اقرأ في هذا المقال
تقدير سعة المحاثات الكهربائية الأساسية في الوضع المشترك
أصبحت معدات تكييف الطاقة القائمة على إلكترونيات القدرة في كل مكان في أنظمة الطاقة، بحيث يمكن أن تولد معدات مثل محولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية تياراً كبيراً في الوضع المشترك، حيث أن الوضع الحالي غير مرغوب فيه لأنه يمكن أن يؤدي إلى ضوضاء كهرومغناطيسية وخلل في المعدات، كما تتمثل إحدى الطرق للتخفيف من تيار الوضع المشترك في استخدام محاثات الوضع المشترك.
ومع ذلك؛ فإن الحد الأقصى لتكرار الفعالية محدود من خلال وضع السعة المشترك لها، وبالتالي يجب مراعاة السعة ذات النمط المشترك في عملية التصميم، كما تتمثل إحدى طرق التنبؤ بالسعة من خلال استخدام تحليل العناصر المحدودة الكهروستاتيكية (FEA)، ومع ذلك، بحيث يتطلب القيام بذلك تمثيل الهياكل ذات الأبعاد حسب ترتيب سماكة عزل السلك، علاوة على ذلك ونظراً لأن جهد الوضع الشائع يختلف على طول الملف؛ فإنه يلزم إجراء تحليل ثلاثي الأبعاد.
اليوم، تم تصميم العديد من المكونات باستخدام التحسين متعدد الأغراض متعدد الفيزياء، حيث أن الأمثلة بما في ذلك محاثات (EI-core) ومحثات المغناطيس الدائم والآلات الكهربائية والمحولات، بحيث تكون منتشرة على نطاق واسع، ونظراً لأن مثل هذا النهج يتطلب تقييمات تصميم من (4^10 إلى 7^10)؛ فإن الطرق الفعالة حسابياً لحساب السعة مرغوبة، وبالتالي فهي محور هذه الدراسة.
كما تم تحديد العديد من الطرق لحساب مساهمات السعة المختلفة لأنواع مختلفة من المحرِّضات في الدراسات، كما تم تقديم نهج تحليلي للتنبؤ بالسعة الذاتية كدالة لهندسة المحرِّض، بحيث تعتمد هذه الطريقة على تمثيل بنية اللف كخلايا وحدة، ومع ذلك؛ فإنه لا يشمل تأثير العزل بين طبقات اللف أو توزيع الجهد المنخفض التردد الكهربائي (الحثي) على الموصلات أو الجوانب الهيكلية مثل سعة الملف إلى الملف.
كما يتم اتباع طريقة مختلفة، وذلك لحساب السعة لملف لولبي ذو قلب هوائي أحادي الطبقة ذي الوضع التفاضلي، بحيث يتم استخدام أفكار مشابهة لتلك الموجودة، وذلك للعثور على السعات من دورة إلى أخرى ومن ثم إلى النواة للمحثات أحادية الطبقة ذات الوضع التفاضلي، كما أنه يتم النظر في السعة ذات النمط الشائع لمحث حلقي أحادي الطبقة ذو النمط المشترك.
بحيث يأخذ هذا العمل في الاعتبار السعة في محاثات الوضع المشترك (UR-Core) و (C-Core)، وهذه الفئة من المحرِّض أسهل في الريح من المحرِّضات الحلقية في حالة تطبيقات التيار الكهربائي العالي، وذلك على الرغم من أنها تعاني من عيوب فجوة هوائية صغيرة بسبب خشونة السطح حيث تتجمع أنصاف النواة معاً، كما يتم النظر في السعات من ملف إلى ملف وملف إلى قلب، ومن ثم إلى منعطف ومن طبقة إلى طبقة.
الترتيب الخاص بسعة المحاثات الكهربائية
يوضح الشكل التالي (1) التكوين المفترض لمحث النمط المشترك، وفيه يمثل (vin ، vout) جهد إدخال وإخراج الوضع التفاضلي للسكك الحديدية بالتيار المستمر، كما ويشير (vui ، vli)، وذلك إلى الفولتية العلوية والسفلية للسكك الحديدية بالنسبة لمستوى متساوي الجهد (العقدة 0، والتي يمكن التفكير فيها ولكن ليس من الضروري أن تكون الأرض) و (vuo ، vlo) هما الفولتية الناتجة عن السكة الحديدية العلوية والسفلية بالنسبة إلى نفس المستوى.
كما تشير الأحرف الحرفية من (0) إلى (4) إلى أرقام العقد، كما أنه يتم الإشارة إلى التيارات في السكة العلوية والسفلية (iu) و (il) على التوالي، وذلك من الناحية المثالية، وفي حالة عدم وجود تيار الوضع المشترك (il = −iu).
كما يتم تعريف جهد الوضع المشترك للإدخال، وهو جهد الوضع المشترك للإخراج وتيار الوضع العام على أنه:
الشكلين التاليين يصوران المقاطع العرضية لـ (UR-core CM)، وبالنظر إلى أسفل في الشكل (2) إلى موضع الخط المتقطع، نحصل على المقطع العرضي الموضح في الشكل (3)، وبالنظر إلى الأعلى في الشكل (3) إلى موضع الخط المتقطع؛ فإن المقطع العرضي في الشكل (2).
في الشكلين (2 ، 3)؛ فإنه يمكن رؤية أن المحرِّض يتكون من قلبين متصلين (رمادي) وملفين (برتقالي)، بحيث لا يتطابق هذان الملفان مع الملفين في الشكل (1)، وبدلاً من ذلك؛ فإنه يحتوي كل ملف على ملفين (سكة علوية وسكة سفلية)، كما يتم ربط اللفات الموجودة على الملف الأيسر في الشكل (2) في سلسلة مع الملفات المقابلة على الجانب الأيمن من الشكل (2).
كما أن الشكل (4) و (5) يصوران المقاطع العرضية لـ (C-core CMI)، وذلك من حيث التكوين العام المشابه لترتيب (UR-core) فيما عدا أن (C-cores) تحل محل (UR core)، كما أنه يمكن أن يكون هذا مفيداً عند استخدام على سبيل المثال، نواة بلورية نانوية تكون بشكل عام عبارة عن شريط ملفوف بدلاً من قلب (UR) الذي يتم ضغطه عادةً (أو تشكيله) من الفريت، كما يمكن بناء قلب جرح الشريط بدون فجوة هوائية على الرغم من أن اللف يصبح أكثر صعوبة.
كذلك يمثل الشكل التالي (6) مقطعاً عرضياً لجانب واحد من ملف واحد، بحيث لاحظ تشذير موصلات السكك الحديدية العلوية (الزرقاء) والسفلية (الصفراء)، كما يمكن رؤيته بحيث يتم لف ملفي كل ملف جسدياً معاً كما لو كانا خيوط متوازية من نفس الملف لتقليل محاثة الوضع التفاضلي، لذلك قد توجد منطقة عازلة من طبقة إلى طبقة أو مساحة مفتوحة (وردي) بين طبقات اللف لتقليل السعة.
أيضاً تتضمن مقاييس الملف ذات الأهمية في الشكل (6) عدد الخيوط لكل موصل (ملف واحد في ملف)، حيث أن (Nsc) هي عدد الدورات لكل طبقة، أيضاً (Ntl) هي عدد الطبقات (Nl) وعدد الدورات في أحد الملفين، كذلك؛ فإن (N) في المثال الموضح في الشكل (6)، كما يتكون كل منعطف من قائمتين لملف السكة العلوي و (2) جدائل من لف السكة السفلية.
ومن أجل استنتاج خصائص الوضع المشترك للمحث، ومن خلال الشكل السابق (1) والتعريفات (1) – (3)؛ فإنه يمكن ملاحظة أن توصيل الجهاز كما هو موضح في الشكل التالي (7)، بحيث يسمح بخصائص الوضع الشائعة (الحث والسعة) يمكن قياسها بسهولة، وفي ذلك يتم الحفاظ على مخطط ترقيم العقدة في الشكل (1)، كما تسهل الوصلات المبينة في الشكل (7) التحليل العددي لخصائص الأسلوب المشترك، كذلك السمة الرئيسية هي أنه يمكن النظر إلى الملفين في الشكل (1) كموصلات متوازية لملف واحد في الشكل (7).
وأخير فقد حددت هذه الدراسة وسيلة لحساب سعة فئتين من المحرِّضات ذات النمط الشائع، تم التحقق من صحة جوانب محددة من الحساب من خلال (FEA)، كما تم التحقق من صحة السعات الكلية بشكل تجريبي باستخدام خمسة محاثات مختلفة، كما تم استكشاف وسائل تقليل السعة باستخدام المحاثات المتصلة بالسلسلة وتم توضيح استخدام حساب السعة في تصميم قائم على التحسين متعدد الأهداف، بحيث سيتم تحديد تفاصيل الجانب الأخير من العمل في الدراسات المستقبلية.
