رجوع EMF لمحرك BLDC: كيفية حسابه من السرعة وKv والتدفق

يعمل محرك مروحة BLDC بجهد 48 فولت عند 3000 دورة في الدقيقة، ويظهر راسم الذبذبات ذروة 30 فولت من خط إلى خط. يتم تعيين عتبة التقاطع الصفري بدون مستشعر لوحدة التحكم بالقرب من نصف ناقل التيار المستمر. هل سيبدأ المحرك بشكل موثوق، وهل الجهد المقاس هو في الواقع EMF الخلفي؟ تعتمد الإجابة على كيفية تعريف ثابت EMF الخلفي، وما إذا كانت القيمة طورًا أو خطًا إلى خط، وما إذا كانت ذروة أو RMS. يمكن أن يؤدي الحصول على هذه التعريفات الخاطئة إلى تحويل عملية حسابية بسيطة إلى إعداد تحكم خاطئ أو ترتيب محرك غير متطابق.

الإجابة المختصرة هي: احسب EMF من E = كه × ω حيث كه هو ثابت EMF الخلفي و ω هي السرعة الزاوية الميكانيكية. استخدم نفس المرحلة/الخط وأساس الذروة/RMS كالثابت. إذا كان Kv متاحًا فقط، قم بتحويله أولاً. إذا كان المحرك موجودًا بالفعل على الطاولة، قم بقياس شكل الموجة واحسب كه من سرعة معروفة. توضح الأقسام أدناه كل طريقة، وتحويلات الوحدات التي تسبب معظم الأخطاء، وعمليات التحقق التي يجب إجراؤها قبل إصدار أمر الشراء.

الصيغة الأساسية وماذا يعني كل رمز

لحساب التمرير الأول، استخدم النموذج الميكانيكي:

E _{المرحلة، الذروة} = كه _{المرحلة، الذروة} × ω _m

هنا، ص _m هي سرعة العمود بالراديان في الثانية: ω _m = 2ط / 60، مع n في عدد الدورات في الدقيقة. يجب أن يكون Ke في V لكل راد / ث. إذا كانت ورقة البيانات تعطي Ke بوحدة V/kدورة في الدقيقة، أو V/rpm، أو Kv بوحدة rpm/V، فقم بتحويلها قبل الضرب. تعمل نفس المعادلة مع محرك BLDC شبه منحرف وآلة PM جيبية، لكن تفسير شكل الموجة يتغير: بالنسبة للمحركات شبه المنحرفة، استخدم السعة المسطحة؛ بالنسبة للمحركات الجيبية، استخدم الذروة أو RMS باستمرار.

بالنسبة للآلة الجيبية ذات وصلة التدفق المعروفة، يكون الشكل المادي هو:

E _{المرحلة، الذروة} = ع × α _m × ω _m

حيث p هو عدد أزواج القطب و lect _m هي وصلة التدفق القصوى لكل مرحلة في المنعطفات Wb. قيمة مرحلة RMS هي E _{المرحلة، الذروة} / √2. بالنسبة للجهد الجيبي من خط إلى خط، اضرب قيمة RMS للطور بـ √3. بالنسبة للمحرك شبه المنحرف ذو ست خطوات، غالبًا ما تكون القمة المسطحة من الخط إلى الخط قريبة من ضعف قيمة القمة المسطحة للطور، ولكنها تؤكد شكل الموجة لأن العلاقة الدقيقة تعتمد على التبديل وترتيب اللف.

تحويل وحدات Kv وKe وورق البيانات دون أخطاء مكلفة

عادة ما يتم تحديد Kv بوحدة دورة في الدقيقة لكل فولت. بالنسبة لحسابات نمط التيار المستمر بدون تحميل، فإن ثابت EMF الخلفي في V/(rad/s) هو:

كه = 60 / (2π × Kv) = 9.549 / Kv

إذا كانت Kv تساوي 100 rpm/V، فإن Ke تبلغ حوالي 0.0955 V/(rad/s). عند 3000 دورة في الدقيقة، ω _m هي 314.16 راد/ثانية، وبالتالي فإن EMF الخلفي المحسوب يبلغ حوالي 30.0 فولت. إذا حددت ورقة البيانات Kv على أساس خط إلى خط، فإن 30.0 فولت هي قيمة من خط إلى خط. إذا كانت Kv تعتمد على الطور، فهي قيمة الطور. الرقم هو نفسه فقط عندما يكون الأساس هو نفسه.

بالنسبة للمحركات الصناعية، غالبًا ما يتم التعبير عن Ke بوحدة V/krpm. قم بتحويله عن طريق القسمة على 104.72، لأن 1000 دورة في الدقيقة تساوي 104.72 راد/ثانية. وبالتالي فإن Ke 12 V/krpm يساوي 0.1146 V/(rad/s). عند 1500 دورة في الدقيقة، يكون EMF الخلفي 0.1146 × 157.08 = 18.0 فولت على نفس أساس الطور/الخط مثل ورقة البيانات.

أحد مخاطر الشراء الشائعة هو أن المورد يقتبس "Ke = 0.12" بدون وحدات. هل هذا V/rpm، V/(rad/s)، V/krpm، ذروة الطور، أو RMS من خط إلى خط؟ يمكن إخفاء العامل 2 أو √3 في هذا الرقم الفردي. اطلب التعريف كتابيًا، واطلب شكل الموجة وسرعة الاختبار المستخدمة للحصول عليه. إذا كان المحرك مخصصًا للتحكم بدون مستشعر، فاطلب أيضًا EMF الخلفي عند الحد الأدنى لسرعة التشغيل، وليس فقط عند السرعة المقدرة.

الحساب من الأبعاد الفيزيائية وربط التدفق

عندما لا يحتوي النموذج الأولي على ورقة بيانات مفيدة، فإن ربط التدفق هو الطريق الأكثر مباشرة. إذا كان فريق التصميم يعرف وصلة التدفق القصوى لكل مرحلة، فاستخدم E _{المرحلة، الذروة} = ع × α _m × ω _m . على سبيل المثال، ص = 4، α _m = 0.05 Wb-لفة، و n = 1500 دورة في الدقيقة يعطي ω _m = 157.08 راد/ثانية. ذروة الطور الخلفي EMF هي 4 × 0.05 × 157.08 = 31.4 فولت. قيمة الطور RMS هي 22.2 فولت، وقيمة RMS الجيبية من الخط إلى الخط هي 38.5 فولت.

إذا لم يكن رابط التدفق متاحًا ولكن دائرة الملف والدائرة المغناطيسية معروفة، فيمكن بناء الحساب من عدد اللفات لكل مرحلة، وعامل اللف، وتدفق فجوة الهواء لكل قطب، والسرعة. من الناحية العملية، فإن عدم اليقين في كثافة تدفق فجوة الهواء، وعامل تكديس التصفيح، وتأثيرات اللف النهائي كبير بما يكفي بحيث يجب التعامل مع القيمة المحسوبة كتقدير تصميمي. قم بلف العينة، وتدويرها بسرعة آمنة، وقياس شكل الموجة. يعد هذا القياس أيضًا أسرع طريقة للتأكد مما إذا كان شكل الموجة المقصود أقرب إلى الشكل الجيبي أو شبه المنحرف. للحصول على معلومات أساسية عن سلوك التبديل والشكل الموجي، فإن مقالة مبدأ عمل BLDC هو مرجع مفيد.

طريقة القياس: النطاق، والحفر، والدوران الآمن بدون تحميل

على المنضدة، افصل وحدة التحكم وقم بتدوير المحرك باستخدام مثقاب أو مخرطة أو محرك آخر. قم بقياس الجهد من خط إلى خط باستخدام مسبار تفاضلي أو مدخل راسم الذبذبات المعزول. لا تتجاوز تصنيف الوضع الشائع للمسبار، ولا تقم بتوصيل مسبار راسم الذبذبات المؤرض بجسر مباشر ثلاثي الطور. بسرعة معروفة، التقط الشكل الموجي وسجل إما السعة المسطحة أو الذروة الجيبية وقيم RMS، اعتمادًا على نوع المحرك.

احسب Ke من الجهد والسرعة المقاسين: Ke = ه _قياس / ω _m . ثم تحقق من التردد الكهربائي باستخدام f _e = p × n / 60. يجب أن يُظهر المحرك رباعي الأقطاب الذي يدور بسرعة 1200 دورة في الدقيقة ترددًا كهربائيًا قدره 80 هرتز، أو فترة 12.5 مللي ثانية. إذا كان التردد خاطئًا، فتحقق من عدد الأقطاب أو سرعة العمود الفعلية. إذا كانت السعة أقل من المتوقع، تحقق من توهين المسبار، وتوصيل الملف، وما إذا كان القياس طورًا أو خطًا إلى خط.

لإجراء فحص سريع للإنتاج، قم بالدوران بسرعة ثابتة منخفضة، وقم بتسجيل جهد الخط من الذروة إلى الذروة، وقارنه بعينة معروفة جيدة. هذا لا يحل محل اختبار المحرك الكامل، ولكنه يلتقط المنعطفات الخاطئة، والأطوار المعكوسة، ومشاكل المغناطيس قبل أن يصل المحرك إلى خط التجميع. حافظ على سرعة الاختبار أقل بكثير من السرعة القصوى المقدرة واستخدم أداة اختبار محمية.

لماذا لا يكون الجهد الطرفي هو EMF الخلفي تحت الحمل

في حالة عدم التحميل، يكون الجهد الطرفي قريبًا من EMF الخلفي لأن التيار صغير. تحت الحمل، يجب أن يتغلب الجهد المطبق على المجالات الكهرومغناطيسية الخلفية، والهبوط المقاوم، والهبوط الاستقرائي: V _{المرحلة} = E _{المرحلة} أنا × آر إل × دي / دي تي. المحرك ذو المقاومة الطورية 0.5 Ω ويحمل 10 A لديه انخفاض مقاومة قدره 5 V قبل أخذ أي محاثة أو فقدان العاكس في الاعتبار. هذا هو السبب في أن الحساب الذي يتم إجراؤه بواسطة ناقل DC وحده يمكن أن يبالغ في تقدير السرعة المتاحة أو يقلل من تقدير التيار عند حمل معين.

تضيف عملية PWM طبقة أخرى. يطبق العاكس جهدًا مقطوعًا، ويعتمد تموج تيار المحرك على تردد التبديل والحث. كما يؤدي انخفاض الصمام الثنائي والوقت الميت ومقاومة الكابلات إلى إزالة هامش الجهد. للتحكم بدون مستشعر، يرى جهاز المقارنة الصفري الشكل الموجي الطرفي، وليس مصدر EMF خلفي مثالي. تؤدي المرشحات المستخدمة لإزالة ضوضاء PWM إلى تأخير الطور، ويصبح التأخير أكثر أهمية مع ارتفاع التردد الكهربائي. احسب EMF الخلفي المتوقع عند الحد الأدنى والحد الأقصى للسرعات، ثم تحقق من عتبة المقارنة ومرشح التأخير مقابل تلك القيم.

وضع الحساب في الاستفسار عن السيارات

يوضح الاستفسار المفيد المجال EMF الخلفي المطلوب بسرعة محددة، ونطاق ناقل التيار المستمر، وأساس الطور/الخط، والتسامح المقبول. على سبيل المثال: "عند 2400 دورة في الدقيقة، يجب أن تكون ذروة EMF من الخط إلى الخط 42 فولت ±5%، ويتم قياسها بمحرك عند 25 درجة مئوية ويتم تشغيلها بواسطة محرك رئيسي خارجي." وهذا أوضح بكثير من طلب "محرك 0.2 Ke" لأنه يزيل غموض الوحدة قبل بناء العينات. إذا كان المحرك مخصصًا لتطبيق مروحة أو مبرد الهواء، فاذكر أيضًا منحنى الحمل والحد الأدنى للسرعة التي يجب أن يعمل بها التشغيل بدون مستشعر.

بالنسبة لمهمة تبريد الهواء، يمكن لمحرك BLDC ذو الدوار الخارجي تبسيط الحزمة الميكانيكية لأن المروحة يمكن تركيبها مباشرة على الدوار. الخيار التمثيلي هو محرك تبريد الهواء الخارجي DC149 220V 600W BLDC محرك BLDC ذو دوار خارجي بقدرة 220 فولت و600 واط لمبردات الهواء، يوفر تركيبًا مباشرًا للمروحة، وحماية IP55، وتصميمًا خاليًا من الصيانة مناسبًا لواجب التبريد الصناعي. عرض المنتج → محرك تبريد الهواء الخارجي BLDC بقدرة 600 واط. بالنسبة لأنظمة التهوية الأكبر حجمًا، قد يكون محرك المروحة EC أكثر ملاءمة؛ ال محرك مروحة ECF160 380 فولت 1500 وات EC محرك مروحة EC عالي الكفاءة لمبردات الهواء بالتبخير، مع خرج 380 فولت 1500 واط، وحماية IP55، وتشغيل منخفض الضوضاء مناسب لأنظمة التهوية الأكبر حجمًا. عرض المنتج → يعد محرك المروحة بقدرة 1500 واط EC أحد الأمثلة. ال صفحة تطبيق المروحة الصناعية يوضح كيفية تعيين هذه العائلات الحركية لأحمال المروحة. استخدم حساب EMF الخلفي للتحقق من هامش التحكم في السرعة المنخفضة، وليس فقط الطاقة المقدرة.

أمثلة عملية وفحص سلامة عقلي نهائي

المثال 1 – تحويل كيلو فولت. كيلو فولت = 100 دورة في الدقيقة/فولت، ن = 3000 دورة في الدقيقة. كه = 9.549 / 100 = 0.0955 فولت/(راد/ثانية). ω _m = 314.16 راد/ثانية. E = 30.0 V على نفس أساس Kv. إذا كانت Kv من خط إلى خط، فإن النتيجة هي من خط إلى خط.

مثال 2 - ورقة البيانات كه. Ke = 0.12 V/(rad/s) ذروة الخط إلى الخط، n = 3000 دورة في الدقيقة. ه _{ليرة لبنانية، الذروة} = 0.12 × 314.16 = 37.7 فولت. مع ناقل 48 فولت، يكون الهامش المثالي حوالي 10.3 فولت قبل انخفاض المقاومة والعاكس.

مثال 3 - ربط التدفق. ع = 4، α _m = 0.05 Wb-لفة، n = 1500 دورة في الدقيقة. ه _{المرحلة، الذروة} = 31.4 فولت، ه _{المرحلة,rms} = 22.2 فولت، وE _{ل، جذر متوسط التربيع} = 38.5 فولت للآلة الجيبية.

قبل قبول النتيجة، قم بتشغيل قائمة التحقق هذه:

1. اكتب ما إذا كان الجهد طورًا أو خطًا إلى خط.
2. اكتب ما إذا كانت القيمة هي الذروة، أو الذروة إلى الذروة، أو RMS.
3. تحويل السرعة إلى rad/s ميكانيكية، وليس rad/s كهربائية.
4. قم بتحويل Ke إلى V/(rad/s) واحتفظ بنفس الأساس.
5. تحقق من النتيجة مقابل قياس عدم التحميل منخفض السرعة.
6. اترك هامش الجهد للمقاومة والحث والثنائيات وتأخير التحكم.

هذا القياس النهائي هو الخطوة الأكثر قيمة. إن EMF الخلفي المحسوب يكون جيدًا بقدر تعريفات الوحدة الخاصة به؛ يكشف الشكل الموجي المقاس بسرعة معروفة عن أخطاء الطور والقطبية والشكل الموجي على الفور.