التطبيق المُحسَّن للمقاومات الفولتية أكسيد المعادن (MOVs) في أنظمة المحركات

1. مقدمة

تُستخدم محركات DC المغزلة على نطاق واسع في الآلات الصغيرة، أدوات الطاقة، الألعاب والإلكترونيات السيارات بسبب بنيتها البسيطة، التكلفة المنخفضة والتحكم المرن. يعتمد تشغيلها على التبديل عبر الفرشاة والمماثل الكهربائي، مما يسمح بالدوران المستمر من خلال تبديل دوري للتيار في لفائف الجناح.
على الرغم من التحديات مثل ارتداء الفرشاة والضوضاء الكهربائية، إلا أن المحركات المغزلة تظل غير قابلة للتعويض في بعض التطبيقات بسبب خصائص التحكم في السرعة الممتازة والموثوقية الهيكلية المعروفة.

2. قضايا التداخل الكهرومغناطيسي واستراتيجيات الحماية

خلال التشغيل، تولد المحركات المغزلة شواهد وكهرباء سريعة أثناء تبديل الفرشاة، مما يؤدي إلى:

التوترات العالية التي قد تضر بالمكونات الدقيقة للدائرة.

التشويش الكهرومغناطيسي المفرط (EMI) الذي قد يمنع الامتثال للمعايير EMC.

بينما يتم استخدام فلاتر BDL (فلاتر منخفضة التردد تتكون من خانقات الوضع المشترك وملفات التكثيف) عادةً لقمع الضوضاء، إلا أنها تكون غير كافية أحيانًا في البيئات المعقدة. لذلك، يُوصى بدمج مقاومات الأكسيد المعدني (MOVs) بالتوازي داخل الدائرة كحل موثوق وفعال لحماية السورج.

3. مبدأ التشغيل لمقاومات الأكسيد المعدني (MOVs)

تعد مقاومات الأكسيد المعدني أجهزة من نوع التع加紧 ذات خصائص جهد-تيار غير خطية، وتتألف من بلورات دقيقة للأكسيد الزنك المشدودة ووسائط عازلة ذات مقاومة عالية.
في ظل ظروف الجهد العادية، تظهر مقاومات الأكسيد المعدني مقاومة شديدة جدًا وتبقى غير موصلة. عندما يتجاوز الجهد المطبق الحدود، يتم تكوين مسار منخفض المقاومة داخل الجهاز، مما يؤدي إلى تدفق التيار بسرعة وكبح الجهد الزائد عند مستوى آمن، وبالتالي حماية المكونات اللاحقة من أضرار السورج.

4. المقارنة مع دوائر الحماية من الجهد الزائد (TVS)

تستخدم دوائر الحماية من الجهد الزائد (TVS) اتصالات PN شبه موصلة وهي مثالية لحماية البيانات ذات التردد العالي والسرعة العالية. في المقابل، توفر حبات MOV، كونها مركبات سيراميك متعددة البلورات، قدرة أعلى على امتصاص الطاقة وتحمل التيار، مما يجعلها مناسبة لخطوط الطاقة البديلة والمعدات عالية القدرة.
بالإضافة إلى ذلك، بسبب السعة寄生 النسبية الأكبر لديها، يمكن أن تحل حبات MOV محل 2 إلى 5 مقاومات فلتر منفصلة في بعض الدوائر، مما يساهم في تصميم عام أكثر تحسينًا.

5. المعاملات الرئيسية لـ MOV

Vrms / Vw: أعلى جهد مستمر للعمل دون تنشيط.

IL: التيار المتسرب تحت أعلى جهد تشغيل، عادةً ≤ 20 μA.

V1mA: جهد الانهيار المقاس عند تيار 1 mA، قريب من عتبة تنشيط الجهاز.

Vc: أعلى جهد قamping تحت موجة طفرية قياسية 8/20 μs (زمن صعود 8 μs، ومدة نصف القمة 20 μs).

IPP: القدرة على تحمل التيار الطفوي ذروته تحت ظروف الاختبار المحددة (موجة 8/20 μs، نبضتان، فاصل زمني لمدة دقيقتين).

6. تطبيقات الحزمة SMD

للمotors الكهربائية الصغيرة ذات الفرشاة والمنتجات الإلكترونية المدمجة، يُوصى باستخدام حواجز الحركة من نوع SMD. توفر هذه المكونات حجماً صغيراً وسهولة في التركيب، وهي مثالية لتطبيقات تتطلب حماية من السحوبات الكهربائية قصيرة المدة ومنخفضة الشدة.

تطبيقات عبوة DIP

بالنسبة للمحركات عالية الطاقة والمحركات الصناعية، يفضل استخدام حواجز الحركة من نوع DIP (عبر الثقب). تتميز هذه الأجهزة بأحجام أكبر وقدرة أفضل على التعامل مع التيار، مما يسمح بإدارة السحوبات الكهربائية عالية الطاقة وضمان استقرار الدوائر التحكم في البيئات القاسية.

إرشادات الاختيار

يجب أن تأخذ عملية اختيار حواجز الحركة في الاعتبار الجهد التشغيلي للمحرك، والطاقة السحبية المسموح بها، والقيود المكانية:

الأجهزة ذات الطاقة المنخفضة → سلسلة SMD من مثبطات الحركة الكهربائية (MOVs)

الأنظمة ذات الطاقة المتوسطة إلى العالية → نوع DIP من مثبطات الحركة الكهربائية (MOVs)

يُوصى أيضًا بدمج مثبطات الحركة الكهربائية (MOVs) مع مرشحات BDL لتحسين أداء كبت الإشارات الكهرومغناطيسية (EMI) بشكل عام.

9. نتائج الاختبار المقارن

بدون حماية: تم رصد ضوضاء EMI كبيرة وتأثيرات شديدة للصدمات.

مع حل MOV + BDL: يتم ضغط الفولتات المتزايدة بفعالية، وتُقلل مستويات التداخل الكهرومغناطيسي، وتصبح نتائج الاختبار مستقرة ومتوافقة.

لمزيد من التحليل الدقيق، يُنصح باستخدام أشكال الموجات الخاصة بمقياس الظواهر الكهربائية قبل وبعد الأحداث المتزايدة، بالإضافة إلى قياسات طيف EMI.

10. المزايا والقيود الخاصة بـ MOVs

المزايا:

فعالة من حيث التكلفة

تكنولوجيا ناضجة وأداء مستقر

قدرة عالية على التيار المتزايد

وقت استجابة سريع

تقلل الحاجة إلى مكونات تصفية إضافية

قيود:

حجم نسبيًا أكبر، ليس مثاليًا للتصاميم المتكاملة للغاية

سعة طفيلية عالية، غير مناسبة لخطوط الإشارات ذات السرعة العالية

ملاحظات الاستخدام:

اعمل ضمن النطاق الحراري المحدد

تجنب التنظيف باستخدام المواد الكيميائية القوية ذائبة الأقطاب

تجنب التوتر الميكانيكي أو التشوه

ثبّت المكونات قبل ثني الأطراف، مع الحفاظ على ≥ 2 مم من طبقة العزل

11. خاتمة

في بيئات EMC المعقدة، اختيار مكونات حماية من السورج المناسبة والمخصصة لاحتياجات التطبيق المحدد هو أمر أساسي لاستقرار أنظمة تحكم المحركات على المدى الطويل.
توفر MOVs حلاً اقتصاديًا فعالاً لبيئة EMC لأنظمة المحركات ذات الفرشاة بسبب قدرتها الممتازة على التعامل مع التيار، ورخصها، وعملية تصنيعها الناضجة. نأمل أن يوفر هذا التحليل رؤى قيمة وإرشادات عملية للمهندسين في المجال.