كمكون رئيسي يوفر تدفق الهواء في أنظمة التهوية ، محرك التنفس الصناعي غالبًا ما يحتاج إلى البدء والتوقف بشكل متكرر أثناء التشغيل ، اعتمادًا على معدل الجهاز التنفسي للمريض ووضع التهوية. خاصة في ضبط أوضاع التهوية تلقائيًا (مثل APAP و BIPAP و CPAP) ، يجب أن يظهر المحرك استجابة سريعة للغاية واستقرار التشغيل العالي. يمكن أن تسبب البدايات والتوقف المتكررة تغييرات متكررة في الجمود الحركي ، وتراكم الحرارة ، والارتداء الميكانيكي ، والصدمة الكهربائية ، مما يستلزم التحليل الفني متعدد الأوجه والتحقق الهندسي.
متطلبات الأداء الكهربائي للبدايات المتكررة وتوقف
يجب أن يحافظ المحرك على إمكانيات البدء والفرامل السريعة أثناء البدايات المتكررة والتوقف. تشمل مؤشرات الأداء الرئيسية مقاومة صدمة لفائف المحرك ، وسرعة تفاعل التسليح ، وقمع التذبذب الحالي. تستخدم محركات Ventilator عالية الجودة عادة محركات DC بدون فرش (BLDCS) ، والتي توفر الخصائص الكهربائية التالية:
قدرة معالجة تيار عابرة قوية
عزم دوران مرتفع
وقت البدء أقل من 200 مللي ثانية
نظام التحكم مع وظيفة البدء الناعم
يحتوي وحدة التحكم على تنظيم سرعة PWM المدمج لمنع الطفاح الحالي
يمكن أن يؤدي استخدام دوائر التحكم في الحلقة المغلقة (مثل مستشعر تأثير القاعة أو ردود الفعل المشفر) إلى تحسين دقة بدء التشغيل وسرعة الاستجابة ، مما يضمن التحكم الدقيق في التهوية حتى في ظل ظروف البدء عالية التردد.
تأثير بدء التشغيل المرتفع على الإدارة الحرارية الحركية
ترافق كل عملية بدء التشغيل زيادة في التحويل الحالي والطاقة. خلال ظروف البدء عالية التردد ، تكون اللفات المحركية عرضة لتراكم الحرارة المستمر ، مما يؤدي إلى درجات حرارة مفرطة. لضمان تشغيل مستقر ، مطلوب استراتيجيات الإدارة الحرارية التالية:
المواد العازلة عالية الجودة (الفئة F أو أعلى) تحمي اللفات
المواد العالية الموصلية الحرارية تعمل على تحسين كفاءة تبديد الحرارة
تصميم سكن محرك باستخدام سبيكة الألومنيوم مع زعانف تبديد الحرارة
يحتوي وحدة التحكم على وحدة تكامل لاكتشاف درجة الحرارة المتكاملة للتحكم في درجة الحرارة في الوقت الفعلي
جنبا إلى جنب مع تبريد الهواء القسري أو أنابيب تسخين أنظمة التبريد الإضافية
إذا لم يتم تصميم نظام الإدارة الحرارية بشكل صحيح ، فسوف يعاني المحرك من تدهور الأداء أو تقصير العمر أو حتى الإرهاق بسبب ارتفاع درجة الحرارة.
المتانة الميكانيكية في ظل ظروف بدء التشغيل المتكررة
تعاني المحركات من صدمة ميكانيكية كبيرة أثناء البدايات المتكررة والتوقف ، وخاصة من التغييرات المتكررة في القصور الذاتي الدوار ، والتي يمكن أن تسبب التآكل في التآكل ، اختلال الدوار ، وتخفيف المكره. توفر محركات Ventilator عالية الجودة المزايا الميكانيكية التالية:
توازن ديناميكي عالي الدقة يضمن تشغيل دوار مستقر
محامل الكرة أو محامل السيراميك يقاوم الاهتزازات عالية التردد
يتم استخدام تصميم مخزن مؤقت ممتصة الصدمات بين عمود الدوار والسكن
تحمل الحياة أكثر من 30،000 ساعة ، ودعم عملية بدء التشغيل المستمرة
تم تزويد عمود المحرك مع المكره المعجبين عالي الدقة لمنع التغلب
يتطلب تصميم القوة الميكانيكية اختبار بدء التشغيل عالي التردد (على سبيل المثال ، ملايين الدورات) خلال مرحلة النموذج الأولي لضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل دون التعب الهيكلي.
تحسن استراتيجية التحكم في تحسين الاستقرار
تلعب استراتيجية التحكم في محرك جهاز التنفس الصناعي دورًا رئيسيًا في العمل في ظل ظروف بدء التشغيل المتكررة. تستخدم أنظمة التحكم المتقدمة عادةً التقنيات التالية:
التحكم في سرعة الحلقة المغلقة PID الرقمية
الإشارة التناظرية استراتيجية بدء تشغيل الكشف عن الصفر
تصميم دائرة التصفية لمنع التداخل التوافقي
خوارزميات البدء الناعمة وإيقافها لتقليل الصدمة الميكانيكية
خوارزميات تعويض الطاقة لظروف بدء ووقف التردد العالي
تضمن استراتيجيات التحكم هذه الاستجابة السريعة مع تقليل استهلاك طاقة النظام والتداخل الكهرومغناطيسي ، وبالتالي تحسين الاستقرار الكلي.
تأثير بدء التشغيل والتواتج العالي على نظام إمدادات الطاقة
قد تتسبب البدء المتكرر لمحركات التنفس الصناعية في تقلبات الحمل الحالية في نظام إمداد الطاقة. للحفاظ على استقرار نظام الطاقة ، هناك حاجة إلى التكوينات التالية:
مصدر طاقة إدخال DC واسع النطاق (على سبيل المثال ، 12 فولت/24V/48V) لدعم الأحمال الديناميكية
وحدة مراقبة الجهد وتنظيم الجهد المدمج في وحدة التحكم
ثنائيات أجهزة التلفزيون لحماية رد الفعل في منفذ إدخال الطاقة
دائرة Snubber مكثف لتنعيم بدء التشغيل الحالي
محول للطاقة مع استجابة ديناميكية وحماية القصيرة الدائرة
تحدد الاستجابة السريعة لنظام إمدادات الطاقة ما إذا كان يمكن للمحرك الحصول بسرعة على التيار المطلوب خلال كل بداية والحفاظ على مخرجات مستقرة.
سيناريوهات التطبيق النموذجي لبدء وبدء التردد العالي
في تطبيقات Ventilator التالية ، يجب أن يدعم محرك Ventilator بدء تشغيل ووقف التردد العالي:
جهاز التنظيم التلقائي لتنظيم الضغط (APAP)
ضغط مجرى الهواء الإيجابي (BIPAP)
ضغط مجرى الهواء الإيجابي المستمر (CPAP) وتبديل الوضع S
وضع تشغيل جهاز التنفس عالي التدفق للأوكسجين
تبديل الوضع السريع للإنقاذ
في هذه السيناريوهات ، يتقلب تنفس المريض بشكل كبير ، ويتطلب استجابة في الوقت الفعلي من الجهاز. لذلك ، تصبح إمكانية البدء والإيقاف في المحرك عالي التردد مؤشر أداء رئيسي.
