اقرأ في هذا المقال
بالعادة ما يتم تحسين مساحة المقطع العرضي وعدد لفات الموصل النحاسي وهي أهم أجزاء التركيب الداخلي للمولد الخطي وذلك لزيادة قدرة الخرج إلى الحد الأقصى، كما تعتبر خصائص الحمل أيضاً لأحجام الموصلات المختلفة وأرقام الدوران لتحديد نقطة تشغيل مناسبة، أيضاً سوف يتم مناقشة دمج نظام تبريد في المولد الكهربائي الخطي.
تحليل البناء والتركيب الداخلي للمولد الكهربائي الخطي
يتكون المولد المقترح بشكل أساسي من جزأين، أي الجزء الثابت والجزء المتحرك، كما يتكون المتحرك من النواة المغناطيسية و (PM)، وعلى العكس من ذلك يحتوي كل جزء من الجزء الثابت على قلب مغناطيسي وملف نحاسي، كما تم وصف بناء (DDLG) وخصائص المواد المغناطيسية في الأقسام الفرعية التالية، بحيث يتناسب الجهد المتولد طردياً مع عدد دورات اللف، والذي يمكن حسابه على أنه:
حيث أن:
(e): هو الجهد الكهربائي المستحث في الجزء الثابت.
(N): هو رقم الدوران هو التدفق المغناطيسي.
(t): يمثل الوقت.
وبالنسبة الى البناء والتركيب؛ فإنه يتكون الجزء الثابت من مادة مغناطيسية من النوع “E” حيث يتم تطبيق أحجام مختلفة من الموصلات لتحسين اللف، وذلك كما هو واضح بالشكل التالي (1) كنموذج أولي، كما تعتبر أحجام الموصلات بأبعاد (5مم²، 4 مم²، 3مم²، 2 مم²)، وذلك كما هو مشار إليه بواسطة (X-5 ،X-4 ،X-3، X-2) على التوالي، كما يتم اختيار الموصل (X-3) في النموذج الأولي التجريبي كما هو موضح في الشكل (1-b) وذلك يعرض الجدول (1) والشكل (2) هندسة وبناء المرحلة الثلاثية المقترحة (LG) على التوالي.
كذلك يتم عرض القلب المغناطيسي على شكل “E” بشكل منفصل، كما يتم وضع ملف الموصل في منتصف اللب مكوناً الجزء الثابت من المرحلة (a)، بحيث يتم إنشاء مرحلتين أخريين، أي المرحلة (B) والمرحلة (C) بالمثل، كما يتم وضع الجزء الثابت والمترجم رأسياً للحفاظ على فجوة الهواء.
وفيما بعد تم تصنيع المُعرف بمغناطيس دائم ونوى مغناطيسية، بحيث يقترن كلا وجهي النواة المغناطيسية بمغناطيس دائم باتباع التوجيه الصحيح، كما تُجرح اللفات بشكل منفصل على النواة المغناطيسية وتخصص المساحة داخل قلب “E” إجمالي مساحة المقطع العرضي (918mm2) للملف، والتي تحدد (N) أيضاً، كما يتطلب اللف بسلك رفيع لفات أكثر من تلك الخاصة بسلك المقطع العرضي الكبير، وعلاوة على ذلك ينتج عن الموصلات الرفيعة والطويلة مقاومة عالية يمكن حسابها على أنها:
حيث أن:
(R): هي المقاومة.
(ρ): هي المقاومية.
(L): طول السلك النحاسي.
(A): هي منطقة المقطع العرضي للموصل.
وبالتالي ومع مساحة المقطع العرضي الإجمالية (918) مم²، وفي الجزء الثابت يكون الحد الأقصى المحتمل لعدد الدورات هو (460، 306، 230، 184) للأسلاك (X-2 ،X-3 ،X-4 ،X-5) على التوالي، بحيث يظهر مخطط (Phasor) لـ (LG) المقترحة في الشكل التالي (3).
وبالنسبة الى خصائص المواد المغناطيسية، يظهر الشكل التالي (4) منحنيات إزالة المغناطيسية لكل من المغناطيس الدائم (N30H) التقليدي والمغناطيس الدائم عالي التصنيف (N45).
النموذج الرياضي للمولد الكهربائي الخطي المقترح
النظام المقترح يتكون من قسمين أساسيين، أحدهما هو (DDLG) نفسه والآخر هو نظام التبريد، كما يتم وصف المولد الخطي المقترح رياضياً في القسم الفرعي التالي، بحيث يتم أيضاً صياغة الخسائر التي تحدث.
النموذج الرياضي المقترح للمولد الكهربائي الخطي (DDLG)
في هذا القسم يتم وصف الجهد والتيار الكهربائي والطاقة وفقدان النواة وفقدان النحاس في (LG) المقترح رياضياً باستخدام نموذج محورين، كما يمكن حساب جهد الجزء الثابت للآلة المقترحة على شكل:
حيث أن:
(Sa): هو جهد الجزء الثابت.
(ra): هي مقاومة لف الجزء الثابت.
(Ia): هو التيار الثابت.
(Iq): هو التيار في المحور التربيعي (q -axis).
(Id): هو التيار في المحور المباشر (d -axis).
(Xq): هو مفاعلة (q -axis).
(EF): هي جهد المجال المكافئ.
(Xd): هي مفاعلة (d -axis).
(fdo): هي فولتية (d -axis) بدون مخمد.
(fqo): هي الجهد في (q -axis) بدون مخمد.
ونظراً لأن (DDLG) المقترح عبارة عن آلة كهربائية متزامنة؛ فإنه يجب أن يكون (EF) متقدماً على (Vt) بحيث يمكن حساب طاقة الخرج (P0) على أنها:
حيث أن (δ) هي زاوية عزم الدوران، كما يتم حساب الخسارة الأساسية للآلة المقترحة من خلال:
حيث أن:
(Pc): هي الخسارة الكلية الأساسية.
(Pe): هي خسارة التيار الدوامة.
(Ph): هي خسارة التباطؤ.
(Pad): هي الخسارة الزائدة.
كما يمكن استخدام التعبير المعمم لحساب الخسارة الأساسية من خلال:
حيث أن:
(f): هو التردد الكهربائي.
(Bm): هو أقصى كثافة تدفق.
(c): هو الثابت الذي يعتمد على خصائص المادة المغناطيسية.
(Me): هو مكونات الخسارة الأساسية، بحيث يمكن حساب خسارة النحاس على أنها:
نموذج نظام التبريد الخاص بالمولد الكهربائي الخطي
للتحكم في عملية التبريد، تم تطوير نموذج رياضي، والذي تم اعتماده في هذه الدراسة، بحيث يمكن حساب متغيرات طريقة تقليل الحرارة، كما يمكن تقدير كمية المياه المفقودة بسبب التبخر من خلال مراقبة حالات مرور الهواء عبر برج التبريد.، كذلك يوضح الشكل التالي (4) مخطط الكتلة الذي يصف إجراء نظام التبريد المقترح.
كما تتمثل الخطوة الأولى في حساب خسائر اللب والنحاس، وبعد ذلك يتم النظر في الخسائر الميكانيكية الناتجة عن الاحتكاك والقصور الذاتي وما إلى ذلك، كذلك يتم تقدير كمية الحرارة المتولدة من الخسارة، بحيث يتم تبديد الطاقة الحرارية عن طريق تبخر الماء، وبالتالي يتم حساب كمية الماء المطلوبة لامتصاص الحرارة المقدرة، وبعد ذلك يتم تحديد معدلات تدفق الماء والهواء للتشغيل القابل للحياة.
أيضاً يتم التعبير عن معدل فقد الماء المتبخر بالاختلاف بين معدل التدفق الكتلي للمياه الداخلة إلى البرج ومعدل التدفق الكتلي للمياه الخارجة من البرج، كذلك (mtl) بحيث يمكن أيضاً تحديده بضرب تدفق كتلة الهواء، وذلك مع الفرق بين محتوى الرطوبة للهواء الخارج من البرج ومحتوى الرطوبة للهواء الداخل إلى البرج (ωte)، بحيث يمكن حساب قيمة (ma) كـ:
كما يمكن التعبير عن العلاقة بين قوة المروحة و (P) و (ma) كـ:
حيث أن:
(mar): هو التدفق الكتلي الاسمي للهواء الداخل إلى برج التبريد.
(Pr): هي القدرة المقدرة للمروحة.
كذلك تكون قيمة (n) هي (1) لسرعة المروحة الثابتة، لذلك إذا تم تشغيل المروحة بسرعة متغيرة؛ فإن قيمة (n) تصبح (3) وفقاً لقانون المكعب، كما يشتمل نظام التبريد لـ (DDLG) المقترح على محرك متغير السرعة لتشغيل المروحة بأي سرعة، كذلك تعتبر الطاقة المستهلكة للمروحة (3٪) من إجمالي الطاقة، كما يبلغ الحد الأدنى لمعدل التدفق حوالي (10٪) من معدل التدفق المقدر، وبالتالي إذا كان نطاق درجة الحرارة معروفاً؛ فيمكن حساب طاقة المروحة بسهولة.
وأخيراً لقد وجد أن (DDLG) المقترح المحسن ينتج أعلى قيمة، كما يتم أيضاً تحليل الخصائص المغناطيسية جنباً إلى جنب مع تحسين اللف، ونظراً لأن الخسارة الأساسية ثابتة تقريباً، ولتكرار معين من التشغيل؛ فإن فقد النحاس يتركز لأنه يعتمد على حالة الحمل الكهربائي.
