الهندسةالهندسة الكهربائية

تصميم المحرك بالتبديل المزدوج للأسنان المفردة والمتعرجة

الهدف من تصميم المحرك بالتبديل المزدوج للأسنان المفردة والمتعرجة

 

في ظل الطلب المتزايد على الآلات الكهربائية عالية الأداء (EMs)، تسود آلات المغناطيس الدائم (PM) حالياً كخيار أساسي، ونظراً لارتفاع عزم الدوران وكثافة الطاقة وكفاءتها العالية، ومع ذلك ونظراً لمواردهم المحدودة وتكلفتهم غير المستقرة وقضايا تحمل الأخطاء؛ فإن الباحثين مهتمون ببديل جذاب للمحركات القائمة على (PM).

 

كما تحظى محركات “التردد المحول” (SRM) باهتمام كبير في العديد من التطبيقات بسبب بنائها البسيط وقدرتها على تحمل الأخطاء والقدرة على العمل في بيئات قاسية وغياب (PM) ونطاق السرعة الواسع، مما أدى التقدم في دوائر إلكترونيات القدرة إلى زيادة ملاءمتها لمجموعة متنوعة من التطبيقات مثل التطبيقات الزراعية وتطبيقات الطائرات والأجهزة المنزلية.

 

ومع ذلك؛ فإن قضايا الكفاءة المنخفضة وانخفاض كثافة عزم الدوران وتموج عزم الدوران العالي تتطلب مزيداً من التحسينات لاعتمادها في التطبيقات الصناعية، وذلك لتحسين معايير الأداء هذه، بحيث تم الإبلاغ عن العديد من الأوراق البحثية في الأعمال السابقة، بحيث يؤدي استخدام الفولاذ الحديدي عالي الجودة وعامل تعبئة الفتحات العالية إلى تحسين الكفاءة بنسبة عالية.

 

كما وجد أنه في (SRM) المسنن (TSRM) يتم توليد عزم دوران أعلى مع عدد أكبر من أقطاب الجزء المتحرك من أعمدة الجزء الثابت، وبتقييم أداء SRM( (SSRM)) الدوار المجزأ مع طوبولوجيا متعرجة أحادية السن وأفادوا أن هذه الآلة لها حجم مضغوط وحجم نحاسي أقل وزيادة ارتباط التدفق لكل دورة، كما ويحسن ناتج عزم الدوران بالمقارنة مع (SRMs) المتعرجة كاملة الملعب.

 

حيث تم إيداع العديد من براءات الاختراع التي تسلط الضوء على التحسينات المستمرة وإمكانات التكنولوجيا الحديثة، بحيث تمت المطالبة بدوار خارجي مقسم (SRM)، وذلك بأهداف محرك محور لمركبة كهربائية تتميز بعزم دوران عالٍ وكفاءة عالية وحجم مضغوط وبديل مناسب لمحرك (DC) بدون فرش.

 

طوبولوجيا (SRM) التقليدية

 

يعد إنشاء وحدات (SRM) التقليدية أحد أبسط التكوينات بين جميع الآلات الكهربائية (EM)، بحيث يوضح الشكل التالي (1) عمود (SRM) ذو (3) مراحل (12/8) مع ملفات المرحلة (A) فقط المعروضة، لذلك ستكون ملفات الطور (B) والمرحلة (C- 30) درجة و (60) درجة ميكانيكياً بعيداً عن المرحلة (A) على التوالي، كما أن اللفات موجودة على كل قطب ثابت.

 

كذلك (PA1 ،PB1 ،PC1 ،… PA4 ،PB4 ،PC4) على التوالي، لذلك تضع كل فتحة الجزء الثابت موصلات مرحلتين متجاورتين، كما يكون موضع الدوار الموضح في الشكل (1)، وفي حالة غير محاذاة تماماً مع حالة المرحلة (A)، خاصةً إذا تم تنشيط المرحلة (A)؛ فسيحاول الدوار التوافق مع المجال المغناطيسي مع هذه المرحلة، لذلك إذا تم تنشيط المراحل في تسلسل (ABC)؛ فسيبدأ الدوران في اتجاه عكس عقارب الساعة.

 

 

طوبولوجيا (DSSRM) المتعرجة أحادية الأسنان

 

تتميز (DSSRMs) بكثافة عزم وقدرة أعلى مقارنةً بأجهزة (SRM) التقليدية بسبب الاستخدام الأفضل لحجم الماكينة مع إدخال الدوار المجزأ والجزء الثابت الثانوي في تدفق شعاعي (DSSRM)، كما يتم وضع دوار مجزأ بين ساكنين داخلي وخارجي، كما ويشترك في التدفقات المغناطيسية لكليهما، بحيث يوضح الشكل التالي (2) هيكل (DSSRM) ذو (3) مراحل (12/10/12)، وذلك مع طوبولوجيا متعرجة أحادية السن.

 

أيضاً يوضح الشكل (2-A) عرض المقطع العرضي الخاص به مع عرض ملفات المرحلة (A) فقط، كذلك يوضح الشكل (B-2) منظره المتفجر. وكما يوحي الاسم يحتوي كل جزء ثابت على (12) عموداً ثابتاً والدوار به (10) أجزاء، بحيث يتم تصنيف أقطاب الجزء الثابت إلى نوعين وهما أعمدة مثيرة، أي PA1 ،PB1 ،PC1) PA4) وأعمدة مساعدة.

 

كما يتم لف ملفات الطور فقط على أقطاب مثيرة بينما لا توجد ملفات على الأعمدة المساعدة، بحيث توفر الأقطاب المساعدة فقط مسارات العودة للتدفق الناتج عن الأقطاب المثيرة، وهناك أقطاب الساكن الداخلي والخارجي في محاذاة الوجه، كما يتكون الجزء المتحرك من أجزاء منفصلة معزولة مغناطيسياً عن بعضها البعض ومدمجة في عازل غير مغناطيسي.

 

في الشكل التالي (2)؛ فإنه يمكن ملاحظة أنه في طوبولوجيا اللف أحادي السن، بحيث تحتوي كل فتحة الجزء الثابت على موصلات من طور واحد فقط، وبالتالي؛ فإن هذا الهيكل المتعرج له هيكل مضغوط ، وبالتالي يعبر عن قدرة أكبر على تحمل الأخطاء، كما يتم تحديد قطبية الجزء الثابت الداخلي وملفات الجزء الثابت الخارجي لمرحلة ما بطريقة تخلق خصائص إلغاء التدفق بالقرب من موضع الدوار غير المحاذي.

 

كذلك تقلل خصائص الماكينة من الحث غير المحاذي وتزيد من عزم الدوران الناتج، وذلك كما هو موضح في الشكل (2-A)، بحيث يظهر الجزء المتحرك في وضع غير محاذي مع المرحلة (A)، كما ويتم تعريفه أيضاً على أنه (0 °) وضع ميكانيكي.

 

ولكل إثارة طور، بحيث أن هناك (4) أجزاء دوارة مختلفة تدخل في التأثير المغناطيسي لها أي (S1 ،S2 ،S6 ،S7 للمرحلة A) والدوار سيحاول محاذاة مغناطيسيا مع المرحلة المثارة، ومن ثم؛ فإنه يمكن أن يبدأ الدوار في الدوران في اتجاه عكس عقارب الساعة إذا تم تنشيط الأطوار في تسلسل (ABC).

 

 

كما تتضح توزيعات التدفق المغناطيسي لـ (DSSRM) لموضع الدوار غير المحاذي والمحاذاة على التوالي، و لمرحلة مثارة، بحيث يتدفق التدفق المغناطيسي من أقطاب الجزء الثابت المثير ويعود عبر الأقطاب المساعدة المجاورة التي تمر عبر مقاطع الجزء الدوار.

 

لذلك تكون مسارات التدفق أقصر في هذا الهيكل، وبالتالي تزيد من الاستخدام الكهربائي للآلة، علاوة على ذلك؛ فإنه يمثل الشكل أيضاً خصائص إلغاء التدفق بالقرب من موضع الدوار غير المحاذي، مما يقلل من الحث غير المحاذي.

 

 

وأخيراً؛ فقد تمت مناقشة العديد من إجراءات التصميم لتحسين أداء التدفق الشعاعي (DSSRM) مع طوبولوجيا متعرجة أحادية السن، بحيث يتم اختيار معادلات زوايا قوس الجزء الثابت والقطب الدوار للمحاثات المنخفضة غير المحاذاة والمحاذاة العالية لعزم الدوران الناتج المرتفع، وبناءً على ذلك؛ فإنه يتم تحليل اختيار عدد فتحات الجزء الثابت ومقاطع الجزء الدوار.

 

كما ويلاحظ أنه بالنسبة لـ (DSSRM) ثلاثي الأطوار؛ فإن مجموعة (12/10) من الأقطاب لها كثافة عزم أفضل على مجموعات (12/8) و (12/14) في تركيبة (12/10) عمواً، بحيث يتم تحقيق عزم دوران أعلى مقارنة بمجموعة (12/8) عموداً بسبب العدد الأكبر من الأشواط لكل دورة،

 

ومع ذلك في تركيبة “الأقطاب المغناطيسية” (12/14)، تصبح فائدة العدد الأكبر من الأعطال لكل دورة غير فعالة بسبب الزيادة الكبيرة في الحث غير المحاذي، علاوة على ذلك؛ فإنه يتم التحقيق في تأثير أقطاب اللف على أداء (DSSRM)، كما ويلاحظ أنه على عكس طرح قطبية “لف التدفق”؛ فإن قطبية لف تدفق التدفق ليس لها انعكاس تدفق في الأقطاب المساعدة، لذلك لديها خسارة أساسية أقل.

 

 

المصدر
M. Aydin, Z. Q. Zhu, T. A. Lipo and D. Howe, "Minimization of cogging torque in axial-flux permanent-magnet machines: Design concepts", IEEE Trans. Magn., vol. 43, no. 9, pp. 3614-3622, Sep. 2007.R. Madhavan and B. G. Fernandes, "Performance improvement in the axial flux-segmented rotor-switched reluctance motor", IEEE Trans. Energy Convers., vol. 29, no. 3, pp. 641-651, Sep. 2014.W.-S. Yao, "Rapid optimization of double-stators switched reluctance motor with equivalent magnetic circuit", Energies, vol. 10, no. 10, pp. 1603, Oct. 2017.P. N. Materu and R. Krishnan, "Estimation of switched reluctance motor losses", IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 28, no. 3, pp. 668-679, Jun. 1992.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى