في أنظمة تكييف الهواء الحديثة، محركات المروحة تلعب دورا مركزيا. ويجب ألا توفر تدفق هواء مستقرًا فحسب، بل يجب أيضًا أن تضمن التشغيل طويل الأمد والفعال والموثوق به. ولتحقيق ذلك، تم تصميم محركات المروحة ودوائر القيادة الخاصة بها بـ "حماية ثلاثية" متطورة: حماية التيار الزائد، وحماية الجهد الزائد، وحماية درجة الحرارة الزائدة. تعمل آليات الحماية هذه بمثابة "حراس" للمحرك، حيث تستجيب بسرعة لظروف التشغيل غير الطبيعية لمنع حدوث أضرار أو حتى حوادث أكثر خطورة.
الحماية من التيار الزائد: إيقاف "الفيضانات" الحالية
تعد الحماية من التيار الزائد أحد إجراءات الحماية الأكثر شيوعًا لمحركات المروحة، وهي مصممة لمنع احتراق المحرك بسبب التيار الزائد. يمكن أن تحدث زيادات غير طبيعية في التيار لعدة أسباب، مثل تعطل شفرات المروحة، أو تعطل المحامل، أو قصر دائرة القيادة، أو تقلبات الجهد المفرطة. عندما يتجاوز التيار القيمة المقدرة للمحرك، يتم توليد تسخين جول كبير، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الملف بسرعة، مما يؤدي في النهاية إلى فشل العزل أو حتى الاحتراق.
يمكن تنفيذ الحماية من التيار الزائد بعدة طرق:
استشعار تيار الأجهزة: هذه هي الطريقة الأكثر مباشرة وموثوقية. يقوم المهندسون عادةً بتوصيل مقاومة استشعار التيار (مثل مقاومة التحويل أو مستشعر تأثير هول) على التوالي مع دائرة القيادة لمراقبة التيار المتدفق عبر المحرك في الوقت الفعلي. عندما يتجاوز الجهد عبر المقاوم عتبة محددة مسبقًا، تكتشف شريحة التشغيل (MCU/DSP) حدث تيار زائد وتقطع الطاقة عن المحرك على الفور. توفر هذه الطريقة استجابة سريعة وهي جوهر دائرة الحماية.
تحديد تيار البرنامج: في برامج تشغيل محركات المروحة التي يتم التحكم فيها بواسطة PWM (تعديل عرض النبض)، يمكن تحقيق تحديد التيار من خلال خوارزمية برمجية. تقوم شريحة التشغيل بأخذ عينات من التيار بشكل مستمر. عندما يقترب التيار من مستوى خطير، تعمل وحدة التحكم الدقيقة بشكل استباقي على تقليل دورة عمل PWM، وبالتالي تقليل جهد الخرج والتيار، والحفاظ على التيار ضمن نطاق آمن. توفر هذه الطريقة حماية أكثر دقة وتمنع ارتفاعات التيار العابرة.
الصمامات: يعد استخدام فتيل مكثف قابل لإعادة الضبط (PPTC) أو فتيل يمكن التخلص منه عند مدخل الطاقة طريقة بسيطة وفعالة لحماية التيار الزائد. عندما يتجاوز التيار مستوى معينًا، تزداد مقاومة PPTC بشكل كبير، مما يحد من التيار؛ من ناحية أخرى، يذوب المصهر القابل للتصرف، مما يؤدي إلى فصل الدائرة تمامًا. على الرغم من بساطتها، إلا أن هذه الطريقة لا يتم استردادها تلقائيًا وتتطلب الاستبدال اليدوي.
الحماية من الجهد الزائد: تحمي من ارتفاع الجهد
تعمل حماية الجهد الزائد في المقام الأول على معالجة الفولتية العالية بشكل غير طبيعي لمصدر الطاقة. على سبيل المثال، يمكن أن تتسبب تقلبات الشبكة أو ضربات البرق أو فشل وحدة الطاقة في حدوث ارتفاعات عابرة في الجهد. يمكن أن يؤدي الجهد الزائد إلى تعطل شرائح التشغيل (مثل MOSFETs) والمكثفات، وفي الحالات الشديدة، يمكن أن يتسبب في نشوب حرائق في لوحة الدائرة.
تشمل طرق الحماية من الجهد الزائد ما يلي:
ثنائيات TVS (مثبط الجهد العابر): يعد توصيل ثنائي TVS (مثبط الجهد العابر) بالتوازي مع مدخل مصدر الطاقة إجراء حماية شائعًا. يُظهر الصمام الثنائي TVS مقاومة عالية تحت الجهد العادي. عندما يتجاوز الجهد مؤقتًا جهد التثبيت الخاص به، فإنه يوصل بسرعة، ويحول الطاقة الزائدة إلى الأرض، وبالتالي تثبيت الجهد إلى مستوى آمن وحماية الدوائر اللاحقة.
المكثف: تعمل المكثفات على مبدأ مشابه لثنائيات TVS، ولكنها تتمتع بسرعة استجابة أبطأ وقدرة أكبر على امتصاص الطاقة. يتم استخدامها عادةً لامتصاص طفرات الجهد العالي الطاقة وحماية الدوائر من التلف.
حماية البرنامج: يقوم المحول التناظري إلى الرقمي (ADC) المدمج في شريحة التشغيل بمراقبة جهد مصدر الطاقة في الوقت الفعلي. عندما يتجاوز الجهد عتبة آمنة، يقوم البرنامج بتنفيذ إجراءات حماية الجهد الزائد، مثل إيقاف خرج السائق والدخول في وضع حماية الخطأ حتى يعود الجهد إلى وضعه الطبيعي.
الحماية من الحرارة الزائدة: الحماية من التآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية
ستستمر محركات المروحة في التسخين عند التشغيل تحت حمل مرتفع لفترات طويلة أو عندما يكون تبديد الحرارة ضعيفًا. تضر درجات الحرارة المرتفعة بالمكونات الإلكترونية وملفات المحرك، مما يتسبب في تدهور العزل وإزالة المغناطيسية المغناطيسية وفشل تشحيم المحمل، مما يؤدي في النهاية إلى تلف دائم للمحرك. تعد الحماية من الحرارة الزائدة أمرًا بالغ الأهمية لضمان موثوقية المحرك على المدى الطويل.
يتم تنفيذ الحماية من الحرارة الزائدة في المقام الأول من خلال الطرق التالية:
الثرمستورات (NTC/PTC): يعد تركيب الثرمستورات NTC (معامل درجة الحرارة السالب) أو PTC (معامل درجة الحرارة الموجب) على لفائف المحرك أو مشعات الحرارة الخاصة بالسائق ممارسة شائعة. تنخفض مقاومة NTC مع زيادة درجة الحرارة، بينما تنخفض مقاومة PTC. من خلال مراقبة التغير في مقاومة الثرمستور، يمكن لوحدة التحكم الدقيقة تحديد درجة حرارة المحرك بدقة. عندما تتجاوز درجة الحرارة حد الأمان المحدد مسبقًا، تبدأ وحدة التحكم إجراءً وقائيًا، مثل تقليل سرعة المحرك لتقليل الحرارة أو إيقاف تشغيل مصدر الطاقة مباشرة.
مستشعر درجة حرارة الشريحة الداخلية: تحتوي بعض شرائح التشغيل أو وحدات التحكم الدقيقة المتطورة على مستشعرات درجة حرارة مدمجة. تقوم هذه المستشعرات المدمجة بمراقبة درجة حرارة الشريحة في الوقت الفعلي. عندما ترتفع درجة حرارة الشريحة، فإنها تقلل تلقائيًا من تردد التشغيل أو توقف الإخراج لمنع الإرهاق. مستشعر درجة الحرارة الخارجي: بالنسبة للمحركات عالية القدرة، غالبًا ما يتم تثبيت مستشعر درجة حرارة مستقل (مثل ترموكبل) على غلاف المحرك لمراقبة درجة حرارة المحرك الإجمالية بدقة أكبر وتوفير ردود فعل لنظام التحكم الرئيسي. إذا تجاوزت درجة الحرارة الحد المحدد، فسيقوم نظام تكييف الهواء بإجراء التعديلات المناسبة، مثل إصدار إنذار أو إيقاف تشغيل الوحدة.
