إجراءات تصميم الغلاف الخارجي للمحرك التعريفي

ترتيب إجراءات تصميم الغلاف الخارجي للمحرك التعريفي

وفقاً للتطبيقات المحددة والمطلوبة صناعياً؛ فإنه يمكن أن تخضع عدة نقاط من خصائص سرعة عزم الدوران الخاصة بـ (SCIM) للحد الأدنى من المتطلبات، والأكثر شيوعًاً هي ظروف التشغيل في البداية والتصنيف والانهيار، وذلك على الرغم من أن بعض التطبيقات المعينة قد تتطلب أحياناً عزم سحب شديد وأقل كفاءة عند الأحمال الجزئية.

وفي دراسة الحالة هذه؛ فإنه تم اختيار الكفاءة المقدرة جنباً إلى جنب مع عزم بدء التشغيل لتعظيمهما وفقاً لقيمة قصوى للنسبة بين التيارات الأولية والتيار الكهربائي المقرر، لذلك يتم حساب أداء البدء من خلال إجراء تحليل عنصر محدود متناسق زمنياًَ واحداً يتم تغذيته بالجهد للماكينة قيد التقييم.

أيضاً تعتمد نقطة التشغيل المقدرة والمعرفة على أنها الانزلاق الذي توفر فيه الآلة عزم الدوران المقدر على هندسة الماكينة بما في ذلك ميزات فتحة الدوار، ونتيجة لذلك؛ فإنه لكل تقييم هندسة آلة، كما يجب تحديد القسيمة المقدرة.

وبمجرد حساب الأداء أي “عزم الدوران” والتيار المقابل لقطعتين مفترضتين في البداية، بحيث يمكن إجراء البحث عن القسيمة المقدرة باستخدام طريقة القاطع المعروفة، كما تم وصف جميع تفاصيل تعريف القسيمة المصنفة، بما في ذلك استراتيجية لتقليل التكرارات المطلوبة للعثور على نقطة التشغيل المصنفة.

أيضاً يتم حساب أداء كل قسيمة من خلال حل الدائرة المكافئة أحادية الطور التي تتميز بالمعطيات المجمعة المحددة باستخدام محاكاة العناصر المحدودة التوافقية الزمنية (TH-FEA)، ومن بين الطرق الحالية التي تهدف إلى تحديد معلمات الدائرة المكافئة لـ (SCIM) من (TH-FEAs)؛ فإنه تم اعتماد تلك التي تم الإبلاغ عنها وذلك نظراً لدقتها المحسنة حتى عند تقييم هندسة فتحة الدوار المغلقة.

ومن أجل تجنب وصف كل معلمات للنطاق الحالي بأكمله؛ فإنه تم اقتراح طريقة تكرارية، وذلك في كل تكرار، بحيث تتم مقارنة الحل المحسوب الحالي للدائرة الكهربائية المكافئة مع الدائرة المستخدمة في (TH-FEA) وعندما يتم الوصول إلى خطأ مقبول بين هذه القيم، كما يتم تحديد أداء الحالة المستقرة للقسيمة المحاكاة.

لذلك يلخص الشكل التالي مخطط انسيابي لطريقة تقدير الأداء العام، بحيث لا يتم تمكين الحلقة الحرارية الخارجية (FE) التي تهدف إلى تحديد درجات حرارة الحالة المستقرة لكل من لفات الجزء الثابت والدوار أثناء التحسين، ولكنها تُستخدم فقط أثناء إعادة تقييم ما بعد المعالجة للآلات الكهربائية المثلى، ومن خلال القيام بذلك، يتم تقليل التكلفة الحسابية بشكل كبير دون التأثير على دقة نتائج التحسين.

كما أن المتغيرات الهندسية التي سيتم تحديدها أثناء تصميم الجزء الدوار محاطة بدائرة باللون الأحمر في الشكل السابق، بحيث تسمح المعلمات المعتمدة لكل وحدة بالرسم، وبالتالي التحقق من جميع المتغيرات المتماثلة الممكنة للفتحات الدوارة المفردة والمزدوجة، بحيث يوضح الشكل التالي بعض العينات من الأشكال الهندسية الممكنة التي تم استكشافها.

التحقق التجريبي من طريقة تقييم الأداء للمحرك التعريفي

يتم حساب أداء (SCIM) الجاهز بالمنهجية المفصلة في القسم الثاني ومقارنتها بنتائج الاختبار التجريبي، كما تم الإبلاغ عن الخصائص الرئيسية والمعلمات الهندسية للمحرك قيد الاختبار، والهدف من هذه الفقرة هو تقييم دقة نهج تقييم الأداء المستخدم في جميع أنحاء المقدمة في تحليل العمق.

بحيث يتكون جهاز الاختبار التجريبي من (SCIM) قيد الاختبار متصل بمحرك (DC) متحكم في السرعة عبر محول عزم الدوران كما هو موضح في الشكل التالي، كما تم وضع المزدوجات الحرارية في اللفات النهائية للمحرك من أجل قياس درجة حرارة الملفات الموجودة على على حد سواء محرك نهاية وليس محرك نهاية المحرك. لكل نقطة تشغيل.

أيضاً تم قياس قوى الإدخال والإخراج باستخدام مستشعر عزم الدوران ومحلل الطاقة لتحديد أداء الحالة المستقرة الكهرومغناطيسية للمحرك قيد الاختبار، كما يوضح الشكل التالي مقارنة بين النتائج التجريبية والنتائج المتوقعة لكل وحدة من حيث عزم الدوران وتيار الجزء الثابت وعامل القدرة والكفاءة.

كما أظهرت الكميات المقارنة توافقاً جيداً، مما يؤكد دقة منهج تقييم الأداء المعتمد وبالتالي صحة تمارين المقارنة بين أقفاص الألمنيوم والنحاس. يوضح الشكل السابق (H)، والذي يمثل الانتقال الحراري لتحقيق درجة حرارة لف الحالة المستقرة عندما يولد المحرك عزم الدوران المقنن، بحيث تم اختبار نقاط التشغيل التي تزيد عن قيمة الانزلاق المقدرة (ظروف الحمل الزائد) بسرعة لتجنب ارتفاع درجة حرارة المحرك.

نتائج قفص الألومنيوم المثلى

يظهر الشكل التالي (A) الكفاءات المقدرة وعزم الدوران المبدئي لمعظم (SCIMs) أداءً مع قفص من الألومنيوم، بحيث تم الحصول على هذه النتائج من خلال ثلاثة من أهم التحسينات، ومع الأخذ في الاعتبار ثلاث قيم مختلفة لنسب التيار القصوى [(kI = 5.4 / 7.4 / nd]، حيث تشير الثانية إلى غير محددة).

حيث أن المعامل (kI) هو النسبة بين التيارات الأولية والتيارات المقدرة، كما يمكن ملاحظة أن مدى التباين في عزم دوران البداية أكبر بكثير من الكفاءة المقدرة، بحيث يسمح تخفيف حد التشغيل الحالي بتحقيق كفاءة أعلى، ومع ذلك؛ فإنه ومع زيادة (kI) تظهر زيادة في الكفاءة تقل وتصبح لاغية للتصميمات التي تتميز بعزم دوران عالي.

وكما هو متوقع، يزداد سطح فتحة الجزء الدوار (كما هو موضح في الشكل السابق (B)، مع زيادة الكفاءة المقدرة، تتميز الفتحات الصغيرة بمقاومة بدء أعلى وعزم دوران مرتفع للغاية، من ناحية أخرى تسمح الفتحات الأكبر بمقاومة أقل تصنيفاً وبالتالي كفاءة تصنيفية أعلى.

كما يسمح تخفيف قيود النسبة الحالية بأسطح فتحات أكبر مما يؤدي بدوره إلى تصميمات ذات كفاءة تصنيفية أعلى لعزم دوران معين. البيان الأخير يثبت فقط في نطاق عزم الدوران المنخفض والمتوسط، وفي الواقع، وبالنسبة للتصاميم التي تنتج عزم دوران عالي؛ فإن زيادة حد النسبة الحالية يسمح بتحقيق نفس الكفاءة المقدرة ولكن مع مساحة فتحة أقل.

حيث يمثل الشكل السابق (C) يوضح النسبة بين تيارات البداية والتيار المقنن، وعندما تكون النسبة الحالية مقيدة؛ فإن النسبة الحالية الفعالة تصل دائماً إلى الحد المفروض، وعلى العكس من ذلك عندما تكون غير محدودة؛ فإنها تزداد مع الكفاءة المقدرة.

الاستبدال المباشر للألمنيوم بالنحاس

من الممارسات التصميمية الشائعة لتحسين الكفاءة المقدرة الاستبدال المباشر لمواد القفص الدوار التي تمر من الألومنيوم إلى النحاس، لذلك لم يتم التحقيق بشكل كامل في آثار هذا الاستبدال على جميع مؤشرات الأداء والإبلاغ عنها في الدراسات وهذه الفقرة تحاول سد هذه الفجوة.

لذلك؛ فإنه يتم تطبيق هذا الاستبدال على التصميمات المُحسَّنة لقفص من الألومنيوم الموضح في الشكل التالي الذي يتميز بمجموعة كبيرة من الأداء من حيث عزم الدوران المبدئي والكفاءة المقدرة ونسبة التيار، بحيث يلخص الشكل التباين في النسبة المئوية لكل الأداء الذي يؤخذ في الاعتبار عند استخدام النحاس فيما يتعلق بأداء التصميمات الدوارة المثالية من الألومنيوم لخط الأساس.