المحركات

محرك التيار المستمر بلا فرش

محرك التيار المستمر بلا فرش او باللغة الانجليزية (DC Brushless Motors) اكثر المحركات استخداما في طائرات التحكم عن بعد بدأت هذه المحركات التي لا تستخدم فراشات الانتشار في أسواق الهواة في تصنيع مركبات التحكم عن بعد (سيارات, شاحنة والدبابات) والطائرات والتي تشمل (الدرون, طائرات الهليكوبتر والطائرات الافقية). كان التحكم في هذه المحركات عقبة كبيرة إلى أن كانت المتحكمات الدقيقة (مثل اردوينو) و ESC رخيصة وقوية بما يكفي للقيام بهذه المهمة بسهولة. يجري العمل على تطوير أدوات تحكم أسرع وأكثر كفاءة لإطلاق الإمكانيات المذهلة لهذه المحركات. يمكن أن توفر هذه المحركات مزيدًا من القوة أثناء التشغيل بصمت هادئ على عكس المحركات التي تستخدم الفرش Brushed DC Motor لذلك هذه المحركات لا تحتاج إلى فرش لذا لا تقلق بشأن تآكلها أو ارتفاع درجة حرارتها. تتحول معظم التطبيقات الآن إلى محركات بدون فرش مثل الطائرات والسيارات الكهربائية ومن اهم الاسباب التي يتميز بها هذا المحرك هي سرعة الكبيرة اي عدد الدورات في الدقيقة RPM مرتفع للتحليق في الطائرة سهولة.

مكونات محرك التيار المستمر بلا فرش 

لفهم تركيب محركات بدون فرش وكيفية عملها، دعونا نفكك أحدها ويتم العثور على هذا النوع من المحركات في احد أنواع الطائرات الاسلكية.

يبدو مختلفًا عن مكونات محرك التيار المستمر الذي يستخدم الفرش DC Brushed Motor  لكن بعض الأشياء متشابهة بينما لا يوجد أي فرش, انظر الوصف:

[ads2]

الوظيفةالمكون/العنصر
جهات الاتصال الخاصة بالمحرك تقوم بجلب الطاقة من مصدر الطاقة إلى Windings. Contacts
قطعة ميكانيكية تعمل على تخفيف الاحتكاك الناتج من دوران المحور Axle. Bearings
يقصد بها اللفات, وهي التي تحويل الكهرباء الى مجال مغناطيسي وهو قلب المحرك حتى يدور المحور. Windings
المحور يقوم بنقل دوران المحرك الى الخارج للاستخدام سواء للطائرات او السيارات الاسلكية. Axle
المغناطيس الثابت وذلك لعمل التجاذب والتنافر داخل المحرك مع اللفات. Magnets
غلاف المحرك وذلك لحمايته من التعرض للزيوت والاوساخ وما الى ذلك. Can

نظرية عمل المحرك 

يوضح الشكل التالي طريقة التحكم في المحرك، حيث يصبح المحرك مثل محرك AC كل لفة تعطي قوة دفع وسحب. وللحفاظ على الحركة الدورانية، يجب أن نجعل هذه العملية متزامنة مع سرعة الدوار.

وحتى  نستطيع ادراك اهمية هذا المحرك يعرض المنحنى التالي العلاقة بين عزم دوران المحرك مع سرعة المحرك التي تتمثل بعدد الدورات في الدقيقة للمحركات الثلاثة التالية: 

إنه لأمر مدهش أليس كذلك؟ يوفر عدد دورات في الدقيقة RPM أكثر من محركات التيار المستمر التي درسناها اضافة الى ذلك عزم دورانها مرتفع للغاية.


مواصفات محرك التيار المستمر بلا فرش 

ان المواصفات المتعلقة في محرك التيار المستمر بلا فرش بسيطة ويسهل فهم وقراءة خصائص المحركات, نريد أن يصبح هذا المحرك هو النموذج المثالي لبناء الطائرة الخاصة بك او المروحيات وايضا الدرون. ان دراسة هذه المعايير والمواصفات هي من أجل تحديد سرعة أي طائرة ووزن الطائرة الاجمالي الذي يستطيع المحرك رفعها في الجو. كما قلنا سابقًا، يعتمد اختيار بطارية ليبو LIPO على نوع المحرك الخاص بك. بشكل عام ، هناك أكثر من طريقة لاختيار المحرك ، وهناك معايير وضعتها الشركات لتقدير وزن الحمل المتوقع للطائرة (من الوزن يمكننا اختيار المحرك)، يمكننا رؤية معلومات المحرك حيث وضع لنا المصنِّعون كم يمكن لهذا المحرك رفع الوزن الكلي (وزن المحرك ، جسم الطائرة ، البطارية والمعدات الإضافية) ويجب أن نأخذ عامل أمان لوزن الطائرة حتى نتمكن من الطيران بطريقة سريعة وقوية ، على سبيل المثال ، إذا كان محرك الطائرة يمكنه رفع وزن 2 كجم ، فنحن نصمم وزن الطائرة بحيث تكون 1 كجم بحيث تكون الطائرة في أفضل حالة في الرحلة وسرعة في الطيران واداء الحركات البهلوانية بسهولة. والمواصفات هي كالتالي: 

[ads3]

1 – ثابت الجهد ( Voltage Constant )

Kv هو “ثابت الجهد”. هذا هو عدد دورات المحرك في الدقيقة. في الواقع ، عمليا انه أقل لأن المحركات ليست كفائتها بنسبة 100٪. على سبيل المثال ، إذا قمت بتطبيق 12 فولت على محرك 200Kv ، فسيتم تشغيله (12 × 200) = 2400 دورة في الدقيقة بناءا على العلاقة التالية RPM = Kv * Volt في هذا الجدول سوف نقوم بعمل دراسة لعدد الدورات حسب قيم جهود مختلفة لمحرك 1500kv :

RPM عدد الدورات في الدقيقة على محور المحرك تطبيق المعادلةالجهد المسلط على اطراف المحرك
1500 1*1500 1
4500 3*1500 3
9000 6*1500 6
13500 6*1500 9
18000 12*1500 12

وعند تمثيل بيانات السرعة والجهد نحصل على المنحنى الخطي التالي:

أي كلما زدنا الجهد حصلنا على سرعة دورانية أكبر . وإذا كنت تستخدم محرك KV قليل ، فاستخدم المروحة ذات القطر الأكبر وإذا كنت تستخدم محرك عالي KV ، استخدم المروحة ذات القطر الصغير.

2 – ثابت عزم الدوران   Torque Constant 

لا نركز عليه كثيرا ولكن Kt هو “ثابت عزم الدوران”. لجميع المحركات ، Kt= 1355/Kv يعني ذلك أن المحرك يدور بسرعة أكبر لجهد معين (Kv) الانخفاض في العزم هو Kt .

3 – الطاقة Power 

يمكن قياس الطاقة Power بالواط. لاحظ أن 1 حصان = 746 واط. ويمكن تحديد عدد الواط بواسطة المعادلة التالية : Watts=Volts x Amps وعلى سبيل المثل يمكن العثور على متطلبات الطاقة لطائرة RC ، باستخدام الوزن الكلي لطائرة RC. وهو نظام ستاندرد يمثل في الجدول التالي :

[ads2] 

المستوى الأدنى لأداء معقول. محصورة في طائرات RC الداخلية المحملة بشكل خفيف وطائرات الحدائق الصغيرة. 50-70 watts/ pound
طائرات RC المبتدئين وطائرة بطيئة نسبيا لنموذج الطيران 70-90 watts/ pound
الطائرات الرياضية والبهلوانية السريعة 90-110 watts/pound
الطائرات المتقدمة والسرعات العالية 110-130 watts/pound
الطائرات ثلاثية الابعاد – تلك التي تشبه الطائرة الحقيقية لكن مصغرة 130-150 watts/pound
طائرات  ثلاثية الأبعاد غير محدودة الأداء 150-200+ watts/pound

ملاحظة : أن هذه الإرشادات تأتي من شركة E-Flite وتستند إلى معايير المحركات الكهربائية E-Flite RC.

مثال ايجاد مدخلات واط / رطل او باللغة الانجليزية حسب الجدول watts/pound المطلوبة لتحقيق الأداء المطلوب من احد الطائرات بحيث يقدر إجمالي وزن طائرة مع البطارية 9.0 رطل ونريد استخدام المعيار الثالث من الجدول اعلاه 90-110 (100 average) سوف نقوم بضرب الوزن مع اجمالي عدد الواط المطلوب :

 9.0lbs x 100 watts=900

اذن ان 900 واط هي الحد الادنى الذي نبحث عنه لتصميم طائرتنا , وعند شراء المحرك يجب ان يكون عالاقل يعمل على 900 واط.

[ads1]

4 – الابعاد والوزن Dimensions & weight

بالتأكيد ان ابعاد المحرك يجب ان تتناسب مع الطائرة خصوصا في قاعدة الهيكل المخصصة لتركيب المحرك , وتذكر دائما ان المحرك يرتفع حرارته كثيرا اثناء الطيران , تجنب استخدام مواد تثبيت تنصهر عن درجات حرارة قليلة مثل السيلكيون . وزن المحرك يجب حسابه مع وزن الطائرة الاجمالي . مثل نريد بناء طائرة درون (لها معايرها الخاصة) باستخدام 4 محركات حيث ان كل محرك حسب المواصفات يستطيع رفع 1500 جرام .
الوزن الكلي الذي يمكن رفعه بالمحركات الأربعة 1500 جرام × 4 = 6000 جرام أي 6 كغ  ولكن نحن لاجل الامان نقسم القيمة عل 1.5 او 2 وذلك للتحلق مدة اطول في الجو ليصح وزن الطائرة المثالي والآمن 3 كغ.

5 – الجزء الثابت والدوار 

هناك جزئان رئيسيان لمحرك بدون فرش يسمى الجزء الثابت stator والدوار rotor . الجزء الثابت هو الجزء الثابت للمحرك (اللفات) والدوار هو الجزء الدوار من المحرك . أيضا هناك الكثير من العناصر البسيطة الأخرى مثل bearings, coil, magnets, shafts  .. الخ التي درسناها في الاعلى. يعتمد حجم المحرك على حجم الجزء الثابت (القطر والارتفاع) .. على سبيل المثال ، إذا كان حجم المحرك عند شراؤه يوجد الرقم 2202 ، فهذا يعني أن الجزء الثابت يبلغ 22 ملم وعرضه 07 ملم . 

6 – الرقمين N و P 

عادة المحرك النموذجي سوف يحتوي على 12 عمودًا poles و 14 مغناطيسًا Magnets . سيتم الإشارة إلى هذا الرقم بشيء مثل 12P 14N ، توجد الأعمدة على الجزء الثابت ويوجد المغناطيس الدائم في دوار المحرك. حيث يلعب المغناطيس الموجود في المحرك دورًا مهمًا في تحديد مدى قوة وسرعة المحرك , سيكون للمحركات الرخيصة مغناطيسات أضعف وتنتج قوة دفع أقل بالمقارنة مع محرك باهظ الثمن والذي سيكون به مغناطيسات أكثر قوة. ويتم تصنيف المغناطيس المستخدم في المحركات بدون فرش على أساس القوة المغناطيسية مثل N52 ، N54 ، إلخ ، كلما كان المجال المغنطيسي أكثر قوة كان المحرك افضل.


اختيار محرك التيار المستمر بلا فرش 

حسنا ربما الأمر صعبا قليلا في المرة الاولى لكن مع الممارسة سوف تصبح اكثر مهارة في عملية اختيار المحركات المناسبة لنماذجك الخاصة سواء كانت طائرات بمختلف انواعها, قوارب وسيارات لاسلكية وما الى ذلك. سوف ندرس الآن تفاصيل المحركات التي سوف نشتريها , حتى يكتمل فهمنا لاختيار المحرك . 

سوف نقوم في دراسة المحرك GH2217-06 عندما تبحث في الانترنت على حركات بلا فرش ستجد النوع اعلاه ويتوفر منه 3 اصدارات , هيا ندرس ما هي الخصائص التي توفرها الشركات لهواة طائرات التحكم عن بعد : 

يمكننا القول حقا ان الشركات ساعدتنا كثيرا في التخلص من اعباء المعادلات والاخطاء التي يمكن ان نقوم بها , من الجدول اعلاه نلاحظ الكثير من المعلومات الهامة وهي ما يلي :

تقول الشركة ان هذا المحرك يحتاج الى بطارية ليبو ذات 3 خلايا , اذا لتجربة هذا المحرك Lipo Count
اقصى عدد دورات في الدقيقة للمحرك RPM per volt
التيار / دقيقة Current Capacity
الواط Max Watts
الابعاد Dimension
وزن المحرك Weight
قطر محور الدوران Shaft Diameter
قطعة التحكم الالكتروني التي توصي بها الشركة (سوف ندرسها لاحقا ) Recommended ESC
المروحة الموصى بها , Recommended Prop
الوزن المثالي للطائرة , ولكن نحن نفضل أخذ المتوسط , هنا مثلا نفضل تصميم الطائرة بوزن 500 غرام Recommended Model Weight
تصنيف الطائرة الموصى به Style of Flying

هل رأيت ؟ ان الأمر سهل لا يتطلب منك الا القليل من الخبرة , ومع ممارسة هذه الهواية ستصبح قادرا على تخيل الارقام اعلاه بصورة افضل وتصميم افضل الطائرات لتكون دائما الفائز في هذه الهواية. وكما قلت سابقا ان المحركات الخالية من الفرش (Brushless DC Motor) هي افضل المحركات لطائرات التحكم عن بعد , سواء كانت افقية او درون او هيلكوبتر .

[ads1] 


المميزات والعيوب 

المميزات: 

  • سرعة عالية بحيث يمكننا الحصول على عدد كبير من الدورات في الدقيقة (RPM).
  • كفاءة عالية لأننا نستغل معظم امدادات الطاقة بعكس محرك التيار المستمر الذي يستخدم الفرش فيفقد بعض طاقته بسبب الحرارة. 
  • خفيفة الوزن لذلك هو الأمثل في عالم الطيران.
  • عمره الافتراضي طويل لأنه لا يوجد به فرش لا يتعرض لارتفاع درجة الحرارة والتلف.
  • لا ضوضاء ، فهو هادئ تماما.

العيوب:

  • يصعب التحكم به بدون متحكم الكتروني حتى سوف تحتاج الى بعض المهارات التقنية.
  • تحتاج إلى توفير الطاقة تدريجياً لذلك تجنب السرعة المفاجئة في التحكم بالمحرك.
  • هذه المحركات مرتفعة الثمن مقارنة مع المحركات الأخرى.

‫4 تعليقات

اترك تعليقاً

أنت تستخدم إضافة Adblock

برجاء دعمنا عن طريق تعطيل إضافة Adblock