هل تساءلت يومًا لماذا تتفوق المحركات بدون فرش على المحركات ذات الفرشاة؟ توفر المحركات بدون فرش كفاءة ومتانة بفضل تبديلها الإلكتروني، مما يقلل من الاحتكاك والتآكل. وعلى النقيض من ذلك، تعاني محركات الفرشاة، على الرغم من بساطتها وفعاليتها من حيث التكلفة، من مشاكل الصيانة بسبب احتكاك الفرشاة. تتعمق هذه المقالة في المبادئ والأداء والتطبيقات المميزة لكلا النوعين من المحركات، مما يساعدك على فهم نقاط القوة والقيود الخاصة بهما. اكتشف كيف تؤثر هذه الاختلافات على كل شيء بدءًا من تنظيم السرعة إلى الاستقرار التشغيلي. تعمق في معرفة المحرك الذي يناسب احتياجاتك بشكل أفضل ولماذا.
محرك التيار المستمر بدون فرش هو منتج ميكاترونيك يتكون من جسم محرك ومحرك.
على عكس المحركات المتزامنة التي تتطلب لف بدء التشغيل على الدوار لبدء التشغيل تحت الحمل الثقيل مع تنظيم سرعة التردد المتغير، يعمل محرك التيار المستمر بدون فرش في وضع التحكم الذاتي. فهو لا ينتج تذبذباً أو يصبح خارج السرعة عند حدوث تغييرات مفاجئة في الحمل.
تستخدم غالبية محركات التيار المستمر الصغيرة والمتوسطة الحجم بدون فرش مغناطيسات بورون الحديد النيوديميوم الأرضية النادرة (Nd-Fe-B) نظرًا لارتفاع مستوى طاقتها المغناطيسية.
ونتيجة لذلك، فإن المحرك المغناطيسي الدائم ذو الفرش المغناطيسية الأرضية النادرة ذو إطار أصغر حجمًا من المحرك غير المتزامن ثلاثي الأطوار بنفس السعة.
محرك الفرشاة هو محرك دوار يستخدم جهاز فرشاة لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية (كمحرك) أو طاقة ميكانيكية إلى طاقة كهربائية (كمولد). على عكس المحركات بدون فرشاة، يستخدم جهاز الفرشاة لإدخال أو سحب الجهد والتيار.
محرك الفرشاة هو أساس جميع المحركات، حيث يمتلك العديد من الميزات المفيدة مثل التشغيل السريع، والكبح في الوقت المناسب، وتنظيم السرعة بسلاسة على نطاق واسع، ودائرة تحكم بسيطة نسبيًا.
المحرك المصقول هو أول نوع المحرك التي نتعامل معها، وغالبًا ما تُستخدم كنموذج لتوضيح المحركات في فصول الفيزياء خلال المرحلة الإعدادية.
المكونات الرئيسية للمحرك المصقول هي الجزء الثابت والدوار والفرش.
يتم توليد عزم الدوران من خلال مجال مغناطيسي دوّار، مما يسمح بإخراج الطاقة الحركية.
تكون الفرش ومبدل التيار في حالة تلامس واحتكاك مستمر، وتلعب الفرش ومبدل التيار أدوارًا مهمة في التوصيل والتبديل أثناء الدوران.
يستخدم محرك الفرشاة التبديل الميكانيكي، حيث تظل الأقطاب المغناطيسية ثابتة بينما يدور الملف.
أثناء التشغيل، يدور الملف ومبدل التيار، بينما يظل الفولاذ المغناطيسي وفرشاة الكربون ثابتين. يتيح دوران المبدل والفرشاة مع المحرك إتمام التغيير المتناوب لاتجاه تيار الملف.
في محرك الفرشاة، تتضمن هذه العملية ترتيب طرفي مدخل الطاقة لكل مجموعة من الملفات في حلقة. يتم فصل طرفي مدخل الطاقة عن بعضهما البعض بواسطة مواد عازلة وتشكيلهما في أسطوانة متصلة بعمود المحرك.
يتم استخدام عمود صغير مصنوع من عنصرين من الكربون (فرشاة كربون) لتمرير مصدر الطاقة. تتحرك الفرشاة الكربونية من موضعين ثابتين محددين تحت تأثير ضغط الزنبرك. يتم تنشيط مجموعة من الملفات عن طريق الضغط على النقطتين الموجودتين على أسطوانة حلقة إدخال طاقة الملف العلوي.
أثناء دوران المحرك، يتم تنشيط ملفات مختلفة أو أقطاب مختلفة من نفس الملف في أوقات مختلفة. وهذا يخلق فرق زاوية مناسب بين القطب N-S للمجال المغناطيسي الذي يولده الملف والقطب N-S لأقرب قطب مغناطيسي دائم للجزء الثابت للمغناطيس الدائم. يتجاذب المجال المغناطيسي ويتنافر، مما يولد قوة ويدفع المحرك للدوران.
تنزلق الفرشاة الكربونية على موصل الملف، على غرار الفرشاة على سطح الجسم، ومن هنا جاء مصطلح "فرشاة" الكربون. ومع ذلك، فإن الانزلاق بينهما يسبب الاحتكاك والفقدان، مما يستلزم استبدال فرشاة الكربون بانتظام.
وعلاوة على ذلك، فإن التبديل بين فرشاة الكربون وموصل الملف يولد شرارات كهربائية، وينتج عنه انقطاع كهرومغناطيسي، ويتداخل مع المعدات الإلكترونية.
في المحرك بدون فرش، يتم التبديل بواسطة دائرة التحكم داخل وحدة التحكم. وعادةً ما يتضمن ذلك مستشعر هول ووحدة تحكم، على الرغم من أنه يمكن أيضًا استخدام تقنية أكثر تقدمًا مثل المشفر المغناطيسي.
يستخدم المحرك بدون فرش تبديل إلكتروني، حيث يبقى الملف ثابتاً بينما يدور القطب المغناطيسي.
للكشف عن موضع القطب المغناطيسي للمغناطيس الدائم، يستخدم المحرك بدون فرش مجموعة من المعدات الإلكترونية التي تتضمن عنصر القاعة.
وبناءً على هذا الاكتشاف، تقوم الدائرة الإلكترونية بتبديل اتجاه التيار في الملف في الوقت المناسب لضمان أن يولد المحرك قوة مغناطيسية في الاتجاه الصحيح لدفعه.
يتم التخلص من عيوب محرك الفرشاة في المحرك بدون فرش.
تُعرف هذه الدوائر بوحدات التحكم في المحركات.
يمكن لوحدة التحكم في المحرك بدون فرش أيضًا تحقيق العديد من الوظائف التي لا يستطيع محرك الفرشاة تحقيقها، مثل ضبط زاوية تبديل الطاقة، والكبح، والعكس، والقفل، وإيقاف إمداد الطاقة للمحرك باستخدام إشارة الكبح. يستفيد قفل الإنذار الإلكتروني للسيارات ذات البطارية استفادة كاملة من هذه الوظائف.
يعد محرك التيار المستمر بدون فرشات، الذي يتكون من جسم محرك ومحرك، منتج ميكاترونيك قياسي.
ونظرًا لأن محرك التيار المستمر بدون فرش يعمل في وضع التحكم الذاتي، فإنه لا يتطلب لف بدء التشغيل على الدوار، مثل المحرك المتزامن الذي يبدأ تحت حمل ثقيل مع تنظيم سرعة التردد المتغير. كما أنه لا ينتج تذبذبًا أو يصبح خارج نطاق التردد عند حدوث تغيير مفاجئ في الحمل.
في وقت مبكر من القرن التاسع عشر عندما تم تطوير المحرك لأول مرة، كان المحرك العملي بدون فرش. يشير هذا إلى المحرك غير المتزامن على شكل قفص سنجابي متردد الذي أصبح يستخدم على نطاق واسع بعد توليد التيار المتردد.
ومع ذلك، يحتوي المحرك غير المتزامن على العديد من العيوب التي لا يمكن التغلب عليها، مما أعاق تطوير تكنولوجيا المحركات. وعلى وجه الخصوص، لم يكن محرك التيار المستمر بدون فرش متاحًا تجاريًا لفترة طويلة. ولم يصبح متاحًا للتشغيل التجاري إلا في السنوات الأخيرة، مع التقدم السريع للتكنولوجيا الإلكترونية.
ومع ذلك، لا يزال محرك التيار المستمر بدون فرش ينتمي إلى فئة محركات التيار المتردد.
بعد فترة وجيزة من اختراع المحرك بدون فرش، تم تطوير محرك التيار المستمر بدون فرش. يحظى محرك التيار المستمر بدون فرش بشعبية كبيرة بسبب آليته البسيطة، وسهولة إنتاجه ومعالجته، وصيانته المريحة، وسهولة التحكم فيه.
يتميز محرك التيار المستمر أيضًا بخصائص مثل الاستجابة السريعة، وعزم الدوران الكبير عند بدء التشغيل، والقدرة على توفير عزم الدوران المقدر من السرعة صفر إلى السرعة المقدرة. ونتيجة لذلك، أصبح يستخدم على نطاق واسع بمجرد طرحه.
يتميز محرك فرشاة التيار المستمر بالعديد من المزايا، بما في ذلك الاستجابة السريعة لبدء التشغيل، وعزم دوران كبير لبدء التشغيل، وتغيير السرعة المستقر، والحد الأدنى من الاهتزاز من الصفر إلى السرعة القصوى، والقدرة على قيادة أحمال أكبر أثناء بدء التشغيل.
من ناحية أخرى، فإن المحرك بدون فرش له بعض العيوب مثل مقاومة بدء التشغيل العالية (المفاعلة الاستقرائية)، مما يؤدي إلى عامل طاقة منخفض وعزم دوران صغير نسبيًا في بدء التشغيل. كما أنه ينتج صوت طنين أثناء التشغيل واهتزازات قوية، ويمكنه فقط دفع الأحمال الصغيرة أثناء التشغيل.
يتم تنظيم محرك الفرشاة عن طريق الجهد، مما يضمن التشغيل المستقر لبدء التشغيل والكبح والتشغيل بسرعة ثابتة.
من ناحية أخرى، يتم التحكم في المحركات بدون فرش عادةً عن طريق تحويل التردد الرقمي. تتضمن هذه العملية تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر، ثم العودة إلى تيار متردد، واستخدام تغييرات التردد للتحكم في السرعة.
ونتيجة لذلك، قد تواجه المحركات بدون فرش أداءً غير مستقر واهتزازًا كبيرًا أثناء التشغيل والكبح. ولا تصبح مستقرة إلا عند التشغيل بسرعة ثابتة.
عادةً ما يتم دمج محرك التيار المستمر بدون فرش مع مخفض وفك ترميز لزيادة طاقة خرج المحرك وتحسين دقة التحكم.
وبفضل دقة التحكم التي يمكن أن تصل إلى 0.01 مم، يمكن للمحرك إيقاف الأجزاء المتحركة عند أي موضع مطلوب تقريبًا.
تتحكم محركات التيار المستمر في جميع أدوات الماكينات الدقيقة.
ومع ذلك، فإن المحرك بدون فرش غير مستقر أثناء التشغيل والكبح، وستتوقف الأجزاء المتحركة في مواضع مختلفة في كل مرة.
لتحقيق الموضع المطلوب، يجب استخدام مسمار تحديد الموقع أو السدادة.
يُستخدم محرك فرشاة التيار المستمر على نطاق واسع بسبب هيكله البسيط، وتكلفة الإنتاج المنخفضة، والعدد الكبير من الشركات المصنعة، والتكنولوجيا الناضجة. يتم استخدامه بشكل شائع في المصانع وأدوات ماكينات المعالجة والأدوات الدقيقة والتطبيقات الأخرى.
في حالة تعطل المحرك، يكفي ببساطة استبدال فرشاة الكربون. لا تكلف كل فرشاة كربون سوى بضعة يوانات، مما يجعلها حلاً ميسور التكلفة.
من ناحية أخرى، لا تزال تكنولوجيا المحركات بدون فرش غير ناضجة بعد، وسعرها مرتفع، ونطاق تطبيقاتها محدود. وهي الأنسب للمعدات ذات السرعة الثابتة مثل مكيفات الهواء والثلاجات ذات التردد المتغير. في حالة تلف المحرك بدون فرش، يمكن استبداله فقط.
يستغني المحرك بدون فرش عن الحاجة إلى الفرش، مما يؤدي إلى تغيير كبير: لا تتولد شرارة كهربائية أثناء تشغيله. وهذا له تأثير مباشر على الحد من التداخل الذي تسببه الشرارات الكهربائية لمعدات الراديو للتحكم عن بُعد.
يعمل المحرك بدون فرش بدون فرش، مما يؤدي إلى تقليل الاحتكاك بشكل كبير وتشغيل أكثر سلاسة ومستويات ضوضاء أقل بكثير. تساهم هذه المزايا بشكل كبير في الاستقرار التشغيلي للنموذج.
نظرًا لأن المحرك بدون فرش يعمل بدون فرش، فإن المصدر الرئيسي للتآكل والتلف يكون على المحمل. ومن منظور ميكانيكي، فإن المحركات بدون فرش لا تحتاج إلى صيانة تقريباً. وعند الحاجة، فإن الصيانة البسيطة لإزالة الغبار هي كل ما يلزم.
يتم التحكم في المحركين من خلال تنظيم الجهد. تستخدم محركات التيار المستمر بدون فرش تبديل إلكتروني ويمكن تحقيقه من خلال التحكم الرقمي، في حين يمكن استخدام الدوائر التناظرية التقليدية مثل الثايرستور للتبديل من خلال فرشاة الكربون في محركات التيار المستمر ذات الفرشاة، مما يجعل الأمر بسيطًا نسبيًا.
1. تتضمن عملية تنظيم سرعة محرك الفرشاة ضبط جهد إمداد الطاقة للمحرك. يتم تحويل الجهد المعدل والتيار المعدل من خلال المبدل والفرشاة لتغيير قوة المجال المغناطيسي الذي يولده القطب، وبالتالي تغيير السرعة. تُعرف هذه العملية باسم تنظيم سرعة الجهد المتغير.
2. في المقابل، تنطوي عملية تنظيم سرعة المحرك بدون فرش على الحفاظ على جهد مصدر طاقة المحرك دون تغيير مع تغيير إشارة التحكم في التنظيم الكهربائي. يتم تغيير معدل تبديل ترانزستور MOS عالي الطاقة بواسطة معالج دقيق لتغيير السرعة. وتسمى هذه العملية تنظيم سرعة التردد المتغير.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO