تأثير توزيع اللف على أداء المحرك ذو الحافة المغناطيسية

أهمية دراسة تأثير توزيع اللف على أداء المحرك ذو الحافة المغناطيسية

يعتبر (Rim) هو الدافع من (RDT)، وهو بمثابة نوع جديد من أجهزة الدفع الكهربائية البحرية التي تدمج المروحة والمحرك، وذلك مع تطوير نظام الدفع الكهربائي بالكامل، كما جذبت (RDT) اهتماماً تدريجياً من مختلف البلدان، وذلك نظراً لصغر حجمها وكفاءة الدفع العالية وسهولة التفكيك، وفي الوقت الحاضر؛ فإنه تم تشكيل الفكرة الأساسية لاستخدام محرك (DC) بلا فرش ومحرك مغناطيسي دائم متزامن كمحرك داخلي لـ (RDT).

ونظراً لأن محرك التيار المستمر بلا فرش و”المحرك المتزامن” ذو المغناطيس الدائم لا يتسامح مع الخطأ؛ سيتم فقدان الطاقة عند حدوث الخطأ، لذلك؛ فإنه تم اقتراح محرك “حافة مغناطيسي” دائم يتحمل الخطأ (FTPM-RDM)، كما تم اقتراح مفهوم “محرك مغناطيسي” دائم متوافق بمسمى (FTPMM) لأول مرة من قبل البروفيسور “BC Micro” من جامعة نيوكاسل في المملكة المتحدة.

كما إنه مناسب بشكل خاص للاستخدام في الطائرات والسفن والمركبات الكهربائية والمجالات الطبية، حيث تكون موثوقية نظام الدفع كبيرة، بحيث يمكن من خلاله توقع تحسن موثوقية (RDT) بشكل ملحوظ إذا تم استخدام (FTPMM) كمحرك داخلي فعلي.

كما يعد الحث الذاتي والتحريض المتبادل مع معطيان هامان لـ (FTPMM)، بحيث يتم قمع تيار الدائرة القصيرة في (FTPMM)، وذلك عن طريق زيادة الحث الذاتي، وفي الوقت نفسه تكون الفولتية المستحثة في المراحل الصحية التي ينتجها تيار ماس كهربائي للخطأ محدودة عن طريق تقليل الحث المتبادل الناتج عنها.

وفي الوقت الحاضر؛ فإن هناك العديد من الدراسات حول الحث الذاتي والحث المتبادل في (FTPMM)، وهي المكونات الرئيسية للحث الذاتي في (FTPMM) بهيكل متعرج مركّز هي “الحث الممغنط” ومحاثة التسرب المقطوعة ومحاثة التسرب في الفتحة.

كما تم اشتقاق الصيغة التحليلية للحث الذاتي بناءً على طريقة الدائرة المغناطيسية، وكان خطأ الحساب أقل من (5.6٪)، بحيث تم إدخال معلمات إسقاط الضغط المغناطيسي ومتطلبات السماكة المحسوبة للشق في الصيغة التحليلية للحث الذاتي، كما وتم تقليل خطأ الحساب في الطريقة التحليلية إلى أقل من (1.3٪).

حيث أن إزالة المغنطة الناتجة عن تأثير التشبع الجزئي للمحرك سوف تقلل من الحث الذاتي للملف، وتم تقديم طريقة حساب مبسطة لمحاثة التشبع، وفي الوقت الحاضر، وحسب ما ورد في الدراسات ذات الصلة؛ فقد يعتمد تحليل الحث الذاتي لـ (FTPMM) على بنية معينة، ولم يتم دراسة تأثير توزيع اللفات المختلفة على الحث الممغنط.

مميزات الملف المركّز المكون من طبقتين بمحاثة متبادلة

يتميز هيكل الملف المركّز المكون من طبقتين بمحاثة متبادلة منخفضة يمكن مقارنتها بتلك الخاصة بطبقة واحدة من الملفات المركزة عن طريق تحسين اختيار رقم الطور وتركيبة الفتحة والقطب، ومع ذلك ونظراً لضعف العزل الحراري بين المراحل في هيكل لف من طبقتين؛ فإن هيكل اللف أحادي الطبقة لا يزال مخطط تصميم شائعًا لـ (FTPMM).

كما تمت الإشارة إلى أن (FTPMM) بهيكل لف موجب وسالب لديه محاثة متبادلة أصغر، بحيث يتم إعطاء تعبيرات الحث الذاتي والحث المتبادل لملف (FTPMM) أحادي الطبقة ذو 20 فتحة، والتي تكون ذات 18 قطباً مع محاثة منخفضة متبادلة، بحيث يركز البحث حول الحث المتبادل لـ (FTPMM) بشكل أساسي على حساب الحث المتبادل تحت بنية معينة، لكنه لا يحلل تأثير توزيع اللف على الحث المتبادل.

ونظراً للنير الرفيع للجزء الثابت والدوار، غالباً ما يتم اعتماد التصميم متعدد الأقطاب غير التقليدي، ولوجود عدد كبير من الأعمدة؛ فإن مجموعات الفتحات والتوزيع المتعرج لـ (FTPM-RDM)، ومن الدراسات أعلاه يمكن ملاحظة أن توزيع اللف له تأثير كبير على الحث الذاتي والحث المتبادل تحت تركيبة معينة من الفتحة والقطب.

لذلك، من خلال دراسة تأثير توزيع اللف على الحث الذاتي والتحريض المتبادل لـ (FTPM-RDM) مع تركيبة معينة من الفتحات والقطب؛ فإن تحسين هيكل المحرك يمكن أن يحسن بشكل فعال تحمل خطأ محتمل من (FTPM-RDM).

في الوقت الحاضر، يتم اعتماد طريقة لف التكرار الدوري لمحرك الوحدة في ترتيب اللف لـ (FTPMM) متعدد الأقطاب، وفي هذا البحث؛ فإنه تم تحليل تأثير توزيع اللف على الحث الذاتي والحث المتبادل الكهرومغناطيسي في (FTPM-RDM) بواسطة طريقة دالة اللف.

كما تم اقتراح طريقة إعادة بناء متعرجة معممة لتحسين الحث الذاتي وتقليل الحث المتبادل وتم اعتمادها في النموذج الأولي (FTPM-RDM)، وذلك لإعادة بناء هيكل اللف وتحسين أداء تحمل الأخطاء المحتملة لـ (FTPM-RDM)، أخيراً يتم التحقق من صحة وجدوى الطريقة المقترحة عن طريق المحاكاة والنتائج التجريبية.

خصائص تحليل الحث الخاصة بـ (FTPM-RDM)

يظهر هيكل (FTPM-RDM) سداسي الأطوار في الشكل التالي (1)، بحيث توجد أسنان عازلة بين كل ملف لتحقيق العزل المادي والعزل المغناطيسي والعزل الحراري بين المراحل، كما يحتوي (FTPM-RDM) على مجموعتين من اللفات ثلاثية الطور  (A،B،C) و (U،V،W).

ولتسهيل الحل، يُفترض أن فجوة هواء المحرك سلسة والنفاذية المغناطيسية للمادة المغناطيسية غير محدودة وتأثير الفتحات مهمل، كما يوصف التوزيع الفعلي للمرحلة (A) المتعرجة في الفضاء على أنها دالة رقمية، وهب دالة الرقم مطروحاً منها متوسط قيمتها على المحيط هي دالة لفها [NA (θm)]، كما ويمكن التعبير عنها من خلال:

حيث:

[nA (θm)]: هي دالة رقمية، و [“nA(θm)] في الطرف الآخرهي القيمة المتوسطة لوظيفة العدد على المحيط.

(θm): هي الزاوية الميكانيكية.

لذلك إذا تم الحفاظ على هيكل الجزء الثابت وعدد اللفات ثابتاً؛ فلن يتم تغيير محاثة التسرب في فتحة الجزء الثابت وفي الشق، لذلك؛ فإنه من الممكن ملاحظة تغير الحث الذاتي من خلال دراسة تغير الحث الممغنط، كما يمكن التعبير عن صيغة الحث الممغنط (LmA) كـ:

حيث:

(μο): هو نفاذية الفراغ.

(r): هو نصف قطر (1/2) فجوة هوائية بين الجزء الثابت والدوار.

(Leff): هو الطول المحوري للمحرك.

(g0): هو سماكة فجوة الهواء.

ونظراً لأن بنية اللف المركزة أحادية الطبقة لـ (FTPM-RDM) لها ملف طور واحد فقط في كل فتحة، ولها أسنان معزولة بين الأطوار، بحيث يمكن إهمال الحث المتبادل بين الأطوار في فتحة الجزء الثابت والشق، لذلك يمكن حساب الحث المتبادل (LAB) لـ (FTPM-RDM) من خلال:

ووفقاً للدراسات، يحتوي (FTPM-RDM) المكون من (24) فتحة و (14) قطباً و (6) مراحل (FTPM-RDM) على ملفين في كل مرحلة، ولها توزيعان متعرجان، أحدهما عبارة عن هيكل متعرج موجب مصاب والآخر عبارة عن هيكل متعرج مصاب موجب وسالب، والذي يمكن إظهاره في الشكل التالي (2).

وأخيراً تم تحليل تأثير “توزيع اللف” على الحث الذاتي والحث المتبادل لـ (FTPM-RDM) بواسطة طريقة دالة اللف، كما يتم الكشف عن السبب في أن بنية الملف المصابة الإيجابية والسلبية لها محاثة أقل ومحاثة ذاتية أعلى، ويتم اشتقاق استنتاج عام، وبناءً على هذا التحليل تم اقتراح طريقة إعادة بناء متعرجة لمرحلة متماثلة ذات ترقيم زوجي (FTPM-RDM).