المواضيع:
- مقدمة
- مبدأ عمل المحركات الكهربائية
- محرك كهربائي بتيار مستمر مزود بفرش كربون
- محرك كهربائي بتيار مستمر بدون فرش كربون
مقدمة:
نجد المحركات الكهربائية في أماكن أكثر وأكثر في السيارة. في المحرك الكهربائي، يتحول التيار الكهربائي إلى حركة وحرارة. نجد محركًا كهربائيًا في المرآة وتعديل المقعد، ولكن أيضًا كمحرك ممسحة الزجاج الأمامي على آلية ممسحة الزجاج الأمامي أو كمحرك بداية. تعمل هذه المحركات الكهربائية بجهد 12 إلى 14 فولت. في هذه الصفحة نقتصر على المحركات الكهربائية في الداخل والخارج.
توفر المحركات الكهربائية أيضًا الدفع الكهربائي (جزئيًا) في السيارات الهجينة والكهربائية بالكامل. تمت مناقشة هذا النوع من المحركات الكهربائية في الصفحة: المحركات الكهربائية ذات الجهد العالي.
يمكننا تقسيم المحركات الكهربائية التي تعمل بالتيار المستمر إلى:
- محرك كهربائي مزود بفرش كربون (المجال الكهرومغناطيسي والمحرك)
- المحركات الكهربائية المتسلسلة؛
- المحركات الكهربائية المتوازية
- محركات كهربائية بدون فرش.
مبدأ تشغيل المحركات الكهربائية:
في المحرك الكهربائي، يتم تحويل التيار الكهربائي إلى حركة دوارة. تحدث الحركة نتيجة لجذب أو تنافر قطبين مغناطيسيين:
- القطب الشمالي والقطب الجنوبي يجذبان بعضهما البعض.
- القطبان الشماليان يتنافران؛
- القطبان الجنوبيان يتنافران.
المغناطيس له قطبان شمالي وجنوبي بشحنتين متعاكستين. عندما ينكسر هذا المغناطيس إلى نصفين، لن يصبح لديك فجأة قطبين منفصلين، بل مغناطيسين جديدين، لكل منهما قطب شمالي وقطب جنوبي.
يتم تثبيت أقطاب مغناطيسية متعددة (شمال وجنوب) على السكن. هناك مجال مغناطيسي بين القطبين الشمالي والجنوبي. يدور عمود الخرج (عضو الإنتاج) بسبب التغيرات في المجال المغناطيسي.
في المحرك الكهربائي، يتم وضع قطبين لهما نفس الاسم باستمرار مقابل بعضهما البعض باستخدام (عادة) مغناطيس دائم، أو مغناطيس كهربائي. ولأن القطبين اللذين يحملان نفس الاسم يتنافران، يتم إنشاء الحركة.
محرك كهربائي بتيار مستمر مع فرش كربون:
تم تصميم جميع المحركات الكهربائية تقريبًا في تكنولوجيا السيارات كمحركات تعمل بالتيار المستمر بمغناطيس دائم وفرش كربون. وفي هذا النوع من المحركات الكهربائية نجد المغناطيسات التالية:
- المغناطيس الدائم (قطب شمالي وقطب جنوبي واحد): يوجد بينهما مجال مغناطيسي ثابت؛
- الملفات: يتم توليد مجال كهرومغناطيسي فيها. يتم إنشاء المجال الكهرومغناطيسي الدوار في الملفات.
يقع المغناطيس الدائم على يسار ويمين الجزء الدوار ويتكون من قطب شمالي وقطب جنوبي واحد. يوجد بين هذا القطب الشمالي والجنوبي مجال مغناطيسي ثابت لا يتغير عندما يكون المحرك الكهربائي قيد التشغيل أو ساكنًا.
يتم إنشاء مجال كهرومغناطيسي دوار في الملفات بمجرد تدفق التيار من خلالها. يتم توفير التيار وإزالته بواسطة فرش الكربون عبر العاكس.
يتم عكس اتجاه التيار عن طريق التبديل: يتم سحب فرشتين من الكربون فوق المبدل، الذي يتكون من جانب زائد وجانب ناقص. تحمل فرشاة الكربون الموجودة على الجانب الإيجابي التيار إلى الموصل (الأسهم الخضراء في الشكل). يترك التيار الموصل عبر فرشاة الكربون على الجانب السلبي. يخلق التيار المتدفق عبر الموصل مجالًا كهرومغناطيسيًا.
يتم إنشاء قوة بين المغناطيسية الناتجة في عضو الإنتاج (الموصل) والمجال (المغناطيس الدائم) (الأسهم الحمراء في الصورة). تتسبب هذه القوة في دوران عضو الإنتاج والمبدل حول محورهما. ثم تضرب فرش الكربون الجزء الآخر من جهاز العاكس، مما يعكس اتجاه التيار في عضو الإنتاج. يتم بناء المجال المغناطيسي والقوة في نفس الاتجاه، بحيث يدور عضو الإنتاج حول محوره مرة أخرى.
يمكننا تغيير اتجاه دوران المحرك الكهربائي (اقرأ: عضو الإنتاج) عن طريق عكس زائد وناقص فرش الكربون.
يمكن تحقيق تبادل الموجب والسالب عن طريق جسر H.
- تتحكم وحدة التحكم الإلكترونية (1) في نفس الوقت في اثنين من الترانزستورات الأربعة أو FETs (4)؛
- تعطي FETs (2) المحرك الكهربائي (3) علامة زائد وأرضية. اعتمادًا على نوعي FETs قيد التشغيل، تكون فرشاة الكربون العلوية موجبة والجزء السفلي مطحونًا، أو العكس؛
- يسجل مقياس الجهد الموجود بجوار المحرك الكهربائي موضع واتجاه الدوران. ليست كل المحركات الكهربائية مجهزة بمقياس الجهد.
انظر الصفحة جسر H للتصميمات الممكنة وطرق التبديل للجسر H.
محرك كهربائي بتيار مستمر بدون فرش كربون:
محرك التيار المباشر بدون فرش (DC) هو محرك متزامن. لقد حل التحكم الكهربائي محل فرش الكربون. هذا النوع من المحركات الكهربائية يشبه إلى حد كبير محرك التيار المتردد المتزامن ذو المغناطيس الدائم، كما هو مستخدم في مجموعة نقل الحركة للسيارات الكهربائية. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين المحركين في التحكم: يتم التحكم في محرك التيار المتردد بجهد متناوب جيبي معدل ومحرك التيار المستمر بجهد موجة مربعة.
غالبًا ما يحتوي الجزء الثابت على ثلاث أو ستة ملفات (U، V، W) والدوار عبارة عن مغناطيس دائم. توضح الصورة أدناه الهيكل التخطيطي لمحرك التيار المستمر مع تقدم الجهد عبر الملفات الثلاثة. في الواقع، يتم تركيب عدة مستشعرات Hall بين القطبين لتحديد موضع الدوار.
تحدد وحدة التحكم الملفات التي يجب التحكم فيها بناءً على موضع الدوار.
في الصورة التالية يتم تنشيط ملف U+. إن الطريقة التي يتم بها لف الملف حول القطب تحدد ما إذا كان سيكون قطبًا شماليًا أم جنوبيًا. في هذا المثال، U+ هو القطب الشمالي وU- هو القطب الجنوبي.
تم تصميم الدوار كمغناطيس دائم. كما هو موضح في الفقرات السابقة، فإن موضع الدوار أو دورانه نتيجة لتغير المجال المغناطيسي خلال الملفات.
لتدوير الدوار عكس اتجاه عقارب الساعة من الموضع الموضح في الشكل السابق، يتم تنشيط الملفات على شكل حرف V.
يصبح V+ القطب الشمالي، V- القطب الجنوبي. يدور دوار المغناطيس الدائم؛
يجذب القطبان الشمالي والجنوبي بعضهما البعض، كما يفعل القطبان الجنوبي والشمالي على الجانب الآخر من المغناطيس.
الآن يتم تنشيط ملفات W لتدوير الدوار بمقدار 60 درجة أخرى.
يصبح الملف W+ قطبًا شماليًا وW- القطب الجنوبي. يدور الدوار ويأخذ موقعه الجديد.
تم تدوير الدوار في الصورة التالية بمقدار 180 درجة منذ الوضع الأول؛ في الصورة الأولى كان القطب الجنوبي يشير إلى الأعلى؛ الآن هذا هو القطب الشمالي.
يتم عكس قطبية الملف U+ والملف U، مما يتسبب في تدفق التيار عبر الملفين في الاتجاه المعاكس. وهذا يجعل U+ قطبًا جنوبيًا وU- قطبًا شماليًا.
يتم تدوير الجزء المتحرك ذو المغناطيس الدائم بشكل أكبر بسبب التغير في المجال المغناطيسي.
لتدوير الجزء المتحرك بمقدار 60 درجة مرة أخرى، يصبح V- قطبًا شماليًا وV+ قطبًا جنوبيًا. يأخذ الدوار الموضع الجديد.
مرة أخرى يدور الجزء المتحرك بزاوية 60 درجة نتيجة لتغير المجال المغناطيسي في الملفات:
الملف W هو القطب الشمالي والملف W+ هو القطب الجنوبي.
في الحالات الستة الموضحة أعلاه، يتم تغذية ملفين باستمرار في نفس الوقت. غالبًا ما نجد أيضًا محركات DC بدون فرش بثلاثة ملفات بدلاً من ستة. مع ثلاث ملفات، يتم أيضًا تنشيط ملفات U وV وW واحدة تلو الأخرى، ولكن لا يوجد أي تغيير في القطبية.
يعد محرك DC بدون فرش محركًا قويًا مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب عزم دوران عاليًا لكل من بدء التشغيل والسرعة المتوسطة والسرعة العالية. غالبًا ما يتم الخلط بين محرك DC بدون فرش ومحرك السائر. هذا ليس مفاجئًا، لأن تشغيل المحركات والتحكم فيها متشابهان كثيرًا: يتم تشغيل كلا المحركين عن طريق إنشاء مجال مغناطيسي بين الملفات والدوار بمغناطيس دائم. ومع ذلك، بالإضافة إلى المصطلحات، فإن كلا المحركين لديهما اختلافات كبيرة، خاصة في التطبيق وبالتالي في اختيار المواد.
محرك السائر هو في الأساس محرك DC بدون فرش، ولكن يتم تطبيقه في مجال مختلف. في حين أن محرك التيار المستمر يستخدم بشكل أساسي للتشغيل طويل المدى بسرعات عالية، فإننا نرى المحرك السائر في التطبيقات التي يكون فيها التعديل في الموضع الدقيق هو الأكثر أهمية.
يتم التحكم في محرك DC الموضح كل دورة 60 درجة للدوار. من الممكن أن يتم تقليل هذا إلى 30 درجة إذا قمنا بتنشيط أربعة ملفات في وقت واحد بين كل عنصر تحكم، وبالتالي الحصول على موضع متوسط. ومع ذلك، فإن محرك السائر قادر على ضبط الزيادات من 1,8 درجة إلى 0,9 درجة. وهذا يوضح أيضًا أن محرك السائر مناسب للمواضع الدقيقة للغاية.
يمكن العثور على الإصدارات المختلفة وطرق التحكم بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية والتطبيقات على الصفحة السائر المحركات.
