فهم FOC (التحكم الموجه نحو المجال) في وحدات تحكم BLDC

مقدمة: أهمية خوارزميات التحكم في المحركات الكهربائية

مع تطور وسائل التنقل الكهربائية، يتوقع المستخدمون أن تكون المحركات ليست قوية فحسب، بل سلسة وهادئة وموفرة للطاقة أيضاً.

هذا هو المكان FOC - التحكم الموجه نحو الميدان - تصبح تقنية مميزة.

بعبارات بسيطة، تسمح وحدة التحكُّم في التشغيل الآلي التلقائي لوحدة التحكُّم في محرك BLDC (تيار مستمر بدون فرش) مثل أداة مضبوطة بدقة, وضبط عزم الدوران والسرعة في الوقت الفعلي.

بالنسبة للدراجات الكهربائية والدراجات البخارية والدراجات البخارية والدراجات النارية، فهذا يعني استجابة فورية، وتسارع أكثر سلاسة، وكفاءة أعلى، وضوضاء أقل.

في JRAHK, ، لدينا وحدات التحكم في الحركة الجيبية ذات الثلاثة أوضاع الذهبية من السلسلة الذهبية مبنية حول مفهوم التحكم المتقدم هذا، مما يوفر أداءً متميزاً للجيل القادم من السيارات الكهربائية الشخصية والصناعية.

التطور من الموجة المربعة إلى الموجة المربعة إلى الموجة الحرة

وحدات التحكم في محرك BLDC التقليدية المستخدمة موجة مربعة (أو شبه منحرف) التبديل - طريقة بسيطة تقوم بتبديل التيار بين مراحل المحرك كل 60 درجة.

على الرغم من فعاليته، إلا أنه يأتي مع قيود:

• ضجيج المحرك المسموع
• استخدام أقل كفاءة في استخدام الطاقة
• تموج عزم الدوران عند السرعة المنخفضة

للتغلب على هذه المشكلات، طوّر المهندسون الموجة الجيبية التحكم - قيادة المحرك بأشكال موجية جيبية للتيار.

هذا بالفعل جعل العملية أكثر سلاسة.

لكن شركة FOC ذهبت إلى أبعد من ذلك:

بدلاً من التحكم في كل مرحلة بشكل مستقل, يحول التحكم في المحرك إلى إطار مرجعي دوار, محاذاة المجالات المغناطيسية ديناميكيًا من أجل أقصى عزم دوران وأقل خسارة.

وبعبارة أخرى، لا يقوم نظام FOC بدفع التيار إلى المحرك فحسب - بل “يفكر” في حيث لدفعها.

المبدأ الكامن وراء التحكم الموجه نحو الميدان

لفهم FOC، تخيل أن محرك BLDC يحتوي على مجالين مغناطيسيين:

• إن المجال الدوار (التي أنشأتها المغناطيسات الدائمة)
• إن مجال الجزء الثابت (الناتجة عن التيار في لفات المحرك)

الهدف هو الحفاظ على هذين الحقلين متعامدة (90 درجة على حدة) في جميع الأوقات - وهذا يضمن أعلى إخراج لعزم الدوران بأقل طاقة كهربائية.

التحويل الإحداثي d-q

بدلًا من التفكير في ثلاث مراحل حركية (أ، ب، ج)، تقوم FOC بتحويلها رياضيًا إلى مكونين افتراضيين:

• المحور d (المحور المباشر) - بمحاذاة المجال المغناطيسي للدوار
• المحور q (محور التربيع) - عموديًا على المجال الدوَّار

وحدة التحكم بعد ذلك:

1. يقيس أو يقدر موضع الدوار (باستخدام مستشعرات Hall أو EMF الخلفي).
2. تحويل التيارات ثلاثية الأطوار إلى إطار d-q (باستخدام تحولات كلارك وبارك).
3. ينظم تيار المحور d (التدفق المغناطيسي) وتيار المحور q (عزم الدوران) بشكل منفصل.
4. تحويلها مرة أخرى إلى إشارات ثلاثية الطور وتطبيقها من خلال PWM على MOSFETs.

وهذا يتيح التحكم في المتجهات - تحكم في عزم الدوران خطي وسريع وفعال.

مركز العمليات الأجنبية في العمل: مثال من العالم الحقيقي من JRAHK

دعنا نأخذ وحدة تحكم JRAHK ثلاثية الأوضاع الذهبية سلسلة JRAHK ذات الجيب الجيبية FOC كمثال.

عندما تدير دواسة الوقود أو تبدأ في استخدام الدواسة:

• تقوم وحدة التحكم على الفور بحساب موضع الدوار وسرعته.
• تحدد خوارزميات FOC قيم تيار d-q المثالية.
• يتم تبديل MOSFETs بإشارات PWM عالية التردد لتشكيل شكل موجة التيار.
• النتيجة: عزم دوران سلس وتشغيل صامت واستخدام فعال للبطارية.

حتى أثناء التسارع السريع أو التحميل الثقيل (مثل تسلق التل أو حمل الحمولة)، يبدو المحرك ثابتاً ويمكن التنبؤ به - لأن حلقة FOC تحافظ على عزم الدوران المغناطيسي والتدفق الأمثل في الوقت الحقيقي.

متطلبات الأجهزة لـ FOC

يتطلب تطبيق نظام الموجة المربعة دقة حسابية أعلى من نظام الموجة المربعة.

ولهذا السبب تستخدم وحدات تحكم FOC المتقدمة مثل JRAHK مزيجًا من

إن هذا التكامل بين الاستشعار والحساب وإلكترونيات الطاقة هو ما يجعل وحدة التحكم في وحدة التحكم في التركيز المربع أكثر “ذكاءً” بكثير من محرك الموجة المربعة البسيط.

فوائد التحكم في مركز العمليات الميدانية

يوفر التحكم الموجه نحو الميدان تحسينات قابلة للقياس على مستوى الأداء والراحة والكفاءة:

في الاختبارات التي أجريت على العديد من تطبيقات السيارات الكهربائية، أظهرت شركة FOC 5-15% كفاءة إجمالية أعلى 5-15% مقارنةً بالتحكم القياسي المكون من ست خطوات، خاصةً في ظروف الحمل المتغيرة.

المستشعر مقابل مركز العمليات الميدانية بدون مستشعر

تدعم وحدات التحكم FOC من JRAHK كلا وضعي التحكم:

حساس FOC

تستخدم مستشعرات Hall أو المشفرات لتحديد موضع الدوار.

• الإيجابيات: بدء تشغيل ممتاز عند السرعات المنخفضة وعزم دوران ممتاز عند صعود المرتفعات.
• مثالية لـ: دراجات الشحن، والدراجات النارية الإلكترونية، والتطبيقات الصناعية.

مركز العمليات الميدانية بدون مستشعر

يقدّر الموضع من التغذية الراجعة للتيار الكهربائي الخلفي والتيار.

• الإيجابيات: أسلاك أقل، وتكلفة أقل، وأكثر متانة (لا أعطال في المستشعرات).
• مثالية لـ: الدراجات البخارية المشتركة، والدراجات الإلكترونية متوسطة السرعة، والأنظمة المختومة.

الكشف التلقائي ثنائي الوضع

تتميز العديد من موديلات JRAHK بما يلي الكشف التلقائي - تحدد وحدة التحكم ما إذا كانت المستشعرات موجودة وتتحول إلى الخوارزمية الصحيحة، مما يضمن تعدد استخدامات التوصيل والتشغيل.

المقارنة بين وحدات التحكم عن بُعد ووحدات التحكم التقليدية

من خلال الجمع بين أجهزة الموجات الجيبية مع خوارزميات FOC, فإن JRAHK يحقق كلاً من السلاسة والكفاءة - دون المساس بالموثوقية.

أبرز مميزات تصميم وحدات تحكم JRAHK FOC

JRAHK's السلسلة الذهبية ثلاثية الوضعيات يوضح كيف تبدو منصة FOC المتقدمة:

• نطاق الطاقة: 250 واط - 5000 واط
• خيارات الجهد: 36 فولت - 84 فولت
• متغيرات أنبوب MOS: 6 / 9 / 12 / 15 / 18 / 24
• التعامل الحالي: حتى 80 أمبير متواصل
• أوضاع التحكم: الموجة الجيبية، الموجة الجيبية، الموجة المربعة، الموجة المربعة
• البروتوكولات: واجهة UART للاتصال بشاشة العرض
• الحماية: الجهد الزائد، والإفراط في التيار، والإفراط في درجة الحرارة، والقطبية العكسية

تم تصميم كل نموذج في غلاف من الألومنيوم عالي القوة لتبديد الحرارة بكفاءة، مما يضمن التشغيل الموثوق به في ظروف الأحمال العالية وظروف العمل المستمر.

تطبيقات وحدات التحكم في المركبات العضوية الثابتة

بسبب عزم الدوران السلس والدقة العالية، تُستخدم وحدات تحكم FOC على نطاق واسع في:

• الدراجات الإلكترونية الراقية ودراجات الشحن - لشعور هادئ وطبيعي بالدواسة
• الدراجات البخارية الكهربائية - الصمام الخانق السلس والكبح المتجدد
• دراجات نارية كهربائية - عزم دوران عالٍ وتسارع قوي
• الروبوتات والمركبات ذاتية الحركة (AGVs) - تحكّم دقيق في الحركة وضوضاء منخفضة
• محركات الأقراص الصناعية - تشغيل مستمر فعال ومستمر

في كل حالة، تُترجم الفوائد مباشرة إلى عمر أطول للبطارية, تشغيل المبرد, و راحة أفضل للراكب.

التوقعات المستقبلية: نحو أنظمة ذكية للعمليات المالية

مع استمرار تطوّر تقنيات إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي في التطور، سيتكامل الجيل القادم من وحدات التحكم في العمليات المالية:

• خوارزميات التعلم التكيفي لحلقات التحكم في الضبط الذاتي
• الاتصال السحابي لمراقبة الأداء
• التشخيص التنبؤي لصحة المحرك والبطارية
• اتصال CAN و BLE لتكامل المركبات الذكية

تتماشى خارطة طريق البحث والتطوير في JRAHK بالفعل مع هذه الاتجاهات - تطوير وحدات تحكم BLDC الذكية التي تجمع إدارة الطاقة الذكية واتصال البيانات في منصة واحدة سلسة.

الخاتمة

يمثل التحكم الموجه نحو المجال أحدث ما توصلت إليه تكنولوجيا المحركات بدون فرش.

من خلال المواءمة المستمرة للمجالات المغناطيسية داخل المحرك، تحقق شركة FOC توازنًا مثاليًا بين القوة، والكفاءة، والسلاسة.

وهذا يعني بالنسبة للمصنعين والدراجين على حد سواء:

• مركبات أكثر هدوءاً
• استجابة أسرع
• مدى أطول
• إدارة أكثر ذكاءً للطاقة

في JRAHK, فمهمتنا هي إتاحة هذه المزايا في جميع وسائل التنقل الكهربائية، بدءاً من الدراجات الإلكترونية خفيفة الوزن وحتى الدراجات النارية عالية الأداء.

مع سنوات من البحث والتطوير في مجال التحكم الذكي في المحركات، فإن وحدات التحكم الجيبية FOC ليست مجرد مكونات، بل هي الأساس لمستقبل أكثر سلاسة وكفاءة للنقل الكهربائي.