المحرك الكهربائي على أساس المرشحات المورفولوجية

أهمية المحرك الكهربائي القائم على أساس المرشحات المورفولوجية

يتم تطبيق (IMs) على نطاق واسع في المركبات الكهربائية، وذلك بسبب هيكلها البسيط وسهولة التصنيع والتشغيل الموثوق والتكلفة المنخفضة، كما يحتوي تيار الجزء الثابت على بعض المكونات التوافقية بسبب تشوه المجال المغناطيسي للفجوة الهوائية وتأثير الوقت الميت والخصائص غير الخطية للمحولات، كما يمكن أن تتسبب التوافقيات الحالية في تموج عزم الدوران، مما ينتج عنه ضوضاء كهرومغناطيسية شديدة في نظام الدفع الكهربائي وبالتالي تؤثر على راحة الركاب.

لذلك؛ فإن قمع التوافقيات الحالية في الرسائل الفورية هو النقطة الرئيسية لأبحاث المركبات الكهربائية، حتى الآن، يمكن تصنيف التحقيق في قمع التوافقيات الحالية إلى فئتين، الأول هو تحسين تصميم (IM) وهو الصنف الآخر هو تحسين طريقة التحكم.

وعندما يتم إصلاح تصميم (IM)؛ فإنها ستكون تحسينات طرق التحكم هي الطريقة السائدة لقمع التوافقيات الحالية، وعادة ما يتم إجراء تحسينات على طريقة التحكم على كل من القناة الأمامية وقناة التغذية الراجعة.

عادةً ما يتحقق التثبيط التوافقي في القنوات الأمامية عن طريق التعويض الأمامي وتحسين تعديل عرض النبضة، وذلك باستخدام دائرة الأجهزة لاكتشاف عرض النبض للمفتاح في الوقت الفعلي، ثم يحصل على جهد الانحراف للتعويض مقارنة بعرض نبضة الإرشاد، ومع ذلك يتطلب هذا أجهزة إضافية، مما يزيد من تكلفة وتعقيد النظام.

أيضاً يتم تحقيق تعويض الوقت الميت عن طريق إضافة أو طرح الوقت الميت في إشارة التشغيل، وذلك وفقاً للقطبية الحالية باستخدام طريقة التعويض المعتمدة على الوقت، ومع ذلك تعتمد هذه الطريقة على الاكتساب الدقيق للقطبية الحالية، ولكن وجود لقط تيار صفري يمكن أن يؤدي بسهولة إلى سوء تقدير قطبية التيار الكهربائي.

ومن خلال ضبط عدد التحويلات في فترة التشغيل والإيقاف؛ فإنه يتم إضعاف السعة القصوى للضوضاء عند تردد التشغيل والإيقاف لأجهزة التبديل، كما ويتم تحقيق تقنية تعديل عرض النبضة مع موضع النبض العشوائي لقمع التوافقيات في القناة الأمامية، ومع ذلك تستهلك هذه الطريقة الكثير من الطاقة عندما يكون جهاز الطاقة في وضع الإيقاف.

ومن أجل التعويض عن النقص في التوافقيات في القناة الأمامية وتقليل تأثير التوافقيات الفضائية التي يسببها الجسم الحركي على نظام التحكم؛ فقد أجرى العديد من العلماء بحثاً متعمقاً حول التوافقيات في قناة التغذية الراجعة، كما تم اعتماد التحكم التكيفي المرجعي النموذجي للتوافق الحالي لنظام (MIMO)، ولكن من الصعب تحقيقه.

ومن ناحية أخرى، تختلف سرعة التقارب واستقرار “خوارزميات التحكم” في التردد المختلفة، ومن ناحية أخرى ومع زيادة مكونات التردد الكهربائي؛ فإنه يزداد التعقيد والتعقيد الحسابي للخوارزمية في المقابل وسيصبح أداء الكبت التوافقي الحالي أسوأ.

أيضاً تم تصميم جهاز التحكم في “الرنين النسبي” على قناة التغذية الراجعة لقمع التوافقيات الحالية المحددة، مما يحقق نتائج جيدة، ومع ذلك تتطلب هذه الطريقة استخراجاً أكثر صرامة للإشارات الأساسية، وهو أمر يصعب تحقيقه في التجارب، كما ويمكنه فقط “قمع التوافقيات” عند ترددات محددة.

تحليل مكونات التوافقية الخاصة بالتيار الكهربائي

تم تقديم طريقة تعتمد على محرك محرك للتحكم في المتجهات، وذلك لتحليل التوافقيات بدقة لنظام المحرك الكهربائي، بحيث يظهر الشكل التخطيطي للهيكل لنظام محرك (IM) في الشكل التالي (1)، حيث أخذ نظام القيادة عينات من ثلاث مراحل تيار (ia) و (ib) و (ic) وإشارات موضع الدوار كإشارات دخل، حيث أن التحوير عن طريق خوارزمية تعديل عرض النبضة (SVPWM).

ووفقاً لشكل موجة (SVPWM) الذي تم إنشاؤه؛ فإنه يتم تشغيل مفتاح العاكس لتوليد الجهد، كما ويتم تحقيق التحكم في الحلقة المغلقة.

وبالنظر إلى الخصائص غير الخطية للعاكس ووجود تشوه في المجال المغناطيسي “للفجوة الهوائية”؛ فإن الجهد ثلاثي الأطوار وأشكال الموجة الحالية للمحرك سوف تتشوه. العديد من التوافقيات الحالية، بحيث تظهر أيضاً في الجزء الثابت، ومنها التوافقيات الحالية من الرتبة الخامسة والسابعة والحادية عشرة والثالثة عشرة هي المهيمنة.

وبالنظر إلى المكونات التوافقية للتيار المهيمن الأربعة المذكورة أعلاه لتيار الطور والجهد الكهربائي؛ فإنه يمكن التعبير عن الصيغة الحالية لـ (ia ،ib ،ic) في الشكل السابق (1) على النحو التالي:

حيث:

(I1): هي سعة الموجة الأساسية.

(I5 ، I7 ،I11 ،I13): هي سعة المكونات التوافقية من الرتبة الخامسة، السابعة، الحادية عشرة، الثالثة عشرة على التوالي.

(θ5 ،θ7 ،θ11 ،13): هي الرتب المختلفة للتوافقي المرحلة الأولى.

وباستخدام تحويل “كلارك” وتحويل “بارك”؛ فإنه يمكن تحويل المكونات التوافقية الحالية على المحور (ABC)، وذلك كمكونات توافقية حالية على محور (dq)، بحيث يتم التعبير عن (id) و (iq) على محور (dq) على النحو التالي:

طريقة القمع التوافقي على أساس (MF)

تصميم وحدة التحكم المقترحة

تم اقتراح طريقة قمع توافقي تعتمد على (MF)، وذلك لقمع المكونات التوافقية في التيار وتقليل التوافقيات الحالية في تيار الطور من (IM)، بحيث يتضمن تيار التغذية المرتدة في محور (dq) مكونات التيار المستمر ومكونات التيار المتردد (AC).

كما يمكن لوحدة التحكم (PI) ضبط خطأ مكونات التيار المستمر فقط ولكنها تتجاهل قمع مكونات التيار المتردد، حيث تم اقتراح طريقة “قمع التوافقيات” الحالية على أساس (MF) في هذا الطرح، كما يتم ضبط مكونات التيار المستمر والتيار المتردد في المحور (dq) وإيقافها على التوالي لتحسين تأثير التحكم الحالي.

حيث يوضح الشكل التالي مخطط الكتلة لنظام الحلقة الحالية على أساس طريقة قمع التوافقيات الحالية (MF)، المعرف وكذلك  (iq)، حيث أنهما الإشارات الحالية على المحور (dq)، ( i ∗ d)، (i ∗ q)، وهي التيارات المرجعية للحلقة الحالية على ( المحور- dq) و (SVPWM) هي عبارة عن الوحدة الموجية لخوارزمية التحكم في المحرك.

وكما هو مبين في الشكل السابق، تتالي وحدة التحكم (MF) مع وحدة التحكم الحالية (PI) التقليدية لتشكيل وحدة تحكم تيار جديدة، كما يتم ترشيح تيار المحرك ثلاثي الطور بواسطة (MF) على المحور (dq)ـ بحيث يتم ضبطه بواسطة منظم (PI)، بحيث لا يمكن ضبط إشارات التيار المتردد، لذلك يجب تحسين شكل موجة جهد التعديل وتقليل المحتويات التوافقية في تيار طور المحرك لتحسين تأثير وحدة التحكم الحالية.

التصميم الخاص بـ (MF)

في نظام التحكم في المحرك، يتم زيادة المحتوى التوافقي لتيار المحرك لأن مكونات التيار المتردد في المحور (dq)، بحيث يتم تركيبها على تيار الجزء الثابت للمحرك، لذلك يمكن تقليل التوافقيات الحالية بشكل فعال عن طريق التخلص من مكونات التيار المتردد في محور dq.

كما يعتمد (MF) على نظرية المجموعة ويستخرج ميزات الكائن عن طريق معالجة الإشارات باستخدام العناصر الهيكلية، والتي يمكن اعتبارها نافذة متحركة وتنزلق عبر الإشارة وتتفاعل مع العينات التي تغطيها النافذة، كما وتكتشف ميزات محددة في الإشارة وتشمل عمليتين أساسيتين هما التعرية والتمدد.