بناء مرحلة التيار الكهربائي باستخدام مستشعر الممانعة

نظراً للهيكل القوي وعزم الدوران العالي ونطاق السرعة الواسع والتسامح المتأصل مع الخطأ وكفاءة التشغيل العالية؛ فقد تم استخدام محركات ممانعة التبديل (SRM) في العديد من المجالات مثل الأجهزة المنزلية والمركبات الكهربائية والمحركات الصناعية، وفي السرعات المنخفضة والمتوسطة؛ فإنه يتم استخدام أداة التحكم في التقطيع الحالية (CCC) عادةً لأجهزة (SRM).

أهمية بناء مرحلة التيار الكهربائي باستخدام مستشعر الممانعة

يتميز محرك التردد المحول (SRM) بمزايا البناء القوي والتكلفة المنخفضة وعزم الدوران العالي ونطاق السرعة الواسع وحتى التوافق المتأصل مع الخطأ، والذي تم استخدامه في العديد من المجالات مثل الأجهزة المنزلية والمركبات الكهربائية والمحركات الصناعية، وعادة ما يتم اعتماد طريقة التحكم في التقطيع الحالي (CCC) لتنظيم السرعة في نطاق السرعة المنخفضة، كما ويجب الحصول على القيمة الحالية لكل ملف طور، لذلك يجب استخدام مستشعر التيار الكهربائي في كل مرحلة.

وعادة يعتمد عدد أجهزة الاستشعار الحالية على عدد المراحل، وفي الوقت الحاضر يتزايد تدريجياً تطبيق أجهزة (SRM) متعددة المراحل لتقليل تموج عزم الدوران، كما أن هذا يعني أيضاً أن الطريقة التقليدية لأخذ العينات الحالية ستستخدم عدداً كبيراً من أجهزة الاستشعار الحالية، مما يؤدي بلا شك إلى زيادة حجم النظام وتكلفته، لذلك أصبح استكشاف طريقة إعادة البناء لكل تيار طور مع عدد أقل من المستشعرات أحد اتجاهات البحث الساخنة.

تحسين بناء مرحلة التيار الكهربائي المرتبطة بأجهزة الاستشعار

تمت مناقشة ثلاثة مخططات تحسين لمواضع مختلفة من أجهزة الاستشعار، ولتقليل عدد أجهزة الاستشعار ثم يتم تحليل مزايا وعيوب المخططات المختلفة في ظل طرق وضع مختلفة وأعداد مختلفة من أجهزة الاستشعار، كما تم اقتراح مخطط عالمي للكشف عن التيار ثنائي الاستشعار للتحكم متعدد الأطوار في (SRM) مع الإثارة متعددة الأطوار، وذلك عن طريق اختيار التيارات المتدفقة عبر كل مستشعر.

كما أن هذه الطريقة قابلة للتطبيق على جميع المحركات ثلاثية الطور وذات أربع مراحل وخمس مراحل وكذلك ستة مراحل بدون دوائر خارجية وأي تغييرات في طوبولوجيا المحول الكهربائي، كما تم اقتراح طريقة إعادة بناء تيار طور جديدة من تيار وصلة تيار مستمر تستخدم حقن نبضات مزدوجة عالية التردد الكهربائي، وفي هذه الطريقة؛ فإنه يتم حقن النبضات المزدوجة عالية التردد مع تحول الطور ودورات التشغيل الكبيرة إلى مفاتيح التبديل لأسفل في منطقة الإثارة ثنائية الطور.

كما ويتم تشغيل محولين (A / D) على التوالي في منتصف الإيقاف المؤقت (PWM) لأخذ عينات من يتم إعادة بناء تيار (DC-link) وجميع تيارات الطور في مناطق إثارة الطور بشكل فعال من خلال الدمج مع معلومات التشغيل والإيقاف، بحيث يمكن أن تحقق الطريقة المقترحة التزامن بين النبضات عالية التردد وعينات (A / D) للحصول على تيارات طور معاد بناؤها عالية الجودة.

أيضاً تم اقتراح طوبولوجيا محول محسنة، والتي تحتوي على مكونات إلكترونية أقل وهيكل أكثر إحكاما مقارنة بالمحول نصف الجسر التقليدي غير المتماثل، وذلك من خلال اعتماد المحول المحسن، بحيث يتم تقليل تكلفة وحجم نظام القيادة مع المكونات الإلكترونية الأقل، وبعد ذلك تم تطوير تقنية حقن النبض المتقدمة للحصول على تيارات الطور.

طريقة أخذ وفحص عينات التيار الكهربائي بالطرق التقليدية

يوضح الشكل التالي (1) هيكل “محول نصف الجسر” غير المتماثل وطريقة وضع موضع المستشعرات الحالية في وضع أخذ العينات التقليدي لنظام محرك (SRM) ثلاثي الأطوار، بحيث تتكون كل مرحلة من مفتاحين وصمامين ثنائيين، كما ويمكن تحمسهما بشكل مستقل، بحيث تكون كل من (Q1 ،Q3 ،Q5) هي الأنابيب العلوية لكل مرحلة، كذلك يتم تحديد إشارات التحكم في الأنابيب العلوية لكل مرحلة من خلال إشارات التقطيع الحالية وإشارات موضع الدوار.

أما (Q2 ،Q4 ،Q6) هي عبارة عن أنابيب سفلية يتم تحديدها فقط من خلال إشارات الموقع لكل مرحلة، وبالنسبة (D1 ،D2) إلى (D5 ،D6) هي الثنائيات الحرة، والتي تعيد الطاقة المخزنة في اللفات إلى مصدر الطاقة أثناء مرحلة إزالة المغناطيسية، أيضاً (ia ،ib ،ic) هي تيارات متعرجة ثلاثية الطور و (LEM_A) و (LEM_B  LEM_C) هي مستشعرات حالية موضوعة على اللفات ثلاثية الطور، كما يمكن ملاحظة أن المستشعرات الحالية متسلسلة مع لفات الطور وعدد المستشعرات يساوي عدد أطوار المحرك الكهربائي.

كما أن فترة الدوار للهيكل ثلاثي الأطوار (12/8 SRM) هي (45) درجة، كذلك الحث لكل مرحلة هو التماثل وزاوية التوصيل القصوى (أقصى زاوية الإثارة) عادة ما تكون نصف قيمة فترة الدوار، وهي (22.5) درجة، أيضاً تتأرجح المرحلة المجاورة بمقدار (15) درجة، كما وتكون صيغة الحساب المحددة كما يلي:

حيث أن:

(Ce): يمثل فترة الدوار.

(Nr): عدد أقطاب الجزء المتحرك.

(max): هو أقصى زاوية إثارة وهو زاوية التأخر لكل مرحلة.

ومن الهيكل الأساسي والمعلمات للمحرك المحدد؛ فإنه يمكن الحصول على الرسم التخطيطي التالي للعلاقة المقابلة بين تيار الطور والحث. يختلف شكل الموجة الحالي، واعتماداً على اختيار زوايا التشغيل والإيقاف الموضع بالقرب من الحد الأدنى للمحاثة هو (0) والذي يمكن اعتباره زاوية تشغيل والموضع بالقرب من الحد الأقصى للمحاثة هو (22.5) درجة، والتي يمكن اعتبارها زاوية إيقاف.

كما ويوضح الشكل التالي (2-a) أشكال موجة الحث ثلاثية الطور في ظل ظروف غير مشبعة، ووفقاً للخط المنقط الموضح في الشكل أعلاه، كما يتم تقسيم دورة الحث بالكامل خلال فترة الدوار الواحدة إلى ست فترات، وباعتبار المرحلة (A) على سبيل المثال تكون الأجزاء الداخلية (I ،II ،III) هي ثلاث مناطق فرعية متصاعدة من الحث من المرحلة (A) على التوالي، وفي الفترة (I) يكون كل من محاثات الطور (A ،C) كلاهما زيادة رتيبة، وفي الفترة (II)، بحيث يرتفع محاثة الطور (A) فقط، وفي الفترة (III)، كما ترتفع كلا المرحلتين (A) و (B).

كما تمثل (SQ2 ،SQ4 ،SQ6) في الشكل (2-b) على التوالي إشارات التحكم للأنابيب السفلية ثلاثية الطور. وبأخذ المرحلة (A) كمثال؛ فإن وقت بدء المستوى العالي يتوافق مع موضع الدوار (0°) لزاوية التشغيل ووقت نهاية المستوى العالي يتوافق مع موضع الدوار (22.5 °) لزاوية إيقاف التشغيل، بحيث يشمل عرض المستوى العالي جميع فترات ارتفاع الحث للمرحلة (A) في الشكل (2-a)، كما وتتأخر المرحلتان (B ،C) عن المرحلة (A) بمقدار (15) درجة و (30) درجة على التوالي.

كذلك يمكن أن نرى من الشكل الموجي الحالي في الشكل أعلاه أن هناك قسم توصيل متزامن للمرحلتين في نفس الوقت، خاصة إذا لم يتداخل تيار كل مرحلة؛ فيمكن استخدام مستشعر تيار واحد للحصول على التيار دون أي عملية فصل، لذلك تعتمد طرق إعادة الإعمار الحالية للطور المقترحة في هذه الدراسة على فرضية أن تيارات المرحلتين لها مناطق متداخلة.

وأخيراً ومن التحليل أعلاه؛ فإنه يمكن ملاحظة أن هناك أجزاء توصيل داخلية متداخلة وغير متداخلة بين مرحلتين أثناء زاوية التوصيل لـ (SRM) ثلاثية الطور، كما ويتم تحديد عرض منطقة التداخل من خلال التشغيل والإيقاف الزوايا، لذلك يمكن فصل تيار كل مرحلة وفقاً لإشارة الموضع وموضع المستشعر المعقول.