التحكم بالعاكس الكهربائي المزدوج من نوع الخمس مراحل

تقدم هذه الدراسة استراتيجية تحكم جديدة لنظام محرك متزامن مغناطيسي دائم مزدوج وثلاثي الأطوار (DT-PMSM)، وهو مزود بعاكس من خمسة أرجل، بحيث يمكن إعادة تكوين ثلاث طوبولوجيا مختلفة من خمسة أرجل (أوضاع تشغيل) عن طريق اختيار زوج من المراحل لمشاركة الساق المشتركة، كما يمكن أن يحقق وضع تشغيل العاكس ذو الخمس أرجل مع فرق الطور (150) درجة.

أهمية التحكم بالعاكس الكهربائي المزدوج نوع الخمس مراحل

تتمتع الآلات الكهربائية متعددة الأطوار بمزايا الطاقة العالية ذات الجهد المنخفض ونبض عزم الدوران المنخفض والقدرة الجيدة على تحمل الأخطاء، كما أن لديهم آفاق جيدة للتطبيق في تطبيقات القيادة عالية الطاقة مثل المركبات الكهربائية والدفع الكهربائي البحري وتوليد طاقة الرياح، كما يتمتع المحرك المزدوج ثلاثي الأطوار بزاوية (30) درجة (المحرك غير المتماثل ذو الست مراحل) بميزة تطبيقية أكبر بسبب إلغاء عزم الدوران التوافقي السادس بين الأنواع المختلفة من الآلات متعددة الأطوار.

كما تعد القدرة العالية على تحمل الأخطاء ميزة تطبيقية مهمة للآلات متعددة الأطوار، بحيث يمكن تحويل العديد من أخطاء الدائرة المفتوحة والدائرة القصيرة في نظام محرك الآلة إلى خطأ المرحلة المفتوحة من خلال عزل الخطأ، لذلك تركز أبحاث استراتيجيات التحكم في تحمل الأخطاء للآلات متعددة الأطوار بشكل أساسي على خطأ المرحلة المفتوحة، وعند حدوث خطأ مفتوح الطور ولقمع تموج عزم الدوران؛ فإنه يجب تعديل مراجع تيار طور ما بعد التعطل للحفاظ على نفس القوة الدافعة المغناطيسية الدورانية كما في حالة التمهيد.

كما إن تقليل خسائر لف الجزء الثابت وزيادة نطاق تشغيل عزم الدوران هما هدفان مهمان لتحسين المراجع الحالية، وبالتالي؛ فإن استراتيجية الحد الأدنى للخسارة (ML) (السعات المختلفة للتيارات) واستراتيجية عزم الدوران الأقصى (MT) (السعات المتساوية للتيارات) هي استراتيجيتان رئيسيتان للجيل المرجعي الحالي بعد العطل، كما تم اقتراح إستراتيجية الحد الأدنى من الخسائر كاملة المدى (FRML) التي تقلل الخسائر في نطاق تشغيل عزم الدوران بالكامل.

العاكس الكهربائي بخمس مراحل ودوره في المحركات

في السنوات الأخيرة، تم إجراء بحث مكثف حول العاكس خماسي الأرجل المزود بمحركات مزدوجة الماكينة لتقليل أجهزة التبديل، لذلك لقد ثبت بشكل تجريبي أنه يمكن التحكم بالآلاتيين ثلاثية الطور بشكل مستقل عن طريق العاكس بخمسة أرجل، بحيث يمكن اعتبار العاكس خماسي الأرجل المزود بنظام مزدوج للماكينة ثلاثي الطور بمثابة الحالة المحددة لنظام الدفع ثنائي الماكينة المزود بعاكس خماسي الأرجل.

وبالمقارنة مع العاكس سداسي الأرجل؛ فإن استخدام جهد ناقل التيار المستمر المنخفض وسعة تيار الساق المشتركة الأعلى هما عيبان رئيسيان للمحول خماسي الأرجل، وهناك عندما يحتوي العاكس سداسي الطور على ساق عاكس معيب، كما يمكن استخدام عملية العاكس ذات الخمس أرجل كحل بديل للتحكم في تحمل الأخطاء لآلة مزدوجة ثلاثية الطور.

وفي هذه البحث تمت دراسة ثلاثة طوبولوجيا مختلفة للعاكس بخمس أرجل (أوضاع التشغيل) للآلة ثنائية الطور، كما وتمت مقارنة مؤشرات الأداء مع التشغيل الصحي للعاكس سداسي الأرجل والعملية المفتوحة التي تتحمل الأخطاء، بحيث تم التحقيق في استراتيجية (DZI PWM) المعدلة لأنماط تشغيل العاكس بخمس أرجل.

نموذج التمثيل الكهربائي الخاص بالعاكسات DT-PMSM

يظهر في الشكل التالي (1) عاكس سداسي الأرجل يتم تغذيته بنظام محرك ثنائي ثلاثي الطور، بحيث افترض أن لفات (DT-PMSM) جيبية، وأن تأثير التشبع المغناطيسي للنواة والتسرب المتبادل بين اللفات يتم تجاهلها.

ووفقاً لنظرية (VSD)؛ فإنه يمكن تعيين جميع متغيرات (DT-PMSM) إلى (α -β)، (z1-z2)، (o1 -o2)، وهي ثلاثة مسافات فرعية متعامدة بشكل متبادل، ومن بينها فقط الفضاء الفرعي (α) بحيث يكون مرتبط بتحويل الطاقة الكهروميكانيكية والفضاء الفرعي (o1-2)، وهو فضاء فرعي صفري التسلسل ويكون من خلال مصفوفة التحويل للفصل الثابت:

كما أنه من الضروري فقط تحويل مكونات (α –) إلى مكونات الرتل المرجعي المتزامن العام (d –q)، وهي مصفوفة التحويل الدورية على النحو التالي:

وبالنسبة الى معادلات الجهد الكهربائي والتدفق والعزم هي:

حيث أن:

(LD ،LQ): هي محاور (d ،q).

(Laal): هو محاثة التسرب الذاتي للجزء الثابت.

(pn): هو عدد أزواج القطب.

(ψf): هو رابط تدفق المغناطيس الدائم.

طوبولوجيا نظام المحرك ثلاثي الطور العاكس ذو الخمس أرجل FED

عندما تفشل إحدى ساقي العاكس ذي الست مراحل؛ فإنه يجب أن تشترك المرحلة المعيبة في الساق المشتركة مع الآخرين، كما بأخذ المرحلة (F) كمثال، بحيث يوضح الشكل التالي (2) طوبولوجيا مقاومة الأخطاء للعاكس خماسي الأرجل وهناك ثلاثة أوضاع تشغيل مختلفة سيتم شرحها لاحقاً.

عندما تفشل ساق الطور (F)؛ فإنه يتم إيقاف تشغيل (T4) للعزل، كما يتم تشغيل المفتاح (T1) ثم تشترك المرحلة (C) و (F) في الجزء المشترك (C) وهو وضع مشاركة (CF)، وبالمثل يتم تشغيل المفتاح (T2) أو (T3)، بما يتوافق مع وضع مشاركة (BF) أو مشاركة التركيز البؤري التلقائي.

ونظراً لأن مرحلتين كزوج لمشاركة الساق المشتركة؛ فإنه يزداد تيار الساق المشترك، لذلك يجب مناقشة تيار الساق المشترك، وعندما يعمل المحرك ثنائي الطور بشكل سليم؛ فإن تيارات الطور تكون:

حيث (Im) هي سعة الطور الكهربائي الخاصة بالتيار الحالية و (i) هي زاوية الطور لتيار الطور (A).

• وضع تقاسم (CF).

وبالنسبة الى المحطة المشتركة الحالية لـ (iCOM) هي:

كما تبلغ سعة تيار الساق المشتركة حوالي (1.932) مرة من تيار الساق العادي، لذلك يمكن أن يوفر وضع المشاركة (CF 0.518) مرة من عزم الدوران المقدر لعملية العاكس سداسية الأرجل.

• وضع مشاركة (BF).

وبالنسبة الى المحطة المشتركة الحالية لـ (iCOM) هي:

كما تبلغ سعة التيار الكهربائي للساق المشتركة هي (0.517) مرة من تيار الساق العادي، لذلك يمكن توفير عزم الدوران المقدر بالكامل.

• وضع مشاركة التركيز البؤري التلقائي.

بالنسبة الى المحطة المشتركة الحالية لـ (iCOM) هي:

كما أن السعة الحالية للساق المشتركة هي (1.414* مرة من تيار الساق العادي، لذلك يمكن توفير (0.707) مرة فقط من العزم المتقدم هذه الدراسة استراتيجية تحكم جديدة لنظام محرك متزامن مغناطيسي دائم مزدوج وثلاثي الأطوار (DT-PMSM)، وهو مزود بعاكس من خمسة أرجل، بحيث يظهر في الشكل التالي وضع المشاركة (CF) لنظام الآلة المزدوجة ثلاثية الطور التي تغذيها العاكس بخمس أرجل.

في هذا البحث، تم التحقيق في استراتيجية تحكم جديدة لنظام (DT-PMSM) الذي يتم تغذيته بعاكس من خمس أرجل، بحيث يمكن إعادة تكوين ثلاثة أوضاع تشغيل مختلفة للعاكس بخمسة أرجل عن طريق اختيار زوج من المراحل لمشاركة الساق المشتركة، كما يمكن أن يحقق وضع مشاركة (BF) خرج عزم الدوران الكامل، ولكن يتم تقليل استخدام جهد ناقل التيار المستمر من (0.577Udc) إلى (0.299Udc).

كذلك يحتوي وضع المشاركة (CF) على استخدام أعلى لجهد ناقل التيار المستمر (0.408Udc)، ولكن يمكن توفير (0.518) مرة فقط من عزم الدوران المقدر، وذلك بصرف النظر عن استراتيجية (DZI PWM) المعدلة، لذلك لا يوجد فرق في استراتيجية التحكم في العاكس خماسي الأرجل والعاكس سداسي الأرجل، بحيث يمكن للتحكم في ناقلات التيار رباعي الأبعاد أن يقمع بشكل فعال التيارات التوافقية بسبب عدم تناسق العاكس غير الخطي ذي الخمس أرجل.