محركات التيار المستمر بدون فرش خارجيةتشتهر هذه المحركات بنسبة عزم الدوران إلى الوزن العالية، وكفاءتها، وحجمها الصغير، مما يجعلها الخيار الأمثل في الطائرات بدون طيار، والطائرات التي يتم التحكم فيها عن بُعد، وألواح التزلج الكهربائية، والروبوتات، والأدوات الصناعية. ومع ذلك، لا تزال مشكلة ارتفاع درجة الحرارة من أكثر المشاكل شيوعًا التي يواجهها المشغلون.
قد يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تقصير عمر المحرك، وتلف المغناطيس، وإتلاف الملفات، وفي الحالات الشديدة قد يتسبب في تعطله بالكامل. بصفتنا شركة مصنعة، واجهنا هذه المشاكل الناجمة عن عوامل ميكانيكية وكهربائية وتشغيلية متنوعة. في هذا الدليل، سنشرح بالتفصيل ما يلي:
- لماذا ترتفع درجة حرارة المحركات الخارجية؟ – الفيزياء والآليات
- الأسباب الجذرية الشائعة – كهربائية، ميكانيكية، بيئية
- خطوات التشخيص – كيفية تحديد المشكلة بدقة
- حلول دائمة – حلول هندسية وتشغيلية
- نصائح الصيانة الوقائية
- دراسات حالة مع بيانات
الحرارة في سيارات أوت رانر
تُنتج المحركات الخارجية الحرارة بشكل أساسي من الفقد الكهربائي والمغناطيسي، بالإضافة إلى الاحتكاك الميكانيكي. وتشمل هذه:
- خسائر النحاس (خسائر I²R): تزداد خسائر الطاقة في الملفات مع مربع التيار بسبب مقاومتها الكهربائية.
- خسائر الحديد: خسائر التخلف المغناطيسي والتيارات الدوامية داخل رقائق الجزء الثابت.
- خسائر المغناطيس: التيارات الدوامية في المغناطيس الدائم، وخاصة عند سرعة دوران عالية.
- الخسائر الميكانيكية: احتكاك المحامل ومقاومة الهواء (مقاومة الرياح).
- عدم كفاءة وحدة التحكم الإلكترونية: توقيت تبديل ضعيف أو كفاءة منخفضة تولد حرارة تنتقل إلى المحرك.
عندما تتجاوز مصادر الحرارة هذه قدرة المحرك على تبديد الطاقة الحرارية عن طريق التوصيل والحمل الحراري والإشعاع، ترتفع درجة الحرارة مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط.
الأسباب الجذرية لارتفاع درجة حرارة المحركات الخارجية
نقوم بتصنيفها إلى فئات كهربائية وميكانيكية وبيئية.
أسباب كهربائية
سحب التيار الزائد
- يسحب المحرك تيارًا كهربائيًا أكبر من قدرته على التشغيل المستمر.
- شائع في الطائرات بدون طيار ذات الدعم الزائد أو وحدات التحكم الإلكترونية ذات القدرة المنخفضة.
عزم الحمل الزائد
- تؤدي الأحمال الثقيلة أو المقاومة الميكانيكية إلى دفع وحدة التحكم الإلكترونية للتيار بشكل أكبر.
توقيت وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة غير مناسب
- يؤدي توقيت التبديل غير الصحيح إلى نقل غير كامل للطاقة وزيادة في خسائر النحاس.
تشغيل وحدة التحكم الإلكترونية منخفضة الكفاءة
- يؤدي استخدام وحدات التحكم القائمة على تعديل عرض النبضة (PWM) دون ضبط مناسب إلى زيادة تموج تيار الطور.
سوء تكوين FOC
- في التحكم الموجه للمجال، يمكن أن تؤدي المعلمات غير الصحيحة إلى زيادة تيار Iq بلا داعٍ.
الأسباب الميكانيكية
حجم المروحة غير المناسب
- تؤدي المراوح الأكبر حجماً أو ذات الميل الأعلى إلى زيادة الحمل بشكل مفرط.
تآكل المحامل
- يزيد من الاحتكاك الميكانيكي وتوليد الحرارة.
عدم توازن الدوار
- يسبب الاهتزاز وعدم انتظام تحميل المحامل.
انسداد التهوية
- تعتمد المراوح الخارجية على دوران الدوار لتدوير الهواء؛ والعوائق تعيق عملية التبريد.
الأسباب البيئية
ارتفاع درجة الحرارة المحيطة
- يؤدي انخفاض تدرج درجة الحرارة بين المحرك والهواء إلى تقليل معدل التبريد.
تغيرات الارتفاع
- يؤدي انخفاض كثافة الهواء على ارتفاعات عالية إلى تقليل كفاءة التبريد.
تركيبات مغلقة
- المحركات المثبتة في إطارات مغلقة بدون تدفق هواء ترتفع درجة حرارتها بشكل أسرع.
خطوات تشخيص ارتفاع درجة الحرارة
الخطوة 1: قياس سحب التيار
استخدم مقياس الواط أو بيانات القياس عن بعد لوحدة التحكم الإلكترونية في السرعة لمقارنة سحب التيار الفعلي مقابل تصنيف التيار المستمر للمحرك.
زيادة التيار عند نقاط الخانق المتوقعة تؤدي إلى مشاكل في الحمل أو وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة.
الخطوة الثانية: فحص درجة حرارة المحرك
استخدم مقياس حرارة بالأشعة تحت الحمراء أو أجهزة قياس الحرارة المزدوجة.
نطاق الأمان: تتحمل معظم المحركات الخارجية درجة حرارة لف تتراوح بين 80 و100 درجة مئوية قبل حدوث تلف في العزل.
إذا تجاوزت درجة حرارة المغناطيس 80 درجة مئوية (درجات النيوديميوم N35–N52)، فهناك خطر إزالة المغناطيسية.
الخطوة 3: فحص المكونات الميكانيكية
قم بتدوير الدوار يدويًا؛ تشير المقاومة إلى وجود مشاكل في المحامل أو الاحتكاك.
استمع لأي صوت طحن أو صوت غير منتظم.
الخطوة الرابعة: مراجعة إعدادات وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة
تحقق من إعدادات التوقيت المتقدم (على سبيل المثال، 5°–15° نموذجية لمحركات BLDC).
بالنسبة للتحكم الموجه للمجال (FOC)، تحقق من صحة ثوابت المحرك (Kv، أزواج الأقطاب، المقاومة، الحث).
الخطوة 5: تقييم المروحة والحمولة
قارن حجم المروحة بجدول الأحمال الموصى به من قبل الشركة المصنعة.
اختبر باستخدام مروحة أصغر لمعرفة ما إذا كانت الحرارة تنخفض.
الخطوة 6: فحص تدفق الهواء
راقب ما إذا كان الدوار غير مسدود ويمكن للهواء أن يدور.
جدول الأسباب الجذرية والحلول
| السبب الجذري | الأعراض | يصلح |
| زيادة الحمل / زيادة الحمل | تيار عالٍ عند مستوى متوسط من الخانق | قم بتقليل حجم المروحة أو ميلها |
| توقيت وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة مرتفع/منخفض جدًا | يسخن المحرك حتى عند الأحمال المنخفضة | اضبط التوقيت في برنامج ESC الثابت |
| تآكل المحامل | ضوضاء طحن، تيار أعلى بدون حمل | استبدل المحامل |
| عدم توازن الدوار | الاهتزاز، التسخين غير المتساوي | دوار توازن مع أوزان |
| سوء التهوية | ارتفاع درجة الحرارة في الهواء الساكن | تحسين تدفق الهواء، إضافة قنوات |
| ارتفاع درجة الحرارة المحيطة | ترتفع درجة حرارتها بشكل أسرع في الهواء الطلق | قلل من قوة المحرك أو حسّن التبريد |
| معلمات FOC غير صحيحة | تيار الطور أعلى من المتوقع | معايرة ثوابت المحرك |
حلول دائمة
تحسين الحمل
- استخدم مخططات الدفع/التيار الخاصة بالشركة المصنعة لمطابقة حجم المروحة وجهد البطارية.
- تجنب الإفراط في استخدام الدعامات، خاصة في الأيام الحارة.
تحسين وحدة التحكم الإلكترونية
- قم بالترقية إلى وحدة تحكم إلكترونية تدعم تقنية FOC للحصول على تشغيل أكثر سلاسة وكفاءة.
- اضبط تردد تعديل عرض النبضة (PWM) وتوقيت التقدم للمحرك المحدد.
إدارة الحرارة
- أضف مشتتات حرارية من الألومنيوم إلى قاعدة المحرك.
- تدفق هواء التبريد المباشر فوق الجزء الثابت.
- استخدم الدوارات ذات الفتحات أو تصميمات شفرات المروحة لتحسين التبريد الذاتي.
الصيانة الميكانيكية
- استبدل المحامل بشكل دوري بأنواع عالية الجودة ومنخفضة الاحتكاك.
- قم بموازنة المراوح والدوارات لتقليل الاهتزاز.
وسائل الحماية الكهربائية
- استخدم وحدة التحكم الإلكترونية المزودة بحماية من الحرارة الزائدة والتيار الزائد.
- أضف نظام مراقبة التيار المضمن لاكتشاف الحالات الشاذة مبكراً.
نصائح الصيانة الوقائية
مراقبة التيار الكهربائي بانتظام
احتفظ بسجلات عبر القياس عن بعد لرصد الاتجاهات في زيادة سحب التيار.
فحص العقار
استبدل المراوح المتشققة أو المنحنية للحفاظ على التوازن.
تشحيم المحامل
استخدم زيتًا خفيفًا للمحامل المحمية كل 50-100 ساعة تشغيل.
تحديثات البرامج الثابتة لوحدة التحكم الإلكترونية في الثبات
غالباً ما تُصدر الشركات المصنعة تحسينات في التوقيت أو التحكم الحراري.
اختبار تحت الحمل
بعد إجراء التغييرات، قم بتشغيل المحرك عند مستوى الخانق المستهدف لمدة 2-3 دقائق وقم بقياس ارتفاع درجة الحرارة.
بيانات دراسة الحالة
الحالة الأولى: ارتفاع درجة حرارة محرك الطائرة بدون طيار في سباقات الطائرات بدون طيار
- المحرك: 2207، 2500 كيلو فولت
- دعامة: 5×4.5
- البطارية: 4S LiPo (16.8 فولت عند الشحن الكامل)
- العرض: 90 درجة مئوية بعد دقيقة واحدة من التشغيل بأقصى سرعة
- التشخيص: سحب التيار 38 أمبير مقابل 30 أمبير للتقييم المستمر
- الحل: تم التبديل إلى مروحة 5×4 ← انخفاض التيار إلى 29 أمبير ← درجة الحرارة القصوى 74 درجة مئوية
الحالة 2: محرك محور التزلج الكهربائي
- المحرك: 6374، 170 كيلو فولت
- الحمولة: راكب ثقيل، تلال شديدة الانحدار
- العرض: إيقاف تشغيل وحدة التحكم الإلكترونية بسبب الحرارة بعد 10 دقائق من الصعود
- التشخيص: طلب عزم دوران مستمر مرتفع
- الحل: تقليل نسبة التروس لزيادة عدد دورات المحرك في الدقيقة عند عزم دوران أقل، إضافة مشتت حراري لوحدة التحكم الإلكترونية ← لا يوجد إيقاف تشغيل
أمثلة على جدول درجات حرارة التشغيل الآمنة
| فئة المحرك | معدل التيار المستمر | أقصى درجة حرارة آمنة لللف | أقصى درجة حرارة للمغناطيس (N52) |
| 2205–2306 | 20-25 أ | 100 درجة مئوية | 80 درجة مئوية |
| 2808–3110 | 30-40 أ | 110 درجة مئوية | 80 درجة مئوية |
| 5010–6310 | 40–70 أ | 120 درجة مئوية | 80 درجة مئوية |
| 6374+ | 70–120 أمبير | 130 درجة مئوية | 80 درجة مئوية |
لا يُعدّ ارتفاع درجة حرارة محركات التيار المستمر عديمة الفرشات الخارجية أمرًا حتميًا، بل يمكن الوقاية منه من خلال اختيار الحجم المناسب، والضبط الدقيق، والصيانة الدورية. بفهم التفاعل بين الحمل الكهربائي، والحالة الميكانيكية، وكفاءة التبريد، يُمكن تشخيص المشاكل مبكرًا وتطبيق حلول تُطيل عمر المحرك.
بصفتنا شركة مصنعة، نوصي باستخدام مكونات ذات أحجام أكبر من اللازم للتطبيقات التي تتطلب أداءً عالياً، واختيار وحدات تحكم إلكترونية مزودة بخوارزميات تحكم مناسبة، وضمان عدم المساس بتدفق هواء التبريد. في الأنظمة عالية الأداء مثل الطائرات بدون طيار، وسباقات التحكم عن بعد، والدراجات الكهربائية، لا تمنع هذه الخطوات الأعطال فحسب، بل تزيد أيضاً من الكفاءة ووقت التشغيل.