دائرة عكس حركة موتور – دوائر H-Bridge

تعد المحركات الكهربائية مكونات أساسية في العديد من التطبيقات الصناعية والمنزلية والسيارات. غالبًا ما يكون من الضروري توظيف دائرة عكس حركة موتور للتكيف مع الاحتياجات المحددة للمهمة. قد يكون ذلك ضروريًا في حالات مثل التحكم في توجيه السيارة الكهربائية، أو ضبط جهاز ميكانيكي، أو حتى إجراء عمليات معينة في خط الإنتاج. ولإنجاز هذا الانعكاس، يتم استخدام دوائر التحكم المتخصصة.

دائرة عكس حركة موتور

قبل استكشاف الدوائر التي تعكس اتجاه الدوران، من المهم فهم التشغيل الأساسي للمحرك الكهربائي، وما إذا كانت هذه المحركات لديها القدرة على العمل في الاتجاه المعاكس.

• تعمل معظم المحركات على مبدأ الكهرومغناطيسية. يتم إرسال تيار كهربائي من خلال ملفات في المحرك، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا يولد عزم الدوران ويدير دوار المحرك. عكس اتجاه الدوران يعني عكس اتجاه المجال المغناطيسي أو التيار في المحرك.

• تتمتع معظم المحركات الكهربائية بالقدرة على التحرك للأمام والخلف اعتمادًا على نوع المحرك وترتيب التوصيلات الكهربائية. يمكن عكس دوران محرك التيار المستمر عن طريق تبديل القطبية عند مصدر الإمداد. يمكن عكس دوران محرك التيار المتردد عن طريق تبديل أي توصيلات ثنائية الطور.

مخطط دائرة عكس اتجاه حركة المحرك

– عندما يتم توصيل نقاط الاتصال الرئيسية للكونتاكتور (KF)، يعمل المحرك في الاتجاه الأمامي. على العكس من ذلك، عندما يتم توصيل نقاط الاتصال الرئيسية للكونتاكتور  KR، يتم تنشيط المحرك للدوران في الاتجاه المعاكس. لأننا عندما نغير ترتيب الطور المزود لمحرك ثلاثي الطور فإن ذلك سيغير اتجاه دوران المجال المغناطيسي مما يؤدي إلى تغير اتجاه دوران المحرك.

– عندما يتم تشغيل المفتاح في الوضع الأمامي، سيتم تنشيط ملف الموصل KF. يتم توصيل نقطة الاتصال الديناميكي للموصل KF، ويدور المحرك في الاتجاه الأمامي. سيتم فتح نقطة الاتصال المفتوحة عادةً لـ KF لضمان عدم إغلاق الموصل KR أثناء دوران المحرك للأمام

– عندما يتم تشغيل المفتاح إلى الوضع العكسي، سيتم تزويد المحرك بالطاقة من خلال الاتصال الديناميكي لموصل KR. سوف يدور المحرك في الاتجاه المعاكس. سيتم أيضًا فتح نقطة الاتصال المغلقة عادةً لـ KR لمنع موصل KF من الإغلاق عندما يكون المحرك في وضع الرجوع للإتجاه العكسي

– عندما يتم تحميل المحرك بشكل زائد لفترة من الوقت، سوف يتأثر الريلاي الحراري ويتغير حالته. يتم فتح نقطة الاتصال المغلقة عادةً لـ (ORL) لإيقاف الطاقة عن المحرك، مما يحمي المحرك من التلف. في الوقت نفسه، يتم إغلاق نقطة الاتصال المفتوحة عادةً لـ ORL، مما يتسبب في إضاءة ضوء الخطأ، مما يشير إلى وجود مشكلة في الدائرة. لا يمكن للدائرة أن تعمل مرة أخرى إلا بعد إعادة ضبط المرحل الحراري

• التحكم في إتجاه حركة المحرك بإستخدام المؤقت الزمني :

للتغلب على عيوب الدائرة أعلاه. من الشائع استخدام مؤقت (OFF Delay) لتأخير وقت عكس إتجاه الدوران، للتأكد من أن سرعة المحرك قد تباطأت إلى الصفر قبل أن يعمل المحرك في الاتجاه المعاكس.

• مؤقت Off Delay

عندما يتم تطبيق الجهد على ملف المؤقت، يتم فتح نقطة الاتصال المغلقة عادةً للمؤقت على الفور. عندما نقطع طاقة الإدخال عن المؤقت، يبقي نقطة الاتصال للمؤقت مفتوحة حتى يصل المؤقت إلى الوقت المحدد مسبقًا

في الصورة أعلاه، عندما تكون إشارة الإدخال منخفضة، يظل جهة الاتصال في الحالة السابقة؛ يُسمى هذا المؤقت بمؤقت التأخير. استخدام مؤقت تأخير في منظومة تبريد المحرك. تم تصميم منظومة التبريد بمحرك تبريد، وسيتم تشغيله بالمحرك الرئيسي. بفضل مؤقت تأخير ، يظل محرك التبريد يعمل لبعض الوقت بعد توقف المحرك الرئيسي.

تستخدم هذه الدائرة ملفين مؤقت تأخير Off Delay لمنع تنشيط الملفين الأمامي والخلفي حتى خمس ثوانٍ بعد تشغيل المفتاح العكسي. هناك نوعان من مؤقتات التأخير Off Delay ، كل منهما بالتوازي مع كل ملف موصل. سوف يتصل ملف الموصل الأمامي بنقطة الاتصال المغلقة عادة للمؤقت 2  والعكس بالعكس، سوف يتصل ملف الموصل العكسي بنقطة الاتصال المغلقة عادة للمؤقت 1.

بافتراض أن المحرك يعمل في الاتجاه الأمامي، يتم الآن تنشيط المؤقت (T1)، وبالتالي سيتم فتح نقطة الاتصال المغلقة عادةً لـلمؤقت T1. إذا دفعنا المفتاح إلى الوضع العكسي، سيتوقف المحرك، وسيبدأ المؤقت T1 في حساب الوقت. عندما يعد المؤقت T1 إلى الوقت المحدد مسبقًا، سيتم إغلاق نقطة الاتصال T1، وفي هذا الوقت، يتم تنشيط موصل KR. يدور المحرك في الاتجاه المعاكس.

• مقالات مهمة:
  شرح انكودر موتور.
  الدارة الكهربائية البسيطة.
  مكونات المحول الكهربائي.

أثناء قيام المؤقت T1 بحساب الوقت، لا يوجد ما يمنع المحرك من الدوران في الاتجاه الأمامي مرة أخرى، حيث تظل نقاط اتصال المؤقت (T2) مغلقة.

وبالمثل، عندما يدور المحرك في الاتجاه المعاكس، إذا دفعنا المفتاح إلى الوضع الأمامي، فسيتوقف المحرك لفترة من الوقت. عندما يصل المؤقت T2 إلى الوقت المحدد مسبقًا، سيدور المحرك في الاتجاه الأمامي.

دوائر H-Bridge: الحل المشترك

تُستخدم دوائر H-Bridge على نطاق واسع لعكس اتجاه دوران المحركات. هذه الدوائر، المكونة من أربعة مفاتيح إلكترونية (الترانزستورات بشكل عام)، تجعل من الممكن التحكم في قطبية التيار المرسل إلى المحرك. في التشغيل العادي، يتم وضع المفاتيح لتمرير التيار في اتجاه واحد، مما يتسبب في دوران المحرك في اتجاه واحد. ومن خلال عكس موضع المفاتيح، يتم توجيه التيار في الاتجاه الآخر، وبالتالي عكس دوران المحرك.

التكوين الأساسي لدائرة H-Bridge

تشتمل دائرة H-Bridge الأساسية على أربعة مفاتيح (عادةً MOSFETs أو ترانزستورات ثنائية القطب). يتم ترتيب المفاتيح على شكل “H”، ومن هنا جاء الاسم. تمثل الجوانب الأفقية للحرف “H” طرفي المحرك، بينما الجوانب الرأسية متصلة بمصدر الطاقة. من خلال عكس حالة المفاتيح، يتم تغيير قطبية التيار في المحرك، وبالتالي عكس دورانه.

** منطق التحكم والأوامر **

يمكن التحكم في دوائر H-Bridge باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات. يمكن استخدام وحدات التحكم الدقيقة أو الدوائر المتكاملة للتحكم في المحركات (ICs) أو حتى الدوائر التناظرية لإدارة منطق التحكم. تحدد إشارات التحكم حالة المفاتيح، مما يسمح بتدوير المحرك في الاتجاه المطلوب.

خاتمة

تلعب دائرة عكس حركة موتور، وخاصة دوائر H-Bridge، دورًا حيويًا في العديد من التطبيقات. إن قدرتها على توفير عكس دقيق ومتحكم لحركة المحركات الكهربائية تجعلها لا غنى عنها في مجال الأتمتة والروبوتات. ومع استمرارنا في تطوير هذه التقنيات وتحسينها، فمن المرجح أن نشهد تحسينات مستمرة في دقة وكفاءة الأنظمة الآلية.