التحكم الكهربائي لأنظمة دفع المحركات الحثية سداسية الأطوار

يخضع الدفع الكهربائي المعتمد على الآلات الكهربائية ذات الست مراحل في تطبيقات الدفع البحري وجر السيارات إلى تطور سريع بسبب قوته العالية والتوافق مع الخطأ الكهربائي والحجم المنخفض ونبض عزم الدوران المنخفض، من بين تقنيات التحكم المختلفة للآلات ذات الست مراحل.

أهمية التحكم الكهربائي لأنظمة دفع المحركات الحثية سداسية الأطوار

من المتوقع أن تسود كهربة النقل في تطبيقات الدفع المختلفة للسيارات والبحرية، والتي ستعيد تشكيل توقعات الطاقة العالمية بشكل أساسي، بحيث اكتسب الاتجاه الشائع للكهرباء سمعة عالية في صناعة السفن البحرية بفضل التطور السريع في المحركات الكهربائية جنباً إلى جنب مع صناعة البطاريات، إلى جانب كونه صديقاً للبيئة؛ فإن نظام دفع السفن الكهربائية هو أيضاً أكثر كفاءة ويمكن التحكم فيه أكثر من أنظمة الدفع التقليدية القائمة على محركات الديزل.

في الآونة الأخيرة، كان استخدام الآلات متعددة الأطوار عالية الطاقة في الأسلاك الكهربائية مدفوعاً بالمزايا المختلفة للآلات متعددة الأطوار التي تلبي تماماً المعايير الصارمة للتطبيقات البحرية، بحيث يعد التصنيف المنخفض لكل مرحلة ونبضات عزم الدوران المنخفضة والقدرة اللاحقة للخطأ ودرجات الحرية المتزايدة من بين الميزات الرئيسية الصامتة والمتزامنة.

كما أظهرت الأدبيات الحديثة أن الهياكل المفضلة لأنظمة القيادة متعددة الأطوار في التطبيقات البحرية هي تلك القائمة على مضاعفات الملفات ثلاثية الطور، مثل أنظمة القيادة سداسية الأطوار، وبالتالي يمكن لمصممي نظام القيادة ببساطة استغلال محولات الطاقة ثلاثية الطور الجاهزة وتقنيات التحكم الراسخة لأنظمة القيادة ثلاثية الطور، علاوة على ذلك توفر آلة الحث ذات الست مراحل (SPIM) حلاً أقل تعقيداً وفعالية من حيث التكلفة وأكثر موثوقية مقارنةً بالآلات متعددة الأطوار الأخرى.

تحليل مكونات الآلات الكهربائية سداسية الأطوار وطرق التحكم

تم تقديم تكوينات مختلفة لآلة الحث سداسية الأطوار (SPIM)، بحيث تتميز هذه التكوينات بالزاوية التعسفية (δ) بين المجموعات ثلاثية الطور، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (1)، والتي بدورها تصنف الآلة ذات الست مراحل إلى ثنائية ثلاثية الطور (D3P)، وهي ستة أطوار غير متكافئة (A6P) وآلات متناظرة من ست مراحل (S6P) بزاوية طور مكاني (δ) مقاييس (0) درجة و (30) درجة و (60) درجة على التوالي.

كما تم تفضيل (A6P) في معظم التطبيقات الصناعية وخاصة في تطبيقات الدفع البحري، ومع ذلك فقد أظهرت التكوينات الأخرى ذات المراحل الست أيضاً إمكانات في الدراسات الحديثة، بحيث تم تقديم دراسة مقارنة بين هذه التكوينات المختلفة، والتي فحصت توزيع تدفق فجوة الهواء وتأثير تكوين اللف على معلمات الماكينة المكافئة، علاوة على ذلك تمت دراسة أداء كل تكوين تحت التحكم التنبئي النموذجي.

النمذجة الرياضية وعاكس ستة أرجل ثنائي المستوى لـ SPIM

يقدم هذا القسم نمذجة (SPIM) بناءً على نهج تحليل مساحة المتجه (VSD)، كذلك الدوائر المكافئة للفئات الفرعية المختلفة والواردة في الشكل التالي (2)، وهي نفسها لجميع التكوينات الثلاثة بغض النظر عن التغيير في المعلمات بسبب مخطط اللف، بحيث يقدم هذا القسم أيضاً نمذجة العاكس سداسية الطور ذات المستويين ورسم خرائط متجهات الجهد الكهربائي (VVs) في كل فضاء فرعي.

النمذجة الرياضية (SPIM)

بشكل عام يحتوي (SPIM) على ثلاث مساحات فرعية رئيسية، وهي الأساسية (αβ) والثانوية (xy) والصفر (0 + 0−)، وباستخدام مصفوفة التحويل العامة لـ (SPIM) بزاوية عشوائية (δ) بين المرحلة (a1) والمرحلة (a2)، يمكن الحصول على كميات الفراغات الفرعية من قيم الطور، حيث (δ) تساوي (0 °، 30 °، 60 °) لتكوينات ملفات (D3P ،A6P ،S6P) على التوالي.

وبالنسبة إلى (SPIM) بترتيب محايد معزول، بحيث تكون التيارات المتتالية الصفرية صفراً، لذلك يتم إجراء النمذجة الموحدة التالية لكل من الفراغات الفرعية (αβ ،xy) فقط، كذلك يتم التعبير عن معادلة تدفق الجهد والارتباط ذات الصلة لكل فضاء فرعي في شكل الطور، وذلك كما هو موضح في أسفل الصفحة.

النمذجة العاكس من مستويين من ست مراحل

كما يتم استخدام عاكس سداسي الأرجل من مستويين لقيادة كلا الجهازين (متفرق / غير متشابك) باستخدام تقنية (PCC)، وبالنسبة للترتيب (2N)، بحيث يمكن التعبير عن كمية الفولتية من خلال تجميع جهد إخراج الساق، والذي يمكن تمثيله بدوره من حيث حالة التبديل على النحو التالي.

حيث أن (SJ∈ {0،1}) هي حالة تبديل الساق (J)، وذلك بتطبيق تحويل (SPIM) المحدد بواسطة المصفوفة السابقة، كما يمكن الحصول على الفولتية الفراغية في أي حالة تبديل باستخدام المعادلة التالية:

التكوينات المختلفة لتخطيط اللف الكهربائي المتشابك (Un-Chording)

عادةً ما يتم استخدام (Chording) في لفائف (AC) ثلاثية الأطوار لتحقيق توزيع تدفق أفضل مع الحد الأدنى من التوافقيات ذات الترتيب المنخفض، مما يقلل من تموج عزم الدوران ولكن على حساب متوسط ​​إنتاج عزم الدوران، ونظراً لأن زيادة عدد المراحل يؤدي بطبيعته إلى تحسين توزيع التدفق؛ فقد يكون استخدام الملفات المتآلفة أمراً مشكوكاً فيه.

وفي آلات الحث غير المتماثلة سداسية الأطوار؛ فقد ثبت أنه في حين أن اللف المتشابك يتوافق مع مفاعلة تسرب أقل مكافئاً للفضاء الجزئي الأساسي، وبالتالي فإن أقصى عزم دوران أعلى كذلك تأثير مكونات التيار الثانوي المنتشر سيكون أسوأ بكثير، لذلك يناقش هذا القسم تأثير الوتر المتعرج على معلمات الآلة بالإضافة إلى أطياف (MMF) تحت الإثارة الأساسية والثانوية.

كما تم تحديد توزيعات (MMF) باستخدام طريقة دالة اللف، وعلى غرار تم استخدام ماكينات (24) فتحة وأربعة أعمدة و (12) طور بنفس الأبعاد للحصول على أي من التكوينات الثلاثة عن طريق إعادة توصيل أطراف مراحل الجزء الثابت الاثني عشر، كما تحتوي الآلة الأولى على (5/6) ملفات متآلفة، بينما تحتوي الآلة الثانية على لفائف الجزء الثابت المائل بالكامل.

أيضاً يوضح الشكل التالي (4)، وهناك أطياف (MMF) لكل من الآلات غير المتشابكة والوترية تحت الإثارة الأساسية (αβ)، بحيث يُظهر أن ثوابت (D3P،S6P) غير المترابطة تتوافق مع التوافقيات البارزة الخامسة والسابعة ذات الترتيب المنخفض، والتي يتم تصغيرها عن طريق لف الجزء الثابت بفتحة واحدة، لذلك من المتوقع أن يتم تقليل مكون تموج عزم الدوران المكون من ستة أوامر في (D3P ، S6P) عن طريق (chording).

تحت الإثارة (xy)؛ يظهر أطياف (MMF) للتكوينات الثلاثة في الشكل التالي (5)، بحيث يؤدي التسجيل في كل من ثوابت (D3P ، S6P) إلى ظهور مكونات توافقية تشير إلى توزيع التدفق غير المتماثل تحت ملف الإثارة هذا، ومع ذلك؛ فإن وجود مكونات التدفق التوافقي هذه يزيد من الحث المكافئ للفضاء الفرعي (xy) الثانوي، والذي بدوره يحسن تيار الطور.

وأخيراً بحثت هذه الورقة في تأثير تكوين اللف على الجودة الحالية لـ (PCC) التقليدي لـ (SPIM)، حيث من المحتمل أن يتعرض تيار الطور إلى تشوه تيار ملحوظ بسبب تعميم المكون الحالي (xy)، وتحقيقاً لهذه الغاية؛ فقد تم التحقيق في تأثير اللف (chording) لتكوينات اللف المحتملة الثلاثة، ومن الناحية العملية؛ فإنه يتم حالياً إنشاء جميع الآلات ذات الست مراحل باستخدام إطار قياسي ثلاثي الطور.