نظرًا لفعاليتها وموثوقيتها وقدرتها على التكيف مع مجموعة واسعة من التطبيقات، فقد اكتسبت محركات التيار المستمر بدون فرش (BLDC) شعبية متزايدة. يعتمد أداء وتشغيل محرك التيار المستمر بدون فرش بشكل كبير على عدد المراحل التي يستخدمها. ستقارن هذه المقالة بشكل شامل بين محركات التيار المستمر بدون فرش ثلاثية الطور ومزدوجة الطور ومفردة الطور، مع التركيز على مبادئ عملها ومزاياها وعيوبها وتطبيقاتها النموذجية. بالإضافة إلى ذلك، سنقوم بتضمين مخططات بيانات لتصور أدائها واستخدامها بشكل أفضل.

نظرة عامة على محركات التيار المستمر بدون فرش

يقوم مصدر التيار المستمر بتشغيل محركات التيار المستمر بدون فرشاة المتزامنة من خلال وحدة تحكم إلكترونية. لا تتطلب محركات التيار المستمر بدون فرشاة فرشًا للتبديل. بدلاً من ذلك، تستخدم التبديل الكهربائي، مما يحسن الكفاءة ويقلل من التآكل والتلف.

تتضمن الخصائص الرئيسية لمحركات التيار المستمر بدون فرشاة ما يلي:

• كثافة طاقة عالية
• عمر افتراضي طويل
• متطلبات صيانة منخفضة
• كفاءة عالية

يؤثر عدد المراحل في محرك BLDC على كيفية توليد المجالات المغناطيسية وكيفية توصيل عزم الدوران، مما يؤدي إلى اختلافات في خصائص الأداء.

محركات BLDC أحادية الطور

الهيكل ومبدأ العمل

تتميز محركات BLDC أحادية الطور بتصميم أبسط مع لفافة واحدة في الجزء الثابت. يتفاعل شكل موجة التيار المتناوب الذي ينتجه المتحكم الإلكتروني مع المغناطيسات الدائمة للدوار لإنتاج الحركة. تعتمد هذه المحركات عادةً على آليات إضافية، مثل ملفات البدء، لبدء الدوران نظرًا لأن الطور الواحد لا يمكنه إنتاج مجال مغناطيسي دوار بشكل مستقل.

التطبيقات:

• المراوح
• المضخات الصغيرة
• الأجهزة المنزلية

محركات BLDC ثنائية الطور

البنية ومبدأ العمل

تستخدم محركات التيار المستمر بدون فرشاة ثنائية الطور مجموعتين من لفات الجزء الثابت المتباعدة بمقدار 90 درجة. لإنتاج مجال مغناطيسي دوار، يقوم المتحكم بتبديل التيار بين هاتين اللفتين. تقدم هذه المحركات حلاً وسطًا بين بساطة الطور الواحد والأداء ثلاثي الطور.

التطبيقات:

• الروبوتات
• أجهزة دقيقة صغيرة
• معدات صناعية منخفضة الطاقة

محركات BLDC ثلاثية الطور

البنية ومبدأ العمل

تتميز محركات BLDC ثلاثية الطور بثلاثة لفات ثابتة متباعدة بمقدار 120 درجة. توفر وحدة التحكم الإلكترونية تيارًا متناوبًا ثلاثي الطور لإنشاء مجال مغناطيسي دوار سلس ومستمر. يسمح هذا التصميم بأداء ودقة عالية.

التطبيقات:

• المركبات الكهربائية (EVs)
• أنظمة الطيران والفضاء
• الأتمتة الصناعية
• المعدات الطبية

مقارنة بين محركات BLDC ثلاثية الطور ومزدوجة الطور ومفردة الطور

يتم توضيح الاختلافات الرئيسية بين الأنواع الثلاثة من محركات BLDC في الجدول أدناه:

الميزة	أحادي الطور	ثنائي الطور	ثلاثي الطور
الكفاءة	منخفضة	متوسطة	عالية
تموج العزم	عالي	متوسط	منخفض
التكلفة	منخفضة	متوسطة	عالية
التعقيد	بسيط	متوسط	معقد
التطبيقات	الأجهزة المنزلية	الروبوتات، الأجهزة الصغيرة	المركبات الكهربائية، الأنظمة الصناعية
آلية البدء	يتطلب ملف بدء	بدء مباشر	بدء مباشر
كثافة الطاقة	منخفضة	متوسطة	عالية
الضوضاء والاهتزاز	عالي	متوسط	منخفض

مقارنة الكفاءة

تتميز محركات التيار المستمر بدون فرشاة (BLDC) بكفاءة عالية وتنوع. تعتمد كفاءة محركات BLDC ثلاثية الطور ومزدوجة الطور ومفردة الطور على التطبيق وظروف التشغيل.

• محركات BLDC ثلاثية الطور: وهي الأكثر كفاءة بسبب توصيل الطاقة المتوازن والتشغيل السلس وتموج عزم الدوران المنخفض. يوفر تصميمها القوي أداءً ممتازًا في التطبيقات عالية الطاقة وعالية السرعة، مثل الأتمتة الصناعية والمركبات الكهربائية.
• محركات BLDC ثنائية الطور: المحركات ثنائية الطور أقل كفاءة من المحركات ثلاثية الطور لأنها تنتج تموج عزم دوران أعلى وتتطلب إلكترونيات قيادة أكثر تعقيدًا لتحقيق أداء سلس. ومع ذلك، فهي فعالة من حيث التكلفة ومناسبة للتطبيقات التي تتطلب دقة وكفاءة معتدلة، مثل الأجهزة الصغيرة.
• محركات BLDC أحادية الطور: وهي الأقل كفاءة بين الثلاثة بسبب تموج عزم الدوران الكبير وتوزيع الطاقة غير المتساوي. وهي أبسط في البناء ومثالية للتطبيقات منخفضة الطاقة ومنخفضة التكلفة مثل المراوح والمضخات، حيث تكون الكفاءة العالية أقل أهمية.

مقارنة تموج عزم الدوران

تعتبر تموجات عزم الدوران عامل أداء بالغ الأهمية في محركات التيار المستمر بدون فرشاة (BLDC)، حيث تؤثر على الكفاءة والضوضاء والاهتزاز. وتنشأ بسبب الاختلافات في إنتاج عزم الدوران أثناء دوران الدوار، والتي تنجم في المقام الأول عن EMF الخلفي غير الجيبية، وأحداث التبديل، والتصميم المغناطيسي.

• محركات التيار المستمر بدون فرشاة ثنائية الطور: تموج عزم الدوران أعلى في المحركات ثنائية الطور مقارنة بالمحركات ثلاثية الطور بسبب عدم وجود مراحل متداخلة لتوليد عزم الدوران. ويؤدي هذا إلى توصيل طاقة غير متساوٍ، مما يؤدي إلى المزيد من الاهتزازات والضوضاء. ومع ذلك، فإن هذه المحركات أبسط وأرخص، وغالبًا ما تستخدم في التطبيقات الحساسة للتكلفة.
• محركات BLDC أحادية الطور: تتمتع المحركات أحادية الطور بأعلى تموج لعزم الدوران لأن طورًا واحدًا فقط يساهم في عزم الدوران في كل مرة. تتسبب الطبيعة المتقطعة لتوليد عزم الدوران في حدوث نبضات واضحة، مما يؤدي إلى اهتزاز وضوضاء كبيرين. ومع ذلك، فهي صغيرة ومناسبة للتطبيقات منخفضة الطاقة حيث يكون الحجم والتكلفة من الاعتبارات الحاسمة.

الرسم البياني: تموج عزم الدوران مقابل الكفاءة

اختيار المحرك المناسب

يعتمد اختيار النوع المناسب من محرك BLDC لتطبيقك على أولوياتك من حيث الأداء والكفاءة والتكلفة والتحكم.

• التطبيقات الموجهة نحو الأداء: إذا كنت بحاجة إلى محرك لتطبيق يتطلب أداءً عاليًا وعزم دوران سلسًا وكفاءة عالية – مثل المركبات الكهربائية أو الروبوتات الصناعية – فإن محرك BLDC ثلاثي الطور هو الخيار الأمثل.

   

• أداء معتدل بتكلفة أقل: بالنسبة للتطبيقات حيث تكون متطلبات الأداء معتدلة، ولكن التكلفة والبساطة أكثر أهمية، قد يكون محرك BLDC ثنائي الطور خيارًا جيدًا. إنه مناسب للمراوح أو الأدوات الصغيرة حيث يكون تموج عزم الدوران مقبولاً.

   

• حلول بسيطة فعالة من حيث التكلفة: بالنسبة للأجهزة الصغيرة حيث التكلفة هي العامل الأساسي، والقيود على الأداء مقبولة، فإن محركات BLDC أحادية الطور هي الخيار الأفضل. هذه المحركات سهلة التحكم وغير مكلفة ومناسبة للتطبيقات غير الحرجة.

عند مقارنة محركات التيار المستمر عديمة الفرشاة ثلاثية الطور ومزدوجة الطور ومفردة الطور، يعتمد الاختيار على احتياجات التطبيق. تعد محركات التيار المستمر عديمة الفرشاة ثلاثية الطور مثالية للتطبيقات عالية الأداء نظرًا للتشغيل الأكثر سلاسة والكفاءة الأفضل. توفر المحركات ثنائية الطور تصميمًا أبسط ولكنها قد تؤدي إلى المزيد من الاهتزاز، وهي مناسبة للتطبيقات الحساسة للتكلفة. توفر المحركات أحادية الطور، على الرغم من كونها صغيرة الحجم وبأسعار معقولة، كفاءة وعزم دوران أقل، مما يجعلها الأفضل للمهام منخفضة الطاقة. بالنسبة للمشترين الذين يبحثون عن خيارات بالجملة، توفر محركات التيار المستمر عديمة الفرشاة بالجملة حلولاً فعالة من حيث التكلفة ومصممة خصيصًا لمتطلبات الأداء المتنوعة، مما يضمن نوع المحرك المناسب لمختلف الاستخدامات الصناعية أو التجارية.