القدرة الكهربائية للنظام ثنائي المراحل ثلاثي الأطوار لـ PMSM

يتم تقسيم نطاق التحكم الكلي للمحرك المغناطيسي دائم متزامن مزدوج ثلاثي الأطوار غير متماثل (ADT_PMSM) إلى ثلاثة أجزاء مختلفة حسب نطاق تعديل الجهد الكهربائي وأبعاد التحكم الحالية واستراتيجيات التحكم الخاصة بها للحصول على” الفولتية المحقونة” في الفضاء الجزئي التوافقي لثلاثة أجزاء.

أهمية تحسين القدرة الكهربائية للنظام ثنائي المراحل

حظيت المحركات الكهربائية متعددة الأطوار باهتمام كبير مؤخراً بفضل الخصائص الفريدة لتحمل الخطأ العالي، كما أن تموجات عزم الدوران الأصغر واستراتيجيات التحكم المتقدمة والتطور السريع للعاكسات متعددة المستويات، ومن بين هذه المحركات متعددة الأطوار.

لذلك؛ فإنه يمكن أن يتمتع (ADT_PMSM) بمزايا الآلات متعددة الأطوار كما أنهم يستفيدون بالكامل من البنية المعيارية للآلات ثلاثية الطور التقليدية كما هو موضح في الشكل التالي (1)، والتي تتكون من مجموعتين متطابقتين من اللفات ثلاثية الطور التي تم إزاحتها بمقدار (30) درجة مع نقاط محايدة معزولة.

كذلك تم تفويض التحلل الفراغي المتجه (VSD) على نطاق واسع للتحكم في ناقلات (ADT_PMSM)، وذلك لأنه يمكن أن يستفيد من مزايا الحرية متعددة الدرجات للمحركات متعددة الأطوار، والتي تتضمن نوعين من التحكم الحالي على النحو التالي:

• يمكن التحكم في التيار ثنائي الأبعاد من خلال فقط التحكم في التيارات في الفضاء الفرعي (α -ß)، حيث تشارك المتغيرات في هذا الفضاء الفرعي في تحويل الطاقة الكهروميكانيكية، بينما يتم التحكم في الفولتية المرجعية في الفضاء الجزئي (x-y) إلى الصفر بواسطة خوارزمية تعديل عرض النبضة المناسبة (PWM) أو استراتيجيات التحكم المباشر في عزم الدوران على أساس جدول التبديل (ST_DTC)، لكن التوافقيات الحالية الخامسة والسابعة بسبب اللاخطية للعاكس يتم تعيينها في الفضاء الجزئي (x-y).

• يمكن أن يؤسس التحكم الحالي رباعي الأبعاد استراتيجيات التحكم في الحلقة المغلقة في فضاءين فرعيين في وقت واحد، كما يتم قمع التيارات التوافقية في الفضاء الجزئي (x-y) إلى الصفر بواسطة وحدة تحكم الحلقة المغلقة في هذا الفضاء الجزئي، مما يُظهر أداءً أفضل في قمع التيار التوافقي.

مزايا التحكم رباعي الأبعاد للنظام ثنائي المراحل ثلاثي الأطوار لـ PMSM

نظراً لمزايا التحكم في التيار رباعي الأبعاد على أساس نظرية (VSD)؛ فإن الكثير من نتائج الأبحاث أقامت التحكم في الحلقة الحالية المغلقة في كلا الفضاءين الفرعيين في منطقة التعديل الخطي، والتي يمكن أن تعوض عن الوقت الميت الناجم عن الخصائص غير الخطية لـ العاكس، بحيث تم اعتماد وحدات تحكم (PI) للتوصيل المتوازي استناداً إلى مخطط إطارات متزامنة متعددة (MSF) (واحد لكل متناسق).

كذلك في الفضاء الجزئي التوافقي لقمع التيارات التوافقية في المحركات متعددة الأطوار؛ فإنه يمكن تحقيق خطأ الحالة المستقرة الصفري بأوامر مختلفة لكنها تضيف تعقيداً إلى الحساب، بحيث يمكن أن يكون جهاز التحكم في الرنين بديلاً مثالياً لمنظمي (PI) استناداً إلى (MSF) بالتوصيل المتوازي، كذلك يتم تقليل تعقيد الحساب بالمقارنة مع استخدام وحدة تحكم (PI) في (MSF) بالتوازي.

تقنيات PWM وأقسام منطقة التعديل لـ ADT_PMSM

يعطي الشكل التالي (2) بنية (ADT-PMSM)، وهو يتألف من مجموعتين من اللفات ثلاثية الطور، وهي متطابقة ويتم توفيرها بواسطة اثنين من (VSIs) ثلاثي الأطوار.

واستناداً إلى نظرية (VSD)؛ فإنه يتم تعيين متغيرات المحرك، بما في ذلك التدفق والجهد والتيار الكهربائي في ثلاث فضاءات فرعية متعامدة مع بعضها البعض، أي (α -ß) (أساسي) و (x-y) (متناسق) و (O1-O2) كفضاءات فرعية، بحيث يساهم المكون الأساسي والمكونات التوافقية ذات الترتيب (12n ± 1) في تحويل الطاقة الكهروميكانيكية ويتم تعيينها في الفضاء الفرعي (α -ß).

كما تحتوي المساحة الفرعية (x-y) على توافقيات للأوامر (6n ± 1)، والتي تؤدي فقط إلى زيادة الخسائر ويجب التخلص منها للحصول على كفاءة أعلى لـ (ADT_PMSM)، بحيث يوجد مكون التسلسل الصفري والأوامر التوافقية لـ (3n) في الفضاء الجزئي (O1-O2)، والتي لا تؤخذ في الاعتبار نظراً لأن النقاط المحايدة معزولة ولا يمكنها التدفق.

لذلك يمكن اعتبار نظام التحكم لـ (ADT_PMSM) على أساس نظرية (VSD) كنظام من أربعة أوامر ويحتاج إلى وحدة تحكم حالية في كل من المساحات الفرعية (α -ß) و (x-y)، كما تمت مناقشة العلاقة بين مخطط نمذجة (dq) المزدوج ونهج نمذجة (VSD)، بحيث يمكن الحصول على تحويل (VSD) على أساس مبدأ الحجم الثابت في المعادلة التالية:

أيضاً سيتم تعيين تيارات الطور لـ (ADT_PMSM) بعد مصفوفة (VSD) في فضاءات فرعية (α -ß) و (x-y)، والتي يمكن التعبير عنها في المعادلة التالية، بحيث يمكن اشتقاق المتغيرات الأخرى (التدفق والجهد الكهربائي) بطريقة مماثلة.

كما يوضح الشكل التالي (3) مخطط كتلة التحكم الحالي لـ (ADT_PMSM)، وذلك على أساس نظرية (VSD) في الفضاء الفرعي (α -ß)، بحيث يمكن الحصول على (Uα ، Uβ) بواسطة طريقة التحكم في النموذج الداخلي (IMC) والتي يمكن العثور في الفضاء الجزئي (x-y)، كذلك يمكن تحديد (Ux ، Uy) وفقاً لمنطقة التعديل، والتي ستتم مناقشتها في الأقسام التالية.

التحكم في (ADT_PMSM) في منطقة التعديل الخطي

• التحليل التوافقي للتيار الكهربائي: بعد تحويل (VSD)، بحيث يتم التعبير عن المتجه الحالي على النحو التالي:

كما يمكن إعطاء التوافقيات الحالية الخامسة والسابعة لمجموعتين من اللفات ثلاثية الطور

كذلك يتم تمثيل أوزان المركبات التوافقية الحالية الخامسة والسابعة في ملفات الطور (ABC) بواسطة (k1 ، k2)، بحيث تشير (k3 ،k4) إلى أوزان التيارات التوافقية الخامسة والسابعة لملفات الطور الأخرى (DEF).

• وحدة تحكم الرنين في (X-Y Subspace): يسمح جهاز التحكم بالرنين بالأداء الجيد لتتبع المراجع الجيبية للتردد التعسفي، والذي يمكن أن يحقق خطأ حالة ثابتاً صفراً وهو بديل لوحدات التحكم التناسبية المتكاملة (PI) المنفذة في إطارات مرجعية متزامنة موجبة وسالبة (SRF) لقمع التوافقية التيارات في نفس الوقت.

كما أن لها مزايا في تقليل تعقيد الحساب لأنها تفتقر إلى تحويلات إحداثيات متعددة عند مقارنتها بوحدات تحكم (PI) التقليدية المنفذة في العديد من أجهزة (SRF). إلى جانب ذلك يمكن أن يتجنب الاستقلال عن معلمات المحرك الكهربائي، لذلك يعد خياراً مثالياً لوحدة التحكم الحالية في الفضاء الجزئي (x-y).

• تحليل الاستقرار في (X-Y Subspace): يعطي الشكل التالي نظام التنظيم الحالي في الفضاء الجزئي (x-y)، والذي يتضمن نموذج المصنع وجهاز التحكم في الرنين.

من أجل تجنب عدم استقرار وحدة تحكم الرنين في الفضاء الجزئي (x-y)، يجب حساب (φ) بدقة، وهنا يتم إنشاء نموذج مكافئ (ZOH)، حيث يمكن أن تنعكس تأثيرات (PWM)، وإلى جانب ذلك يحتوي على تأخير واحد للتحكم في العينة بسبب التأخير الحسابي وكذلك تأخير تحديث (PWM).

في نهاية هذا الطرح؛ تم تقسيم نطاق التعديل الكلي لـ (ADT_PMSM) إلى ثلاث مناطق تعديل وفقاً لأبعاد التحكم في التيار ونطاق تعديل الجهد، وهي منطقة تعديل التيار الجيبي ومنطقة تعديل الجهد الجيبي ومنطقة التعديل الزائد، وفي منطقة تعديل التيار الجيبي تم اعتماد جهاز التحكم الكهربائي بالرنين في الفضاء الجزئي (x-y) للتخلص من التيارات التوافقية، والتي تأخذ تصحيح القطب في الاعتبار.