اقرأ في هذا المقال
ضرورة التحقق التجريبي مع الأحمال من محرك ذاتي الإثارة
تقليدياً تم استخدام محرك تحريضي (IM) قادر على البدء الذاتي عن طريق توصيل “مصدر طاقة” تيار متردد تجاري على نطاق واسع كمحرك صناعي للأغراض العامة به مروحة أو مضخة كحمل بسبب الطلب على خفض تكلفة نظامه. حيث أن “آلات الحث” منخفضة التكلفة بسبب أنظمة القيادة التي لا تتطلب محولات أو أجهزة استشعار، ولكن من ناحية أخرى؛ فإنها تتطلب تيار إثارة للحصول على تدفق مغناطيسي للمجال، مما يجعل تحقيق كفاءة أعلى أكثر صعوبة.
كما يمكن تحسين الكفاءة باستخدام “محرك كهربائي متزامن” (مغناطيسي دائم) (PMSM)، بحيث لا يتطلب تيار إثارة منفصل، ولكن العاكس لا غنى عنه لأن “PMSM” لا يمكن من حيث المبدأ أن يبدأ من تلقاء نفسه، لذلك لم يتم استخدامه على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية من وجهة نظر تكلفة النظام.
لذلك لاحقاً تم تطوير البحث حول المحرك “المتزامن المغناطيسي” الدائم من نوع خط البداية (LS-PMSM) له وظيفة بدء “التشغيل الذاتي”، وذلك عن طريق تضمين الموصل الثانوي حول المحيط الخارجي للدوار، تم تطويره في السنوات الأخيرة، كما تمت دراسة بنية “الفجوة المحورية” أو بنية الجزء الثابت المزدوج بغرض تحسين كثافة عزم الدوران.
أيضاً يتميز هذا النوع من المحركات بإنتاجية عالية وكفاءة عالية في وقت التزامن، ومن ناحية أخرى؛ فإن هناك مشاكل مثل عزم الفرامل الناجم عن تدفق المغناطيس الدائم أثناء القيادة بشكل غير متزامن، وبعد البدء مباشرة، يتم ربط تدفق مغناطيسي كبير متناوب مع تردد الانزلاق بالمغناطيس، لذلك هناك خطر إزالة المغناطيس.
وعلاوة على ذلك؛ فإن هناك مشكلة تتمثل في أنه من الصعب تقليل فقد النحاس في المحرك بسبب هيكل الجزء الثابت المتعرج الموزع، وذلك من أجل منع هذه المشاكل، كما أن هناك تقنيات مثل اعتماد مغناطيس عالي القوة القسرية مع كمية كبيرة من الأرض النادرة مثل (Dy) أو (Tb) المضافة أو هيكل الجزء الثابت المتعرج الموزع باستخدام قضيب سلكي مستطيل مُشكل مسبقاً.
كما تم تشكيله مسبقاً لتقصير الملف إنهاء المسار وتقليل قيمة المقاومة، ومع ذلك تزداد التكلفة دراسة أخرى، وعلى الرغم من اختلاف مفهوم التصميم، تم الإبلاغ عن محرك متزامن ثلاثي الأطوار من نوع حقل مجروح بدون فرشاة، بحيث يبدأ ذاتياً باستخدام “ظاهرة جرجس” في وقت البدء.
ومع ذلك؛ فإن هناك قيود هيكلية مثل الحاجة إلى دمج لف خط البداية في الجزء الثابت ومفتاح للتبديل بين لف خط بدء التشغيل ولف عضو الإنتاج. كدراسة ثانية، كما تم الإبلاغ عن محرك ممانعة متزامن من نوع خط البداية (LS-SynRM)، حيث يتم تضمين موصل ثانوي في حاجز تدفق متعدد الطبقات.
ونظراً لأنه يمكن إنشاء عزم الدوران بواسطة عزم دوران ممانعة متزامن أثناء التزامن، بحيث يمكن تقليل فقد النحاس الثانوي أثناء التزامن، ومع ذلك؛ فإنه وبالإضافة إلى الحاجة إلى تيار إثارة للحصول على تدفق مجال كما في حالة (IM) يبقى من الصعب تقليل فقد النحاس في المحرك بسبب هيكل الجزء الثابت المتعرج الموزع.
طوبولوجيا آلة بدء خط الرواية الكهربائية للمحرك
الهيكل والمبدأ الخاص بخط الزاوية
يوضح الشكل (1) (A) و (B) المقاطع العرضية “الشعاعية” للمحرك المقترح، وهو يتألف من دائرة مغناطيسية يتم فيها لف نوعين من اللفات الدوارة حول العضو الدوار لهما هيكل قطب بارز للأمام وأعمدة مساعدة مرتبة بين أقطاب بارزة، بحيث يتم تثبيت العمود الإضافي بشكل هيكلي باستخدام شريط مصنوع من طابعة (Markforged CFRP 3-D).
وبالنسبة لأزواج الموصلات الثانوية ذات الدائرة القصيرة غير متصلة بأزواج أخرى مستقلة كهربائياً، ونظراً لكونها آلة ذات (4) أقطاب؛ فإن قضبان الموصلات الثانوية تكون قصيرة الدائرة عند خطوة من (4) أقطاب، بحيث لا يتم اقتران التوافقية الفضائية من الدرجة الثانية مغناطيسياً في وقت سحب التزامن.
مفهوم تصميم الدوائر المغناطيسية
يهدف هذا الطرح إلى تطوير محرك خالٍ من المغناطيس ويمكنه تحقيق أداء أعلى من محرك(IM)، حيث أن الفرق بين (IM) و (LS-SynRM) و (LS-PMSM) هو كما تم ذكره في الأعلى، ما إذا كان من الضروري توفير تيار الإثارة عن قصد للحصول على التدفق المغناطيسي للمجال من جانب المحرك أم لا.
وكحالة بحث حول محرك يبدأ ذاتياً بخلاف (IM) أو (LS-SynRM) أو (LS-PMSM)؛ فإنه يوجد تقرير بحثي عن محرك ممانعة بتبديل أحادي الطور من نوع خط البداية (LS-SRM) لهذا الغرض، وذلك لاستبدال (IM) أحادي الطور في المرجع.
ومع ذلك؛ فهي مخصصة “للأجهزة الكهربائية المنزلية” ذات المخرجات الصغيرة وليست مناسبة للاستخدام الصناعي؛ لأن التكلفة أهم من الأداء، أيضاً في حالة (SRM)، وعلى غرار (IM)؛ فمن الضروري توفير تيار الإثارة من جانب ملف المحرك، بحيث يصعب تحسين الكفاءة.
وكتقنية لا تتطلب عن قصد توفير تيار إثارة من جانب المحرك وتحقيق تلاشي المغناطيس، لأن هناك تقنية إثارة ذاتية تستخدم “التوافقية الفضائية” الموصوفة في القسم السابق، بحيث تنقسم تقنية الإثارة الذاتية لمحرك مجال الجرح الذي يستخدم التوافقي الفضائي تقريباً إلى نوعين، الأول هو الجزء الثابت المتعرج الموزع ثلاثي الأطوار والذي يتكون من درجات متعرجة تولد عن قصد متناسقاً فضاء من الدرجة الثانية.
كما أن هذا الأخير عبارة عن نوع ثابت متعرج ثلاثي الأطوار يتم فيه إنشاء توافقي فضاء من الدرجة الثانية بشكل حتمي بسبب هيكل الجزء الثابت، ومن ناحية أخرى؛ فإنه وفقاً للحكم، حيث امتثلت من قبل وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة في اليابان.
لذلك؛ فإن (IM) للتطبيقات الصناعية لديها نسبة خسارة كبيرة من خسارة النحاس في المحرك حوالي (40٪)، كما ويمكن توقع أن تأثير تحسين الكفاءة عن طريق تقليل فقد النحاس في المحرك من خلال اعتماد الجزء الثابت المتعرج المركز. لذلك، بحيث تم تصميم الدائرة المغناطيسية بناءً على تقنية الإثارة الذاتية الأخيرة باستخدام الجزء الثابت المتعرج ثلاثي الأطوار.
كما يوضح الشكل (1-A) توزيع كثافة تدفق مغناطيسي لتناسق فضاء من “الدرجة الثانية”، وخاصةً عندما يتم إثارة تيار “موجة جيبية” ثلاثية الطور في الحالة التي يتم فيها دمج الجزء المتحرك الصلب في الجزء الثابت المتعرج المركز.
كما يوضح الشكل (2 -B) شكل موجة القوة الدافعة المغناطيسية المكانية لتيار المحرك ثلاثي الطور في أوقات (T1) و (T2) كما هو موضح في الشكل (2-A). والأشكال الموجية التي تم الحصول عليها عن طريق فصل شكل الموجة إلى موجة أساسية وموجة متناسقة من الدرجة الثانية.
ومن خلال الشكلين التاليين، يتولد التوافقي الفضائي من الدرجة الثانية حتماً بواسطة هيكل لف المحرك حتى عندما تكون الموجة الجيبية متحمسة، كما ويكون التوافقي هو المجال المغناطيسي الذي يتحرك في الاتجاه المعاكس للموجة الأساسية، ومن أجل الحصول على تدفق قوي للمجال أثناء القيادة المتزامنة؛ فإنه يتم توفير قطب إضافي بين الأقطاب البارزة لتقليل المقاومة المغناطيسية مقابل التوافقية الفضائية من الدرجة الثانية في الشكل (3-A).
