ما هو عزم دوران الممانعة Reluctance Torque؟
يتم اختبار عزم دوران الممانعة (Reluctance torque)أو عزم المحاذاة (alignment torque) بواسطة جسم مغناطيسي حديدي يوضع في مجال مغناطيسي خارجي، ممّا يؤدي إلى اصطفاف الجسم مع المجال المغناطيسي الخارجي. يحثّ المجال المغناطيسي الخارجي على مجال مغناطيسي داخلي في الجسم وبسبب هذا العزم يتم إنتاجه.
يتم إنشاء عزم الدوران بين المجالين اللذين يلفان الجسم حول الخط مع المجال المغناطيسي. وبالتالي، يتم بذل عزم الدوران على الجسم بحيث يحاول وضع نفسه لإعطاء الحد الأدنى من الإحجام عن التدفق المغناطيسي. حيث يُعرف أيضًا باسم عزم الدوران الملحي (Saliency torque) لأنّه يحدث بسبب بروز الآلة.
شرح عزم دوران الممانعة:
عزم دوران الممانعة هو عزم الدوران المتولد لأنّ المحرك يتحرك إلى موضع ينخفض فيه التردد الذي يراه تدفق المحرك. تطبيق بسيط لهذا المبدأ هو مغناطيس الثلاجة، والذي يتم تثبيته في مكانه بواسطة قوة التردد. نظرًا لأنّ التردد على طول مسار تدفق المغناطيس يتم تقليله إلى الحد الأدنى عندما يكون المغناطيس قريبًا قدر الإمكان من ملامسة الثلاجة، فإنّ المغناطيس يحتفظ بمكانه.
يمكن جعل المحركات تستفيد من هذه الظاهرة من خلال بناء الدوّار ليكون له تردد أقل في تدفق اللف مقارنة بتدفق المجال، كما هو الحال بالنسبة للمغناطيس الدائم الداخلي، أو محركات (IPM). في محرك (IPM)، يكون الإحجام الذي يراه تدفق المجال أعلى بكثير من التردد الذي يراه تدفق اللف. والسبب هو أنّ المادة الوحيدة غير الفولاذية في مسار تدفق اللف هي فجوة هواء المحرك. ومع ذلك، يجب أن يمر تدفق المجال من خلال المغناطيس وكذلك فجوة الهواء؛ تقترب نفاذية المغناطيس الأرضي النادر من نفاذية الهواء، لذلك يمر تدفق المجال من خلال مغناطيسين عاليان التردد.
غالبًا ما يكون الفرق في الإحجام (2:1) أو أكثر. غالبًا ما تسمّى هذه المحركات بمحركات هجينة (PM) / ممانعة. الزاوية المثلى لتطبيق التيار لمكون تدفق المغناطيس لعزم الدوران هي (90) درجة؛ بالنسبة للزاوية المثلى للتيار “فيما يتعلق بتدفق المغناطيس” لمكون ممانعة عزم الدوران هي (135) درجة. ستكون الزاوية المثلى لمحرك هجين بسرعات منخفضة “أي بدون إضعاف المجال” بين (90) درجة “تمّ تحسين تدفق المغناطيس” و(135) درجة “تمّ تحسين عزم دوران الممانعة”.
نظرًا لأنّ مكون الممانعة عادةّ ما يكون جزءًا من عزم دوران المغناطيس في محركات (PM)، فإنّ الزاوية المثلى تكون أقرب بكثير إلى (90) درجة ممّا هي عليه إلى (135) درجة. ومع ذلك، فإنّ بعض التقدم في الزاوية “ربما 10 درجات أو 15 درجة” سيزيد في كثير من الأحيان من عزم دوران المحرك بقدر (15٪). هذا مثال على كيفية الاستفادة من عزم دوران الممانعة؛ هناك هياكل محركات أخرى تستخدم عزم دوران الممانعة بشكل مختلف أيضاً.
لماذا يوجد عزم دوران الممانعة في محرك أحادي القطب البارز؟
يتم إنشاء عزم الدوران بسبب بروز القطب. إنّ الممانعة في الدائرة المغناطيسية تماثل المقاومة في الدائرة الكهربائية. إنّه يشبه المقاومة المقدمة لخطوط التدفق المغناطيسي بواسطة الوسط. توفر المعادن مثل الحديد مسارًا منخفضًا للمقاومة وخطوط التدفق مثل تمرير أقل مسار ممانعة. يكون أقل مسار ممانعة على طول محور القطب حيث تكون فجوة الهواء عند الحد الأدنى.
لذلك ستبذل خطوط التدفق قوة على الدوّار لتتماشى مع خطوط التدفق. يتم إنشاء هذا العزم بشكل إضافي إلى عزم الدوران الناتج عن قفل الأقطاب المثارة بمجال مغناطيسي يدور بشكل متزامن. هذا التأثير غائب في آلة الدوار الأسطواني حيث أنّ فجوة الهواء منتظمة. هذه الآلية هي مبدأ العمل وراء محرك الممانعة، ومحرك التردد المبدئي وما إلى ذلك.
قد يستمر محرك القطب البارز في العمل حتى عند فشل الإثارة ولكن ذلك يعتمد على الحمل. إذا كانت الطاقة الناتجة عن آلية التردد غير كافية لدفع الحمل، فسيتم سحب المحرك من التزامن. في حالة عدم وجود حمل، من المحتمل جدًا أن يحافظ عزم دوران الممانعة على التزامن عند فشل الإثارة الميدانية. تساهم قوة التردد بنسبة (5-15 ٪) من القوة المقدرة.
معادلة عزم دوران الممانعة:
يعتمد محرك الممانعة على عزم دوران الممانعة لتشغيله. يتم حسابه بواسطة الصيغة التالية:
Trel = k (V / f)2 × sin (2 δrel)
حيث:
- Trel – متوسط قيمة عزم الدوران المتردد.
- V – الجهد المطبق.
- f – تردد الخط.
- δrel – زاوية عزم الدوران “درجة كهربائية”.
- K – ثابت المحرك.
تمّ تطوير عزم دوران الممانعة بشكل أساسي في محرك الممانعة (reluctance motor). يتم إنتاجه في المحرك بسبب التردد المتفاوت والمتغير. يمكن أن يحدث حد ثباتها بين (δ+ / 4) إلى (δ-/ 4). يشبه الجزء الثابت لمحرك الممانعة المحرك الحثّي أحادي الطور ويكون الجزء المتحرك بشكل عام عبارة عن قفص (squirrel cage).
