أهمية نظام قيادة المحرك الكهربائي بتبديل التردد
يحتضن محرك ممانعة التبديل (SRM) تفوق البناء البسيط والمتانة العالية والتكلفة المنخفضة مقارنة بأنواع المحركات الأخرى، بحيث تركز الأبحاث الخاصة حول (SRM) بشكل متزايد على تحسين أدائها، وذلك من حيث تموج عزم الدوران والكفاءة والاهتزاز والضوضاء، كما يتم استخدام العديد من المؤشرات لتقييم هذا الأداء بشكل مباشر أو غير مباشر.
كما يعتبر العزم الذي يمكن حسابه أو محاكاته بمثابة مؤشر أداء مباشر، بحيث يمكن تقييم الكفاءة عن طريق فقدان النظام بناءً على كثافة التدفق المغناطيسي، بحيث ثبت أن القوة الشعاعية المغناطيسية هي العامل المهيمن للحث على الاهتزاز ويمكن تحقيق التنبؤ والقمع من خلال منظر طبيعي لدراسة القوة الشعاعية المغناطيسية نفسها.
لذلك يمكن اعتماد كل من الطريقة القائمة على التجربة والطريقة القائمة على المحاكاة لتحليل مؤشرات أداء (SRM)، كما تم بناء محرك نموذجي بقدرة 50 كيلو واط، وللتحقق من تحسين عزم الدوران؛ فإنه يتم إجراء تقييم شامل للأداء الديناميكي لـ (10/6 SRM)، كما تم بناء ثلاث مراحل (12/8 SRM)، وذلك للتحقق من عزم الدوران، بحيث يستغرق إنشاء الإعدادات التجريبية وقتاً طويلاً ومرهقاً,
حيث تعتبر تكلفة التجربة والخطأ ضخمة وتحتاج إلى عدة إصدارات للحصول على الأداء المطلوب، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإنه يمكن قياس معلمة أداء واحدة فقط، وهي عزم الدوران، ويكون مباشرة من الطريقة القائمة على التجربة، بحيث لا يمكن الحصول على معطيات أخرى مثل كثافة التدفق والقوة الشعاعية المغناطيسية بهذه الطريقة.
لذلك لا يمكن تحسين أداء نظام (SRD) من خلال تحسين معطيات النظام باستخدام النهج القائم على التجربة، كما تم إنشاء نموذج العناصر المحدودة (FEM)، وذلك للتحقق من تصميم (SRM) الجديد، كما ويتم الحصول فقط على الخصائص المغناطيسية الثابتة لعزم الدوران والمحاثة وكثافة التدفق من النموذج.
كما تم وصف نموذج (MATLAB) لمحاكاة (6/4 SRM)، كما ويتم تقديم أدائه الديناميكي من النموذج الخطي إلى النموذج غير الخطي، وذلك مع البيانات السابقة المستخدمة في هذا النموذج، بحيث لا يمكن للنتيجة أن تصور حالة التشغيل الديناميكي العملي.
آلية التحكم في نظام محرك SRM
يوضح الشكل التالي (1) نظام محرك (SRM) ثلاثي الأطوار بقطب (12/8) مع محول نصف جسر غير متماثل، بحيث يتم تنظيم قيمة التيار المتدفق عبر ملف (SRM) عن طريق تشغيل أو إيقاف تشغيل (IGBTs)، بحيث يتحقق التحكم في الطور عن طريق تغيير أوضاع الوظائف لاثنين من (IGBTs)، كما أن هناك ثلاثة أوضاع للوظائف بما في ذلك الشحن والتحرير والتفريغ.
لذلك يظهر مسار تدفق تيار الطور في الشكل التالي (2)، وذلك عندما يتم تشغيل كل من (S1)، (S2)، بحيث تتدفق التيارات عبر (S1)، (S2) بجهد موجب، كما ويتم توفير الطاقة لملف الطور، بحيث يتم إبقاء (S1) في وضع التشغيل وإيقاف (S2)، وذلك من خلال الدوائر الحالية بجهد صفر.
وعندما يتم إيقاف تشغيل كل من (S1)، (S2)؛ فإنه يتدفق التيار عبر (D2)، (D1) وتتدفق الطاقة مرة أخرى إلى مصدر الطاقة، وذلك مهما كانت استراتيجيات التحكم التي يتم تبنيها؛ فإنه يتم تنفيذ التنظيم الحالي مع تحويل الدائرة الكهربائية بين الأنماط الثلاثة.
ولاحقاً تم اعتماد نظام محرك (SRM) يعتمد على (DSP)، وكما هو موضح في الشكل التالي (3)، بحيث يتم استخدام شريحة (TMS320f2812 DSP) من (TI)، حيث أن لديها وحدات توليد (PWM) ويمكنها إنتاج 12 إشارة (PWM)، بحيث يتم تحويل الإشارات التناظرية للجهد الكهربائي والتيار إلى إشارات رقمية من خلال وحدات محول (A / D).
أيضاً يتم تعيين السرعة المرجعية بواسطة مقبض تحكم، بينما يتم اكتشاف السرعة الحقيقية بواسطة المشفر ويتم فك تشفيرها بناءً على وحدة الالتقاط، كما يتم تنفيذ خوارزمية السرعة والتحكم الحالي لتوليد إشارات (PWM)، والتي يتم نقلها إلى المحول للتحكم في تشغيل وإيقاف تشغيل (IGBT)، ومع معطيات النظام المكتسبة من أجهزة الاستشعار وخوارزميات التحكم لتحقيق مؤشر أداء معين يعتمد على المعطيات؛ فإنه يتم تحقيق التحكم في الحلقة المغلقة في (SRM).
النمذجة متعددة الحالات لـ (SRM)
معادلات خصائص (SRM)
يرتبط الجهد اللحظي على طور من (SRM)، وذلك بوصلة التدفق والتيار الكهربائي المار عبر الملف بواسطة قانون فاراديس:
حيث:
(UK): هي الجهد الطرفي.
(ik): هو تيار الطور.
(Rs): هو مقاومة الطور.
(k = 1،2 ، … ، m): هو ثابت يمثل رقم المرحلة.
(∂ψk / ∂1k): يعرف بأنه الحث التزايد.
[(Lk (θ ، ik) ،(∂ψk / ∂θ⋅dθ / dt]: هو (EMF) الخلفي الفوري، كما يتم حساب العزم اللحظي من خلال معدل تغير الطاقة المشتركة مع إزاحة زاوية الدوار.
منصة المحاكاة لنظام محرك الـ (SRM)
يتم تمثيل منصة المحاكاة المشتركة القائمة على الفيزياء المتعددة لنظام التحكم (SRM)، وذلك باستخدام (Matlab / Simulink-Simplorer-Maxwell)، وكما هو موضح في الشكل التالي (4)، بحيث يتم استخدام (Matlab / Simulink)، وذلك لمحاكاة وحدة التحكم.
كما تشمل معلمات التحكم الرئيسية الجهد والزاوية وتشغيل الزاوية، وذلك من حيث الاختيار الصحيح لمتطلبات التحكم هذه هو العامل الرئيسي لتحقيق التحكم الأمثل في (SRM)، بحيث يتم إنشاء وحدة التحكم في السرعة بواسطة الكتل الموجودة في مكتبة (Simulink)، كما يتم تحقيق خوارزمية التبديل ووحدة التحكم الحالية في وحدات (IGBT1) و (IGBT2) المبرمجة باستخدام كتلة الوظيفة (S)، كما وتستخدم وحدة الموصل لتوصيل البيانات بين (Simulink) و (Simplorer).
أيضاً يستخدم برنامج (Simplorer) لمحاكاة العاكس والتحميل، بحيث يتم تطبيق دائرة نصف الجسر غير المتماثلة للمحول لتحقيق محرك لكل مرحلة، كما يتم محاكاة المعطيات الميكانيكية مثل الجمود الدوراني والحمل في هذه الوحدة أيضاً، بحيث يحقق الموصل المضمن في (Simplorer) نقل البيانات بين كل برنامج.
كما يتم تقديم المعطيات الهندسية، وذلك كما هو مدرج في الجدول التالي (1) ومعاملات المواد في (Maxwell) لمحاكاة جسم (SRM) نفسه، وعلى الرغم من المعطيات المدرجة في الجدول؛ فإنه ينبغي النظر في التعديل المحلي للهياكل الناتجة عن التصنيع الفعلي.
حيث يتم النظر في فتحة بطاقة الجزء الثابت لإصلاح فاصل العزل وفتحة التثبيت، ويتم تصفيح الجزء الثابت والدوار بواسطة فولاذ السيليكون، وعلى الرغم من نمذجة الجزء الثابت والدوار واللف والمنطقة بين هذه المناطق وإعداد المواد وتوليد شبكة العناصر المحدودة، إلا أنه تم إنجاز نموذج العناصر المحدودة ثنائية الأبعاد لـ (SRM).
تفاعل البيانات بين كل وحدات المحاكاة
يوضح الشكل التالي (5) رسم تخطيطي لتدفق البيانات بين كل وحدة محاكاة، كما ويبدأ نظام المحاكاة بتشغيل ملف (M) بدء التشغيل من (Matlab)، بحيث ثم يتم حساب الظروف التشغيلية لـ (SRM)، وذلك بواسطة (Maxwell)، كما يتم نقل معلمات تيار الطور وموضع الدوار والسرعة الزاوية وعزم الدوران إلى (Simulink) من خلال الموصلات في برنامج (Simplorer).
ثم يتم استدعاء وحدات التحكم (IGBT) لتوليد وإيقاف إشارات للمحول، وذلك مع تبديل (IGBTs)، بحيث يتم إنتاج جهد فعال وفرضه على (Maxwell) وكذلك الحمل الخارجي، أيضاً تم حساب شدة المجال المغناطيسي وشدة التدفق وإمكانات المتجهات في (Maxwell)، بحيث يمكن أيضاً الحصول على معطيات الأداء من خلال حاسبة المجال.
