كيفية التحكم في BLDC

هيكل المحركات عديمة الفرشاة
أولاً، لنُقدّم بعض المفاهيم. عدد الفتحات N وعدد الأقطاب P في المحرك عديم الفرش. يشير عدد الفتحات N إلى عدد أقطاب المغناطيس الكهربائي على الجزء الثابت، بينما يشير عدد الأقطاب P إلى عدد الأقطاب المغناطيسية على الجزء الدوار. أبسط محرك ذي هيكل 3N2P هو محرك عديم الفرش بثلاثة أقطاب ملف على الجزء الثابت وقطبين مغناطيسيين على الجزء الدوار. الرسم التخطيطي لهيكل الجزء الثابت لمحرك 3N2P عديم الفرش هو كما يلي:

يحتوي الجزء الثابت على ثلاث مجموعات من الملفات: A، B، وC. أحد طرفي الملفات الثلاثة متصل بنقطة مشتركة، بينما يخرج الطرف الآخر ثلاثة أسلاك A، B، وC. ضع مغناطيسًا كدوار في المنتصف، وسيتشكل أبسط هيكل لمحرك بدون فرش، كما هو موضح أدناه:
بالطبع، هذا أبسط محرك ثنائي القطب بثلاث فتحات. في المحركات الشائعة، تزيد عدد الفتحات والأقطاب لزيادة سلاسة الدوران وزيادة عزم الدوران. يمكن توصيل الملفات بشكل نجمي أو مثلثي. وفي الوقت نفسه، ووفقًا للهيكل الميكانيكي، سواء كان الدوار داخل المحرك أو خارجه، يمكن تقسيمه إلى محركات دوار خارجي ومحركات دوار داخلي.

مبدأ تشغيل المحركات عديمة الفرشاة
بعد فهم بنية المحرك عديم الفرش، كيف يدور؟ لنأخذ أبسط محرك عديم الفرش 3N2P كمثال. لنفترض في البداية أننا وصلنا مصدر الطاقة الموجب بالطرف a، ومصدر الطاقة السالب بالطرف b، وتركنا الطرف c معلقًا. بعد ذلك، يتجه المجال المغناطيسي الناتج عن الملف A إلى أعلى اليسار، ويتجه المجال المغناطيسي الناتج عن الملف B إلى أعلى، ويتجه المجموع المتجهي للمجالات المغناطيسية إلى أعلى اليسار. تحت تأثير المجالين المغناطيسيين للملفين A وB، يدور مغناطيس الدوار في الاتجاه الموضح في الشكل.
في اللحظة التالية، نوصل مصدر الطاقة الموجب بالطرف ج، ومصدر الطاقة السالب بالطرف ب، ونترك الطرف أ معلقًا. بعد ذلك، يُوجَّه مجموع متجهات المجالات المغناطيسية إلى أعلى اليمين، ويدور مغناطيس الدوار من الموضع ١ في الشكل التالي إلى الموضع ٢.
وبالمثل، في التسلسل التالي لـ c+a-، a-b+، b+c-، c-a+، a+b-، b-c+ لمصدر الطاقة، يمكن لمغناطيس الدوار الدوران دائريًا. بعد كل 6 دورات تيار، يدور الدوار دورة واحدة. ونظرًا لأن الملفات الثلاثة متباعدة بزاوية 120 درجة، فليس من الصعب استنتاج أنه عند توصيل ملفين في وقت واحد، يكون عزم الدوران √3 أضعاف عزم ملف واحد.
في طريقة التشغيل المذكورة أعلاه، يتم توصيل ملفين في كل مرة، ولذلك يُسمى وضع التشغيل "توصيل اثنين-اثنين". وهناك أيضًا وضع تشغيل يتم فيه توصيل ثلاثة ملفات في وقت واحد، ويُسمى وضع التشغيل "توصيل ثلاثة-ثلاثة". على سبيل المثال، عندما يكون الجهد المطبق في حالة a+bc-، ولأن جميع الملفات الثلاثة ستولد مجالات مغناطيسية، يدور مغناطيس الجزء الثابت إلى الوضع الموضح في الشكل التالي (القطب الشمالي مُقابل للملف A مباشرةً):
علاوة على ذلك، بما أن التيار في الملف A يساوي مجموع التيارات في الملفين B وC، فإن عزم الدوران الكلي يساوي 1.5 ضعف عزم دوران الملف A. ليس من الصعب تحليل أن وضع التشغيل "ثلاثي التوصيل" يتطلب أيضًا 6 خطوات لإكمال دورة واحدة. إذا تحكمنا في جهد الملف بالتسلسل وفقًا لـ a+bc-، a+b-c+، ab-c+، a-b+c+، a-b+c+، a-b+c-، a+b+c-، يمكن للجزء الثابت أيضًا الدوران.

دائرة قيادة المحركات عديمة الفرشاة
سبق أن حللنا كيفية تدوير محرك ثلاثي الطور بدون فرش. يتطلب هذا، في جوهره، تطبيق جهد موجب وسالب على نقاط توصيل الملفات الثلاثة على التوالي. بشكل عام، يمكن استخدام دائرة جسر كامل ثلاثية الطور بستة أذرع لتحقيق ذلك:
على سبيل المثال، في الشكل أعلاه، إذا شُغّلت Q1 وQ4 ولم تُشغّل البقية، فسيتدفق التيار من Q1 عبر ملف الطور U، ثم من ملف الطور V إلى Q4. وبهذه الطريقة، يُنشّط ملف واحد. وبالمثل، بتشغيل Q5Q4، Q5Q2، Q3Q2، Q3Q6، وQ1Q6 بالتتابع، يكتمل وضع التشغيل ذي الست خطوات "التوصيل الثنائي". وبالمثل، يمكن للجسر الكامل ثلاثي الأطوار أيضًا تحقيق وضع التحكم "التوصيل الثلاثي".
دائرة الجسر الكامل المذكورة أعلاه هي مجرد مقدمة نظرية. في التطبيقات العملية، أثناء التحكم، يجب عدم تشغيل ترانزستوري MOS العلوي والسفلي لنفس ذراع الجسر في آنٍ واحد، وإلا ستحترق الأجهزة. يمكننا أولاً إيقاف تشغيل ترانزستور MOS في ذراع الجسر العلوي، ثم تشغيل ترانزستور MOS في ذراع الجسر السفلي (أو العكس)، مما يتجنب زمن التوصيل المتزامن لترانزستوري MOS العلوي والسفلي. يُطلق على هذا الفارق الزمني عادةً اسم "زمن التوقف". يمكن للعديد من موجات PWM الصادرة عن وحدات التحكم الدقيقة التحكم في حجم زمن التوقف، وهو أمر مناسب لتصميمنا.