كفاءة محرك التيار المستمر بدون فرش: ما الذي يدفع الأداء حقًا في الأجهزة

يخرج مبردا هواء من نفس المصنع بنفس الشفرة ونفس الغلاف ونفس تصنيف تدفق الهواء. واحد يرسم 42 واط. الآخر يسحب 34 واط. على الورق، الفرق هو المحرك، ولكن في الواقع هو المحرك، وإلكترونيات القيادة والنقطة الدقيقة على المنحنى حيث يحمل الجهاز المحرك أثناء تشغيله.

الاستنتاج الأول: كفاءة أ محرك DC بدون فرش يتم تحديده من خلال ثلاثة أشياء يمكنك هندستها والتحقق منها فعليًا - ميزانية الخسارة داخل المحرك، وميزانية الخسارة في تبديل الأجهزة الإلكترونية، ونقطة التشغيل التي يجبرها التطبيق على التشغيل. ذروة ورقة البيانات هي نقطة واحدة على المنحنى. إن ما يدفعه العميل لأكثر من عشر سنوات هو متوسط ​​مرجح عبر دورات العمل الحقيقية ودرجات الحرارة المحيطة ومقاومة تدفق الهواء.

قم بمحاذاة هذه الثلاثة وسيعمل محرك BLDC الصغير عادةً على خفض طاقة الإدخال بمقدار الربع إلى الثلث مقابل عمود مظلل أو محرك حثي أساسي أحادي الطور بحجم إطار مماثل في تطبيق المروحة. أخطأوا في فهمهم - قم بزيادة حجم المحرك، وتجاهل السائق، واتركه يعمل بحمولة 15٪ - والمحرك "عالي الكفاءة" يتصرف بهدوء مثل المحرك العادي.

الكفاءة هي منحنى، وليس رقما

يتم اقتباس الكفاءة كرقم واحد لأنه من السهل مقارنة الأرقام الفردية. في الأجهزة، يتصرف مثل منحنى ذو قمة واسعة ولكن محدودة. في المحركات الصغيرة بدون فرش المستخدمة في مبردات الهواء ومراوح التبريد وأغطية المطبخ، تقع ذروة الكفاءة عادة في نطاق 80-90% عندما يتم قياس قوة العمود مع تضمين محرك المحرك الخاص. نفس المحرك الذي يتم دفعه إلى 15-20% من عزم الدوران المقدر غالبًا ما ينخفض ​​إلى نطاق 50-60%، لأن فقدان الحديد، وخسارة انحراف القذيفه بفعل الهواء، وخسارة التبديل لا يتقلص عندما يتقلص الحمل. عادة ما يتم تحديد نسبة تتراوح بين 20% إلى 40% للمحرك ذي القطب المظلل ذي الحجم المماثل، ولهذا السبب فإن المقايضة تستحق القيام بها على الإطلاق.

عادةً ما يقع الجزء العلوي من المنحنى في النصف العلوي من نطاق السرعة، عند حوالي 60-85% من عزم الدوران المقدر، ويظل أكثر استواءً خلال منتصف النطاق مما يتوقعه معظم المشترين. هذا التسطيح هو الجزء المفيد: فالمحرك ذو الحجم المناسب لنقطة التشغيل الحقيقية، وليس لبداية أسوأ الحالات، يقضي معظم حياته بالقرب من القمة بدلاً من المنحدر.

أربعة أشياء تستحق أن يطلبها المورد قبل أن تنتقل المحادثة إلى السعر:

• خريطة الكفاءة، أو ثلاث نقاط على الأقل - الحمل المنخفض والمتوسط والمقدر - بدلاً من رقم ذروة واحد.
• يتم قياس طاقة الإدخال عند نقطة تصميم الجهاز، باستخدام دافعة الإنتاج والمبيت، وليس على عمود مكشوف.
• بيان واضح عما إذا كان السائق وخسائره تقع داخل الرقم المذكور أم خارجه.
• درجة حرارة الملف والمغناطيس بعد الحالة الحرارية المستقرة - ساعتين وليس دقيقتين.

إذا كانت المصطلحات لا تزال مستقرة، لدينا نقاط المعرفة الأساسية حول المحركات يعد مكانًا معقولًا للتحقق من التعريفات قبل مقارنة عروض الأسعار من موردين مختلفين.

حيث تذهب الخسائر في الواقع

تفوز المحركات بدون فرش بالكفاءة لسبب محدد: إزالة الفرش يزيل مسارين للخسارة في وقت واحد. يؤدي ملامسة الفرشاة إلى حدوث احتكاك، كما يؤدي أيضًا إلى انخفاض ثابت تقريبًا في الجهد، والذي يصبح نصيبه أكبر من طاقة الإدخال كلما انخفض جهد الإمداد. في المحرك المصقول بجهد 12 فولت، يمكن لواجهة الفرشاة وحدها أن تستهلك عدة بالمائة من طاقة الإدخال قبل أخذ بقية الماكينة في الاعتبار.

ما يحل محل الفرش هو العاكس، وهو ليس مجانيا. يضيف الجسر ثلاثي الطور المزود بستة دوائر MOSFET فقدان التوصيل وخسارة التبديل، ويمكن أن يمثل المحرك غير المطابق ما بين 10 إلى 20% من إجمالي الخسائر. يعد التبديل المكون من ست خطوات رخيصًا ومناسبًا تمامًا للمروحة ذات السرعة الثابتة؛ يمكن للتحكم الموجه ميدانيًا استعادة بعض النقاط التي يقضي فيها المحرك وقتًا عند التحميل الجزئي، على حساب متحكم دقيق أسرع ووقت أطول للهندسة.

هناك تفصيلان مهمان أكثر مما تقترحه معظم أوراق المواصفات. درجة التصفيح هي الأولى: الانتقال إلى فولاذ أرق وأعلى مقاومة يقلل من جزء التيار الدوامي من فقدان الحديد، وهو الجزء الأسهل للتأثير عليه. إن الجمع بين الفتحات والانحراف هو الثاني: فهي تشكل خسائر طائشة ومتناغمة، وبنفس القدر من الأهمية، الضوضاء التي يصدرها الجهاز عند ضبط السرعة الأكثر هدوءًا.

يمكن للمحرك الذي يبلغ ارتفاعه ثماني نقاط أعلى على المقعد أن يفقد هذه الميزة في اللحظة التي يتم فيها تثبيته في مبيت مزود بمكره مختلف وقناة أطول.

كيف يحرك الحمل ودرجة الحرارة نقطة التشغيل

تتبع أحمال المروحة والمنفاخ قاعدتين تقريبيتين: يرتفع عزم الدوران مع مربع السرعة، وقوة العمود مع المكعب. يؤدي خفض السرعة إلى النصف إلى خفض تدفق الهواء إلى النصف تقريبًا وتقليل قوة العمود إلى الثُمن تقريبًا. هذه هي الحجة الأقوى للسرعات المتغيرة في شفاطات المطبخ ومبردات الهواء، لأن معظم الطاقة يتم إنفاقها في الجزء العلوي من نطاق السرعة بينما يتم قضاء معظم وقت التشغيل تحته بكثير.

والعكس صحيح أيضاً. في الأجهزة، الكفاءة ليست خاصية للمحرك وحده؛ إنها خاصية للمحرك بالإضافة إلى مسار الهواء. يؤدي المرشح المسدود، أو القناة الملتوية، أو الشبكة الصغيرة الحجم إلى رفع الضغط الساكن، وزيادة عزم الدوران الذي تتطلبه المكره بنفس السرعة، وتحريك المحرك إلى أسفل الجانب الأيمن من منحنىه. لا يزال بإمكان المحرك ذو الذروة الكبيرة أن ينهي عمره بكفاءة تصل إلى 60% لأن مسار الهواء لم يتطابق معه مطلقًا.

تغير درجة الحرارة الأرقام أيضًا. ترتفع مقاومة الملف النحاسي بحوالي 0.39% لكل درجة مئوية، لذا فإن الملف الذي يسخن من 25 إلى 90 درجة يضيف تقريبًا ربع فقدان مقاومته عند نفس التيار. تفقد المغناطيسات الدائمة تدفقها أثناء تسخينها - ندفيب متكلس بحوالي 0.11-0.12% لكل درجة مئوية - لذا فإن عزم الدوران المتوفر عند 100 درجة أقل بشكل ملحوظ من عزم الدوران الموجود في الكتالوج والذي تم قياسه في درجة حرارة الغرفة. يعد اختيار درجة مغناطيس أثقل أو مسارًا حراريًا أفضل للمبيت قرارًا يتعلق بالتكلفة، وليس قرارًا فنيًا.

توضح مبردات الهواء المشكلة جيدًا. إنها تعمل لساعات في ظروف تتغير مع الطقس، لذلك يجب أن يحافظ المحرك على كفاءة معقولة عبر نطاق واسع بدلاً من نقطة واحدة جذابة. هذا هو الموجز الذي نقوم بتصميم محركات تبريد الهواء عليه.

AC أو BLDC: مطابقة المحرك مع الجهاز

لا يعد الفرش هو الاختيار الصحيح تلقائيًا. لا يحتوي المحرك الذي يعمل بمكثف أحادي الطور على إلكترونيات، ولا يوجد مستشعر لموضع الدوار، ولا يحتوي على برامج ثابتة وأجزاء قليلة جدًا. في الأجهزة ذات السرعة الثابتة مع دورة عمل يومية قصيرة، قد لا تعوض الطاقة التي يوفرها BLDC التكلفة الإضافية طوال عمر المنتج. يتغير هذا الحساب بمجرد اختلاف الحمل، أو أن تصبح دورة التشغيل طويلة، أو من المتوقع أن يكون الجهاز هادئًا عند السرعة المنخفضة.

عندما لا يزال بديل التيار المتردد يفوز

التشغيل ذو السرعة الثابتة، وأهداف التكلفة العدوانية، وإمدادات التيار الكهربائي القذرة أو غير المستقرة، ودورة العمل القصيرة، كلها تفضل محركًا غير متزامن أحادي الطور. إذا كان الجهاز يحتاج فقط إلى تدفق هواء واحد ويعمل لمدة عشرين دقيقة يوميًا، فإن الإجابة الهندسية الصادقة هي عادةً الجهاز الأبسط.

توجد شفاطات المطبخ على الجانب الآخر من هذا الخط. يرتفع الطلب على الشفط وينخفض ​​مع ما هو موجود على الموقد، والفجوة بين الموقد اللطيف والمقلاة الساخنة هي عامل متعدد العوامل في تدفق الهواء. يتيح محرك التيار المستمر بالإضافة إلى التحكم للغطاء متابعة الحمل بدلاً من التبديل بين ثلاث نقرات، وهذا هو المكان الذي ينشأ فيه معظم توفير الطاقة - وليس من المحرك بمعزل عن الآخر. لقد نظرنا إلى المقارنة بمزيد من التفصيل في مقال عن كيف تعمل محركات التيار المستمر ذات الغطاء على تحسين كفاءة الطاقة مقارنة بمحركات التيار المتردد التقليدية .

ما الذي يجب التحقق منه قبل الموافقة على المحرك

التحقق أرخص من إعادة العمل. يستغرق اختبار البدلاء عند نقطة التصميم نصف يوم ويجيب على الأسئلة التي لا تستطيع ورقة البيانات الإجابة عليها.

1. قم بقياس طاقة الإدخال عند جهد الإمداد الطبيعي للجهاز، باستخدام محرك الإنتاج، عند نقطة واجب التصميم بدلاً من النقطة المقدرة للمحرك.
2. قم بقياس عزم الدوران والسرعة في نفس الوقت. الكفاءة هي عزم الدوران مضروبًا في السرعة الزاوية مقسومًا على طاقة الإدخال الكهربائية؛ تقدير عزم الدوران من التيار مقبول فقط كتمرير أول.
3. قم بالتشغيل لمدة 90 دقيقة على الأقل قبل تسجيل البيانات، حتى تصل الملفات والمغناطيسات إلى حالة الاستقرار الحراري.
4. كرر ذلك عند الأطراف المنخفضة والعالية لنطاق التحكم وفي أسوأ الأحوال في درجة الحرارة المحيطة.
5. قارن السحب الحالي بالعينة المعتمدة، باستخدام نطاق التسامح الذي ترغب في تنفيذه؛ زيادة أو نقصان 10% على التيار و5% على السرعة يغطي الإنتاج العادي المنتشر في المحركات الصغيرة.

نقوم ببناء خطوط محركات التيار المتردد والتيار المباشر لهذه التطبيقات - محركات الهواء البارد، ومحركات التدفئة، ومحركات أبخرة الزيت المغلفة بالبلاستيك، ومجموعة التيار المستمر - ونقوم بتطوير رسومات العميل أو العينات التي لا تناسب السلسلة القياسية.

إن السعة اليومية التي تزيد عن 80000 وحدة مهمة هنا بمعنى مختلف: يجب أن تكون العينة التي توافق عليها قابلة للتكرار من حيث الحجم، والاتساق عبر الشحنة يستحق أكثر من رقم الذروة الذي لا يمكن أن يصل إليه سوى النموذج الأولي.

تعتبر كفاءة محرك التيار المستمر بدون فرش إحدى خصائص النظام. يساهم المحرك بميزانية خسارة واحدة، ويساهم السائق بميزانية أخرى، وتحدد المكره والقناة ودرجة الحرارة المحيطة المكان الذي يعيش فيه الجهاز بالفعل على المنحنى. لا يمكن تسوية أي من ذلك من خلال مقارنة أرقام الذروة في عرضين. أمر العمل واضح ومباشر: حدد نقطة التشغيل الحقيقية، واطلب الكفاءة عند تلك النقطة باستخدام محرك الإنتاج، واختبرها دافئًا وداخل الهيكل الحقيقي، وقم بمعالجة الفجوة بين الذروة وكفاءة التشغيل كالرقم الذي يظهر على جهاز القياس.

إذا لم تكن هناك سلسلة قياسية تناسب نقطة التشغيل هذه، فيمكن عادةً تطوير المحرك لها - وهذه هي الطريقة التي وصلت بها معظم محركات الأجهزة الصغيرة الموجودة في السوق إلى شكلها الحالي في المقام الأول.