التيار التوافقي الثالث في مراحل تشغيل المحرك خماسي الطور

تحديد التيار التوافقي الثالث في مراحل تشغيل المحرك

بالمقارنة مع الآلات الكهربائية المتزامنة ذات “المغناطيس الدائم” ثلاثية الطور (PMSMs)؛ فإن أنظمة (PMSM) متعددة الأطوار ذات الفتحة المركزة ذات الفتحة الجزئية (FSCW)، والتي تتمتع بمزايا قدرة عالية على تحمل ظروف العمل ومزيد من حرية التحكم بسبب زيادة رقم الطور.

ونظراً لهذه للمزايا المتأصلة؛ فقد تحظى محركات (PMSMs) متعددة المراحل والأطوار (FSCW) بمزيد من الاهتمام في تطبيقات السلامة الحاسمة للمركبة الكهربائية (EV) والدفع البحري والطائرات الكهربائية في الوقت الحاضر وذلك انسجاماً مع التطورات الصناعية.

إلى جانب ذلك، يمكن تحسين كثافة عزم الدوران لـ (FSCW PMSM) متعدد الأطوار عن طريق حقن التيار التوافقي، مما يجعلها أكثر ملاءمة في الحالات التي تتطلب كثافة عزم دوران عالية، وذات آلة المغناطيس الدائم (PM) ذات الخمس مراحل مع القوة الدافعة الخلفية شبه المنحرفة (EMF) التي يتم توفيرها عن طريق الحقن التوافقي الثالث للتيار تحقق أداءً أفضل مقارنةً بكل من آلة التيار المستمر بدون فرش.

وذلك نظراً للتحكم في فصل ناقل الحركة في (d1 -q1 و d3 -q3) في الفضاء التوافقي ومع الحقن التوافقي الثابت (rms)، وهي آلة ذات تسع مراحل مع (PM) الذي يكون معامل قوس القطب فيه (0.389) فقط يولد نفس عزم الدوران تقريباً مقارنةً بالآلة مع (PM)، كما تم تحليل نسبة الحقن الأمثل للتيار التوافقي لتعظيم عزم الدوران الناتج للآلة متعددة الأطوار، والتي ترتبط بنسبة التوافقيات المقابلة الموجودة في (EMF) الخلفي لـ (PMSM) متعدد الأطوار.

الأبحاث والدراسات المعنية بتطوير المحركات متعددة الأطوار

كما تركز العديد من الأبحاث على تصميم (PMSM) متعدد الأطوار لزيادة عزم الدوران إلى أقصى حد مع الحقن التوافقي، وقد تم البحث في أكثر من خمس مراحل (PMSM)، بحيث تم تصميم (PMSM) من خمس مراحل مع أسنان غير متساوية لتعزيز كل من التوافقي الأساسي والثالث الموجود في (EMF) الخلفي، مما يحسن عزم الدوران مع الحقن التوافقي الثالث.

كما تم اقتراح نظام (PMSM) جديد مكون من (15) بالإضافة الى (12) قطباً خماسي الأطوار مع طبقة هجينة مفردة أو مزدوجة (HL) (FSCW)، مما يحسن أيضاً المركب التوافقي الأساسي والثالث الموجود في (EMF) الخلفي، وهي طريقة تصميم تكوين اللف المثلى لتعظيم عزم الدوران لآلة متعددة الأطوار مع أرقام طور عشوائية تحت الحقن التوافقي، والتي تعمل على تحسين عوامل لف التوافقيات الموجودة في (EMF) الخلفي.

وبصرف النظر عن تحسين قلب الجزء الثابت وتكوين الملف، كما يتم أيضاً البحث عن تحسين شكل (PM)، وذلك لتعزيز عزم الدوران لخمس مراحل (PMSM) مع حقن التيار التوافقي، بما في ذلك (PM) المقسم و (PM) على شكل متناسق للتلخيص، كما تم تصميم هياكل الماكينات الجديدة المختلفة لتحقيق الهدف المتمثل في تحسين عزم الدوران الناتج عن طريق الحقن التوافقي، وقد تم فحص أداء الماكينة في ظل الظروف الصحية على نطاق واسع.

ومع ذلك؛ فإن الأداء المتسق مع الخطأ لخمس مراحل (PMSM) المصمم خصيصاً للحقن التوافقي لم يتم بحثه بعمق، بحيث تم اقتراح استراتيجيات مقاومة الأعطال للآلة ذات الخمس مراحل مع خطأ الدائرة المفتوحة تحت قيود القوة الدافعة المغناطيسية غير المتغيرة (MMF) أو الحد الأدنى من فقدان النحاس، والذي يثبط تموج عزم الدوران في حالة الخطأ بشكل فعال.

ومع ذلك؛ فإن معظم الاستراتيجيات المتسامحة مع الخطأ ليست مناسبة للآلة ذات التوافقية الثالثة العالية في (EMF) الخلفية، حيث يتم أخذ المركبات التوافقية الأساسية فقط في (EMF) الخلفية في الاعتبار عند اشتقاق التيارات التعويضية.

وعلى الرغم من اقتراح بعض الاستراتيجيات المتسامحة مع الخطأ لمعالجة التأثير السلبي للتوافقي الثالث في (EMF) الخلفي على التشغيل المتسامح مع الخطأ لخمس مراحل؛ فإن التأثير التعويضي للاستراتيجيات المتسامحة مع الخطأ يتدهور بسبب لجهل التوافقيات في الخلف (EMF)، والتي التي تكون أوامرها أعلى من ثلاث مراحل.

تعزيز أداء عزم الدوران في المحركات خماسية المراحل

باستثناء تحسين عزم الدوران، يتم أيضاً تطبيق الحقن التوافقي الثالث للتيار التوافقي في عملية إضعاف التدفق لخمس مراحل (PMSM)، بحيث يُقترح إضعاف التدفق في (PMSM) ثلاثي الأطوار الذي يعمل بسرعة عالية، والذي يمتد أيضاً إلى (PMSM) متعدد الأطوار، كما يتم استخدام طريقة فصل المتجهات لتنظيم كل من التيار التوافقي الأساسي والثالث لخمس مراحل (PMSM) في منطقة إضعاف التدفق.

وأثناء عملية إضعاف التدفق، يتم الاحتفاظ بزاوية الطور للتيار التوافقي الثالث بثلاثة أضعاف زاوية التيار الأساسي، وعلى الرغم من أن جهد الطور لآلة خماسية الأطوار يتم التحكم فيه لتلبية حد جهد وصلة (DC)؛ فإن العلاقة بين التوافقي الأول والثالث في جهد الطور لا يؤخذ في الاعتبار، كما تم اقتراح (PMSM) جديد ثنائي التوافقي ذو خمس مراحل مع قطبية (p / 3p) مزدوجة.

كما ويتم تطبيق التيار التوافقي الثالث على (PMSM) ثنائي التوافقي ذي الطور الخمس أثناء التدفق عملية إضعاف لتقليل اتساع جهد الطور، بالمقارنة مع (PMSM) ثلاثي الطور، ينتج (PMSM) الثنائي التوافقي ذو الطور الخمس عزم دوران أعلى، كما وله نطاق سرعة أكبر أثناء عملية إضعاف التدفق.

لذلك يوسع “فرانك سكويلر” طريقة حقن التيار التوافقي الثالث أثناء عملية إضعاف التدفق إلى آلة خماسية الطور بقطبية واحدة فقط، بحيث تم اقتراح طريقة حساب رقمية مبسطة تعتمد على تحليل الحث والمجالات الكهرومغناطيسية الخلفية لتقدير أداء (PMSM) لخمس مراحل في منطقة إضعاف التدفق.

ومع ذلك، يتعامل عدد قليل من الأبحاث مع اللاخطية الناتجة عن تفاعل المحرك والتوافقيات ذات الرتبة الأعلى الموجودة في (EMF) الخلفي (بما في ذلك التوافقي الخامس وما إلى ذلك)، والذي يؤثر أيضاً على خصائص عزم الدوران والسرعة في منطقة إضعاف التدفق مع حقن التيار التوافقي الثالث.

الحقن الثالث للتيار التوافقي لآلة (HL FSCW) خماسية الأطوار

يتم حقن التيار التوافقي الثالث في آلة (SL) و (DL) و (HL FSCW)، وذلك لتحسين عزم الدوران في ظل ظروف التشغيل العادية، كما يتفاعل التيار التوافقي الثالث المحقون مع التوافقي الثالث في (EMF) الخلفي لآلة خماسية الأطوار لتوليد عزم الدوران، مما يؤدي إلى تحسين عزم الدوران مقارنةً بتوليد عزم الدوران مع التيار الأساسي فقط، بحيث يتم حساب عزم الدوران الناتج عن التيار التوافقي الثالث من خلال:

حيث أن:

(T3): هو عزم الدوران الناتج عن الحقن التوافقي الثالث للتيار الكهربائي.

(E3): هي سعة التوافقي الثالث في (EMF) العكسية.

(I3): هي سعة التيار التوافقي الثالث.

(ωm): هي السرعة الزاوية الميكانيكية.

كما يمكن العثور على أن عزم الدوران الناتج عن الحقن التوافقي الثالث للتيار التوافقي، بحيث يتم تحديده بواسطة (E3) في حالة وجود قيمة معينة لـ (I3)، كما يعني أن (E3) الأعلى ارتفاع عزم الدوران الناتج عن قيمة معينة لـ (I3)، أي معدل استخدام أعلى للتيار التوافقي الثالث، ونظراً لأن الدوار والمنعطفات في السلسلة لكل مرحلة من آلة (SL) و (DL) و (HL FSCW) متشابهة، لذلك؛ فإن (E3) لكل نوع من الآلات يرتبط فقط بعامل اللف للتوافقي السادس والثلاثين.