التحكم التوافقي بالآلات الكهربائية متعددة وثلاثية الأطوار

أهمية التحكم التوافقي بالآلات الكهربائية متعددة وثلاثية الأطوار

يتم اعتماد الأنظمة الكهربائية في قطاع الطيران كبديل للأجزاء الميكانيكية المضادة، بحيث لامس التوليد الكهربائي على متن الطائرة (1) ميجا فولت أمبير وهو آخذ في الارتفاع، حيث أن اتجاه الكهربة مدفوع بمتطلبات متعددة ، وكذلك الطلب المجتمعي لخفض الانبعاثات وزيادة الأداء والكفاءة والصيانة المبسطة للأنظمة الكهربائية.

وفي الآونة الأخيرة؛ فإنه يتم النظر في مفاهيم (MEA) و (AEA) لإدخال الدفع الكهربائي، وهو العمود الفقري للدفع الكهربائي هو محرك كهربائي يتكون من محركات أو مولدات كهربائية ومحولات كهربائية، وهي عبارة عن منصة تحكم وأجهزة استشعار.

ومن أجل تلبية متطلبات تحمل أخطاء الفضاء، يجب تضمين التكرار والتسامح مع الخطأ في نظام الدفع، خاصةً أن تحمل الأعطال في التطبيقات التي تتطلب استمرارية العملية، على سبيل المثال صناعة المعالجة والآلات الكهربائية متعددة المراحل والأنظمة متعددة المراحل الثلاث تكتسب شعبية متزايدة، وهي الميزة الرئيسية لآلة متعددة المراحل ثلاثية مقارنة بآلة تقليدية ثلاثية الطور هي القدرة على توليد (MMF) دوار.

وبالتالي يصبح عزم دوران سلس بعد فشل مرحلة واحدة أو أكثر، ومن ثم يتم النظر في استخدام آلات متعددة المراحل لتطبيقات الدفع المستقبلية في منطقة الشرق الأوسط وأفريقيا أو منطقة الشرق الأوسط وأفريقيا.

كما تم عرض معادلات النظام الأساسية من حيث روابط التدفق لآلة متعددة الأطوار الكهربائية، وعادةً ما يتم تطبيق التحول، كما يتم إجراء تحويل (Clarke) في حالة الآلة ثلاثية الطور وتحويل (VSD) للآلات متعددة المراحل ويتم التحكم في التيار في المساحة المحولة.

لذلك درست الأبحاث السابقة على نطاق واسع طريقتين للتحكم في الماكينة متعددة الأطوار، وذلك التحكم في (DQ)، حيث يتم اعتبار كل مجموعة من ثلاث مراحل بشكل مستقل متجاهلة الاقتران المتبادل بين مجموعات اللف والتحكم القائم على (VSD)، كما يظهر عدم التطابق في تقدير عزم الدوران وانخفاض أداء التحكم للتحكم (DQ) المستقل عندما لا يتم احتساب اقتران الملف الداخلي.

كما يتم عرض مقارنة بين تحكم (VSD) و (DQ) والظروف التي بموجبها يكون الاثنان متكافئين، بحيث يتم اختيار التحكم (DQ) عندما يكون التحكم المستقل لمجموعات اللف ثلاثية الطور شرطاً، وهذه الميزة مهمة من وجهة نظر شهادة السلامة لتطبيقات الموثوقية العالية، حيث قد يؤدي فشل نقطة واحدة (وحدة التحكم في طريقة VSD) إلى فشل النظام بأكمله.

يقدم العمل فيهذه الدراسة نموذجاً للتحكم المستقل في (DQ)، وذلك بناءً على بعض التقديرات، حيث أن النموذج مشابه للنموذج المشتق من تحويل (VSD)، كما تم اقتراح نهج آخر محايد، وهو مخطط تحكم موزع يعتمد على تحليل (VSD)، وكلا النهجين أعلاه يوفران القدرة على أداء التحكم الحالي المستقل لكل مجموعة متعرجة، بحيث لا تقترح الطرق المذكورة أعلاه آلية إعادة تشكيل وضع الخلل بخلاف تعطيل مجموعة اللف الخاطئة.

نظام القيادة الكهربائية متعدد وثلاثي الأطوار

تم تحليل آلة غير متناظرة من ست مراحل مع محايدة معزولة في هذه الدراسة، كما يمكن أن يمتد التحليل بسهولة إلى تكوينات مجموعة اللف الأعلى. يظهر نظام تشغيل الآلة في الشكل التالي (1)، كما يتم تغذية كل مجموعة ثلاثية الطور بواسطة محول (3L-NPC).

نمذجة الآلة والتحكم فيها: هنا يتم اشتقاق المكافئ لكل نموذج طور للآلة في هذا القسم، كما تظهر زوايا تقدم الطور مع المحور المرجعي المحاذي للطور (a1).

كما يمكن التعبير عن مصفوفة معادلة الجهد الكهربائي الثابت مع تدفق مغناطيسي دائم (λm) في معظم الأشكال العامة على النحو التالي:

هيكل التحكم في مجال (ABC)

يتم عرض هيكل التحكم المفصل لمحول واحد في التشغيل العادي أدناه، فقط (2) من وحدات تحكم العلاقات العامة ضرورية لكل عاكس ويتم الحصول على إشارة التحكم للمرحلة الثالثة من خلال علاقة حسابية، كما يمكن إضافة العديد من المصطلحات الرنانة داخل النطاق الترددي لوحدة التحكم لإزالة التوافقيات ذات الترتيب الأعلى.

لذلك يمكن إعادة تكوين هيكل وحدة التحكم في العلاقات العامة بسهولة لظروف الأعطال كما هو موضح في القسم التالي.

أنماط الخطأ السائد لأنظمة القيادة: تم وصف وتقدير أنماط الخطأ السائدة في المحركات الصناعية، بحيث تُعزى (40٪) تقريباً من الأعطال إلى دوائر الطاقة مع وجود جزء كبير منها ناتج عن أشباه موصلات الطاقة، وهناك أخطاء أشباه الموصلات هي إما خطأ في الدائرة المفتوحة أو خطأ في الدائرة القصيرة، لذلك؛ فإن وضع الفشل السائد في (IGBTs) هو خطأ الدائرة المفتوحة.

ومما سبق هناك جزء صالح في حالة وحدات (IGBT) المقيدة بالأسلاك بينما بالنسبة لوحدات الضغط، بحيث يكون وضع فشل الدائرة القصيرة أكثر شيوعاً، وفي حالة محول (3L-NPC)، تقدم أوضاع الأعطال في (IGBTs) الداخلية والخارجية خيارات مختلفة لإعادة تكوين الخطأ، وعملياً يمنع خطأ المفتاح الداخلي إعادة تكوين الخطأ لتطبيقات محرك المحرك، وذلك على الرغم من أنه يمكن تخفيفه للتطبيقات المتصلة بالشبكة الكهربائية.

وفي حالة أنظمة القيادة متعددة الطور مع محولات (3L-NPC)؛ فإن خيار إعادة تكوين الخطأ هو تشغيل مجموعة اللف ثلاثية الطور المعيبة في وضع أحادي الطور، كما تمت دراسة وضعي خطأ مختلفين في هذا العمل، وهناك خطأ المرحلة المفتوحة في المرحلة (C2) وحدها وأخطاء المرحلة المفتوحة في المرحلتين (C2) و (C1) لآلة ثنائية ثلاثية الطور.

وبالنسبة الى خطأ الطور الواحد؛ فإنه تم وصف خيارات إعادة تكوين الخطأ لأنظمة القيادة (3L-NPC)، بحيث يعتبر تشغيل المراحل الصحية كمجموعة لف أحادية الطور بمثابة تشغيل وضع الخطأ في هذا العمل، وعندما تكون إحدى الطور مفتوحاً؛ فإن الملفين المتبقيين يحملان نفس التيار ويتصرفان كمجموعة لف واحدة حسب الشكل التالي (2).

أما بالنسبة للخطأ المزدوج مفتوح المرحلة؛ فإن حالة الخطأ الأكثر خطورة هي عندما تعاني مرحلة واحدة في كل مجموعة متعرجة من عيوب مفتوحة، بحيث تقلل الآلة بشكل فعال إلى آلة مجموعة اللف المزدوجة، كما يوضح الشكل التالي (3) توزيع مجموعة اللفات بما في ذلك الأنظمة الوهمية أحادية الطور.

وأخيراً في هذا العمل، تم تقديم مخططين للتحكم في وضع الخطأ لتمكين وظائف المنزل العرج للآلات متعددة المراحل، بحيث يتم استخدام نموذج الآلة في محاسبة مجال (ABC) للاقتران بين الملفات لتطوير مخطط تحكم حالي قادر على تشغيل وضع الخطأ، كطما يتم عرض هيكل التحكم باستخدام وحدات تحكم (PIR).

وباستخدام نموذج آلة وضع الخطأ، يتضح أن إعادة تكوين وحدة التحكم في وضع الخطأ يمكن إجراؤها بدون تعديلات على هيكل وحدة التحكم، كما تتيح وحدات تحكم (PIR) الإلغاء التوافقي المماثل للتحكم في (VSD) مع توفير وحدات تحكم مستقلة لكل مرحلة، بحيث يتم التحقق من ملاءمة وحدات التحكم (PIR) لأنماط الأعطال مع تشغيل خطأ بمرحلة واحدة ومزدوجة مع عاكسات (3L-NPC).