركات PMSM.