آلالات المغناطيس الدائم متعرجة المركز ومتوافقة الخطأ

أهمية الآلات المغناطيس الدائم متعرجة المركز ومتوافقة الخطأ

تم اقتراح حلول متناسقة ومختلفة في الدراسات لتطبيقات خاصة مثل الفضاء الجوي أو بعض أنظمة المحركات الكهربائية الخاصة بالدفع، كما ترتبط المزايا التقليدية لتحقيق هذه الحلول بزيادة عدد المراحل وتطبيق وحدات معزولة حرارياً وكهرومغناطيسياً للتشغيل المستقل لكل وحدة وذلك باستخدام بنية ممغنطة كهربائياً (على سبيل المثال محركات ممانعة مبدلة).

كذلك بالنسبة للمحركات متزامنة مع الحث الذاتي العالي لتجنب التيارات المستمرة الكبيرة وعزم الكبح في حالة حدوث أعطال ماس كهربائي في الملف، ومع ذلك؛ فإن اتجاه التطور الرئيسي في تطوير الآلات الكهربائية التي تتحمل الأخطاء غالباً ما يرتبط بهيكل الجزء الثابت المعياري في الواقع، يساعد الهيكل الثابت المعياري في تقليل الاقتران المغناطيسي المتبادل بين المراحل.

كما ويجعل لفات طور الجزء الثابت أكثر عزلاً عن بعضها البعض، علاوة على ذلك؛ فإن الهيكل الثابت المعياري يجعل من الممكن إزالة الوحدات المعيبة ومواصلة العمل مع بقية الوحدات تحت الحمل الجزئي، أيضاً تم تطبيق هذا الترتيب على مقياس الآلات الكهربائية بشكل منفصل، وذلك لتناسب مستويات طاقة معينة دون تعديل هندستها ولكن فقط عن طريق إزالة الوحدات التي تنتمي إلى واحد أو أكثر من الآلات الأساسية في المحركات الخطية أو الدوارة.

وهنا، يشير مصطلح “الهيكل المعياري” إلى وحدات الجزء الثابت المعزولة تماماً مغناطيسياً (باستثناء التسربات الصغيرة المحتملة للتدفق)، وذلك عكس الهيكل شبه المعياري حيث الفجوة بين الوحدات غير مرغوب فيها وتظهر فقط نتيجة لتجزئة معينة للجزء الثابت (على سبيل المثال لتبسيط عملية التجميع).

المعطيات الكهرومغناطيسية لنظام (PMSM) المعياري

يمكن الحصول على الجزء الثابت المجزأ، والذي يتكون من وحدات منفصلة معزولة تماماً مغناطيسياً عن بعضها البعض، وذلك عن طريق قطع “نير الجزء الثابت”، حيث أن هناك طريقتان محتملتان لقطع نير الجزء الثابت، وهما:

• عندما يشتمل المقطع على مرحلة واحدة فقط.

• عندما يتضمن مقطع ما لفات من مرحلتين.

كذلك من المفيد أن يكون لديك مرحلة واحدة فقط في قطعة ما بسبب التسامح الأفضل مع الخطأ والتجميع الميكانيكي الأسهل، وفي هذه الحالة؛ فإنه يجب إعادة ترتيب نير الجزء الثابت الأصلي، وذلك كما هو موضح في الشكل (1-A)، ومع القطع في الأماكن الموضحة في الشكل (A-2).

ومع مثل هذا الترتيب هناك مرحلة واحدة فقط لكل جزء. يوضح الشكل (A-3) ترتيباً متعرجاً آخر حيث يتم وضع اللفات (الموجودة أصلاً خارج الفتحة الداخلية للمقطع) حول المقرن، وعلاوة على ذلك، حيث يوضح الشكل (1-D) التصميم النهائي للحل المقسم المقترح.

أيضاً ترتبط التعديلات الإضافية في هذا التصميم بزيادة مساحة الفتحة الداخلية للمقطع، أيضاً يتم إضافة ثقوب إضافية (لتثبيت قلب الجزء الثابت) في كل مقطع (اللون الأخضر في الشكل (1-D))، كما أن الثقوب الأصغر مخصصة لشد شرائح اللب مع بعضها البعض والثقوب الأكبر مخصصة لتثبيت القطعة في إطار الجسم الثابت المشترك.

من خلال تطبيق القطع في الهيكل الأحادي؛ فإنه يتم تعديل الحالة المغناطيسية للآلة الأصلية بشكل كبير كما هو موضح في الشكل التالي (2) وخاصةُ في الشكل (2-A) يمكن ملاحظة أن التدفق المغناطيسي في الجهاز الأصلي موزع بطريقة ما بالتساوي داخل نير الدوار والجزء الثابت، ومع ذلك عند تطبيق التخفيضات في نير الجزء الثابت، يتركز التدفق المغناطيسي في مناطق نير الجزء الثابت المتبقية.

كما تتمتع هذه المناطق بكثافة تدفق ذروة مضاعفة تقريبًا مقارنةً بالتصميم المترابط الأصلي، بحيث أنه من الواضح أنه لا يوجد تدفق مغناطيسي كبير في المناطق التي تم فيها قطع نير الجزء الثابت (تم استبداله بالهواء في النموذج)، وهذا يعني أن اللف الموجود داخل الفتحة في المقطع يجب أن يولد ضعفاً كهرومغناطيسياً خلفياً تقريباً مقارنةً بنفس الملف في الجزء الثابت الأصلي المتجانس.

ومع ذلك، وفي نفس الوقت؛ فإنه يجب أن يولد الملف الموجود خارج فتحة المقطع (خلف النير) أصغر بكثير من (EMF) الخلفي، لأن التدفق الذي يخترق هذا الملف يتكون فقط من تدفق التسرب بين جزأين متجاورين، كما يتم التحقق من ذلك من خلال شكل موجة (EMF) خلفي تم إنشاؤه فقط بواسطة لف فتحة المقطع وفقط بواسطة الملف الموجود خارج فتحة المقطع كما هو موضح في الشكل (3-A).

بحيث تكون (EMF) للخلف المتولد في فتحة المقطع هي (6.76 Vpeak) ويمثل (85 ٪)، وذلك من إجمالي (EMF) للطور الخلفي للآلة المتجانسة الأصلية، وهذه المرحلة (EMF) المتولدة في نسبة اللف خارج فتحة المقطع هي (0.95 Vpeak) فقط والتي تمثل (12 ٪) من إجمالي المرحلة (EMF) للتصميم الأحادي، وبالتالي؛ فإنه يمكن الادعاء أن الوضع الفعلي للملف خارج فتحة المقطع لا يؤدي إلى تباين كبير في (EMF) الخلفي الكلي.

القدرة القابلة للتطوير وأداء (MPMSM)

بناءً على نتائج التحليل الكهرومغناطيسي؛ فإنه يمكن الاستنتاج أنه من حيث (EMF) الخلفي وكثافة عزم الدوران؛ فإن الأداء الكهرومغناطيسي لهيكل (PMSM) المعياري الموصوف في هذه الورقة هو أدنى من (PMSM) التقليدي، ومع ذلك؛ فإن الهيكل المعياري المقترح له مزايا معينة على الهيكل الأحادي.

إلى جانب التوافق مع الخطأ وقابلية التوسع (الموصوفة أدناه)؛ فإنه يحتوي فقط على نصف الملفات مقارنة مع الجزء الثابت المتآلف مع ملف مزدوج الطبقة (عدد الدورات لكل مرحلة هو نفسه) وروتين لف أبسط، كما يسمح الهيكل المعياري ذو الملفات المعزولة مغناطيسياً بتقليل الاقتران المغناطيسي بين الملفات بشكل كبير.

وهذا يعني أن خطأ أحد الملفات لا يؤثر على الملفات الأخرى الموجودة في مكان قريب، لذلك إذا تم التحكم في كل جزء (ملف) بشكل مستقل مع هيكل الجزء الثابت المعياري المقترح أو تم ترتيب الاتصال الموازي للملفات في مرحلة واحدة، وفي حالة حدوث عطل؛ فمن الممكن إيقاف تشغيل الملف المعيب مع الحفاظ على تشغيل الجهاز من قبل الآخرين لفائف.

علاوة على ذلك  ومع هيكل الجزء الثابت المعياري المقترح، وذلك باستخدام التحكم المستقل لكل ملف في حالة وجود دائرة قصر في ملف واحد؛ فإنه من الممكن إزالة وحدة الخطأ فقط مع الوحدات الأخرى التي تشتمل على نفس الجهاز الأساسي (لتجنب المغناطيسية قوة سحب غير متوازنة في الاتجاه الشعاعي) واستمر في التشغيل باستخدام الملفات الصحية المتبقية.

وفي هذه الحالة، لا ينتج الملف الموجود في دائرة قصر بعد إزالته قوة مغناطيسية تعارض وضع التشغيل، بحيث يمكن تحقيق إمكانية إزالة واحد أو أكثر من الآلات الأساسية من خلال التحكم في كل آلة أساسية على حدة (مما يزيد من تكلفة التحكم) أو توصيل كل آلة أساسية على التوازي (حيث أن جميع الآلات الأساسية لها نفس التردد الكهرومغناطيسي الخلفي).

وهناك طريقة أخرى إذا كانت الآلة تتكون من جهازين أساسيين أو أكثر وهي خيار إيقاف تشغيل آلة أساسية واحدة في حالة حدوث عطل أو الاحتفاظ بها كآلة احتياطية (غير نشطة) بينما تعمل الآلة (الآلات) الأساسية الأخرى من أجل التكرار، وأثناء استخدام الماكينة لآلة أساسية واحدة على الأقل، من الممكن إزالة وإجراء أعمال الصيانة باستخدام آلة (آلات) القاعدة الاحتياطية.