مبدأ تنظيم الجهد الأمثل وتوفير القدرة للمحرك الحثي

الغاية من مبدأ تنظيم الجهد الأمثل وتوفير القدرة للمحرك الحثي

إذا كان عزم الحمل المدفوع بواسطة المحرك الحثي بالتيار المتردد (المشار إليه فيما يلي باسم المحرك) غير معروف وله نطاق واسع لعزم الدوران، وعند اختيار المحرك؛ فإنه يتم تحديد “الطاقة المقدرة” للمحرك بشكل عام وفقاً “لعزم الحمل” الأقصى الفعلي المدفوع، على سبيل المثال للتكيف مع حمل الرفع لرافعة ذات نطاق عريض لعزم الدوران.

ولأن حركة الرافعة تبدأ عادةً بحمل؛ فإن الطاقة المقدرة للمحرك تكون عموماً أكبر من طاقة التشغيل الفعلية، خاصة أثناء دورة العمل، علاوة على ذلك يعمل محرك آلية الرفع عادة بحمل خفيف بدون حمل أو بتوليد الكهرباء، وهكذا يقود محرك عالي الطاقة حمولة صغيرة.

علاوة على ذلك، يعمل المحرك تحت مصدر طاقة جهد ثابت، وبالتالي فإن استهلاك طاقة المحرك مرتفع، كما وستحدث هدر الكهرباء حتماً، لذلك بناءً على خصائص التشغيل لحمل عزم الدوران الثابت غير المعروف والمتغير الذي يحركه المحرك؛ فإنه من الأهمية العملية دراسة مبادئ توفير الطاقة الكهربائية وتحديد طريقة توفير الطاقة المقابلة.

بالنسبة لأحمال المراوح والمضخات العامة، إذا اعتمد المحرك طريقة تنظيم السرعة، مثل تحويل التردد الكهربائي أو تنظيم سرعة تغيير العمود؛ فإنه لا يحقق التحكم في سرعة المحرك فحسب، بل له أيضاً تأثيرات كبيرة في توفير الطاقة، وبالنسبة لنظام قيادة محرك الرافعة بخصائص عزم الدوران الثابت وأحمال العمل المتغيرة؛ فإنه تم اعتماد تنظيم سرعة المحرك للسماح للمحرك بالتتبع السريع لعزم دوران الحمل وتحقيق تأثيرات توفير الطاقة.

كما يوجد وضعان أساسيان لتنظيم السرعة، وهما تنظيم سرعة التردد المتغير وتنظيم سرعة تغيير العمود بناءً على النموذج الرياضي للحالة المستقرة للمحرك، والثاني هو التحكم في النواقل على أساس نموذج رياضي ديناميكي للمحرك، بحيث تشتمل نظريات وطرق التحكم في النواقل بشكل أساسي على التحكم التكيفي والتحكم الديناميكي العكسي، وكذلك التحكم الضبابي.

لذلك؛ فإن الخطوة العكسية هي التحكم في نمط الانزلاق، ومع ذلك؛ فإن هذه الأساليب والتدابير الموفرة للطاقة التي تهدف إلى تنظيم سرعة المحرك ليس لها تأثيرات كبيرة على توفير الطاقة، كما أن تصميمات وحدات التحكم هذه أكثر تعقيداً، علاوة على ذلك؛ فإنه يجب أن تجمع وحدة التحكم مزيداً من المعلومات حول متغيرات الحالة لنظام المحرك أثناء التشغيل، وبالتالي فإن تكلفة الاستخدام مرتفعة.

تأثير الحمل الكهربائي على تنظيم الجهد الأمثل للمحرك

إذا كان الحمل وظروف العمل للمحرك تختلف اختلافاً كبيراً أثناء دورة العمل؛ فيمكن تعديل جهد الجزء الثابت للإدخال بناءً على الحمل الفعلي للمحرك، أي تنظيم جهد الجزء الثابت، وهو طريقة عملية وفعالة لتوفير الطاقة، كما يجب أن تجمع وحدات التحكم في توفير الطاقة المستندة إلى تنظيم سرعة المحرك المزيد من المعلومات المتغيرة لحالة نظام المحرك.

وبالمقارنة؛ فإن طرق توفير الطاقة التي تنظم الجهد الكهربائي الثابت للجزء الثابت يجب أن تعدل فقط مدخلات جهد الجزء الثابت بناءً على الحمل الفعلي، وبالتالي؛ فإنها تحتاج فقط إلى معلومات حول عزم دوران حمل المحرك، لذلك؛ فإن طريقة توفير الطاقة بالجهد تكون أبسط وأرخص.

لتحقيق تنظيم الجهد وتوفير الطاقة للمحرك، بشكل عام يمكن تحديد الكفاءة القصوى أو الحد الأدنى من فقدان المحرك كوظيفة موضوعية، وبالنسبة لنظام الدفع بالمحرك مثل الرافعة وبسبب النطاق الواسع للأحمال وخصائص أحمال التشغيل المتغيرة.

أما إذا كان هناك انتقال تدريجي من حالة المحرك إلى حالة المولد لمحرك الرفع؛ ستتغير طاقة خرج المحرك من الموجب إلى سلبي، كذلك ستتغير أيضاً طاقة إدخال المحرك من امتصاص شبكة الطاقة من الموجب إلى السالب، وستكون مدخلات الطاقة أقل من خرج الطاقة، وفيما بعد ستتغير كفاءة محرك الرافعة من قيمة موجبة أقل من (1) إلى قيمة سالبة أو حتى إلى قيمة أكبر من (1).

لذلك، ليس من المناسب اختيار الحد الأقصى من الكفاءة كوظيفة هدف التحكم لتنظيم الجهد والطاقة مدخرات، وبدلاً من ذلك؛ فإنه يجب اختيار خسارة المحرك كوظيفة هدف التحكم لتنظيم الجهد وتوفير الطاقة الكهربائية المزودة.

السيطرة على الفاقد الكهربائي لتعزيز تنظيم جهد المحركات

لتقليل إجمالي الفقد الكهربائي للمحرك (المشار إليه فيما يلي باسم الفقد الكهربائي الكلي)؛ فإنه يجب تقليل الوظيفة الموضوعية للخسارة الكهربائية الكلية للمحرك عن طريق ضبط التوازن بين فقد النحاس في الجزء الثابت والدوار وفقدان الحديد في الجزء الثابت، حيث أن إجمالي الفقد الكهربائي يكون بمثابة دالة هدف خسارة الكهرباء للأحمال غير المنتظمة واستخدمت معادلة “أويلر-لاغرانج” لتحديد الجهد الأمثل.

كما يمكن “تنظيم الجهد” وتوفير الطاقة للمحركات مع تغيرات الحمل الدورية، بحيث تُستخدم القوة الكهرومغناطيسية للمحرك لحساب القيمة المثلى لجهد التشغيل، ولكن من الصعب قياس القوة الكهرومغناطيسية في التشغيل الفعلي.

لذلك؛ فإنه يتم حساب جهد الجزء الثابت الأمثل بشكل غير مباشر عن طريق قياس قوة الدخل للمحرك والجهد الثابت، الا أن المشاكل الموجودة، هي زيادة تعقيد الحساب، كما أن الجهد الأمثل للجزء الثابت نفسه هو النتيجة التي يجب حسابها.

وكل ذلك باستخدام جهد الجزء الثابت للمحرك أثناء التشغيل لحساب جهد الجزء الثابت الأمثل للمحرك، أساساً؛ فإن مبدأ تحديد الوظيفة الموضوعية للخسارة الكلية الكهربائية هو تحلل إجمالي الفقد الكهربائي إلى خسارة ثابتة تتعلق فقط بجهد الجزء الثابت (الجزء الثابت استهلاك النحاس) والخسارة المتغيرة تتعلق فقط بحمل المحرك (استهلاك النحاس الدوار).

وفي الواقع، عندما يقود المحرك حمل عزم دوران ثابت، خاصةً إذا تم تطبيق المبدأ أعلاه لتحديد الوظيفة الموضوعية للخسارة الكهربائية الإجمالية وتحديد الجهد الأمثل؛ فلا يمكن تبسيط عملية الحساب، لذلك؛ فإن تحديد كيفية تبسيط عملية الحساب بشكل أكبر هو موضوع هذه الدراسة.

وعلى أساس الدراسات المذكورة أعلاه، ووفقاً للدائرة المكافئة من نوع المحرك التعريفي، يُنظر إلى فقد النحاس الثابت على أنه خسارة ثابتة مرتبطة بجهد الجزء الثابت، كما وسيعتبر فقد الحديد الثابت على أنه ثابت الخسارة المرتبطة بجهد الجزء الثابت (هذا يختلف عن الدراسات السابقة وهو أساس ابتكار هذا العمل.

أيضاً تعتبر خسارة النحاس الدوار خسارة متغيرة تتغير وفقاً للحمل المتغير، بحيث يتم تحديد إجمالي الخسارة الكهربائية بما في ذلك مجموع الخسائر الثابتة والمتغيرة، كما يتم الحصول على العلاقة بين الخسارة الكلية الكهربائية والجهد الثابت وعزم دوران الحمل.

وأخيراً؛ فإنه يتم الحصول على جهد التنظيم الأمثل للجزء الثابت للمحرك من خلال عملية حسابية مبسطة، وذلك من خلال مقارنة استهلاك الطاقة لمحرك الرافعة مع مصدر طاقة الجهد الثابت، بحيث تبين أن المحرك الذي يعمل بجهد التنظيم الأمثل بناءً على عزم دوران الحمل المتغير أظهر تأثيراً كبيراً في توفير الطاقة.