يعد التحكم المباشر في عزم الدوران (DTC) بمثابة إستراتيجية تحكم متقدمة وفعالة للغاية للمحركات الكهربائية، وخاصةً - المناسب تمامًا للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم (PMSMs). باعتباري أحد موردي المحركات المتزامنة المغناطيسية، فأنا متحمس للتعمق في تفاصيل DTC وأهميتها في تشغيل هذه المحركات.
فهم أساسيات المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم
قبل أن نتعمق في DTC، دعونا نفهم بإيجاز ما هو المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم. أمحرك متزامن بمغناطيس دائم يعمل بالتيار المتردديستخدم مغناطيسًا دائمًا على الجزء الدوار، والذي يتفاعل مع المجال المغناطيسي الناتج عن ملفات الجزء الثابت. يؤدي هذا التفاعل إلى دوران عمود المحرك. الطبيعة المتزامنة لهذه المحركات تعني أن الدوار يدور بنفس سرعة المجال المغناطيسي الدوار في الجزء الثابت، مما يوفر كفاءة عالية وتحكمًا دقيقًا في السرعة.
هناك أيضاالمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم ذات 3 مراحل، والتي تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية بسبب تشغيلها السلس وكثافة الطاقة العالية. تم تصميم هذه المحركات للعمل مع مصدر طاقة ثلاثي الطور، ويؤدي الجمع بين ملفات الجزء الثابت ثلاثي الطور والدوار المغناطيسي الدائم إلى إنشاء نظام محرك مستقر وفعال.
مفهوم التحكم المباشر في عزم الدوران
تم تقديم التحكم المباشر في عزم الدوران لأول مرة في الثمانينيات كبديل لطرق التحكم التقليدية الموجهة نحو المجال (FOC). الفكرة الرئيسية وراء DTC هي التحكم المباشر في عزم الدوران وتدفق المحرك، بدلاً من التحكم فيهما بشكل غير مباشر من خلال تحويلات الإحداثيات المعقدة كما في FOC.
في نظام DTC للمحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم، يتم تقدير تدفق الجزء الثابت وعزم الدوران الكهرومغناطيسي في الوقت الفعلي. ثم تتم مقارنة القيم المقدرة مع القيم المرجعية. بناءً على الخطأ بين القيم المقدرة والمرجعية، يتم التحكم في مفاتيح العاكس لضبط ناقل جهد الجزء الثابت. يسمح هذا التعديل المباشر لمتجه الجهد بتغييرات سريعة في عزم الدوران وتدفق المحرك، مما يؤدي إلى استجابة ديناميكية سريعة.
كيف يعمل DTC في محرك متزامن مغناطيسي
تقدير تدفق الجزء الثابت وعزم الدوران
الخطوة الأولى في DTC هي تقدير تدفق الجزء الثابت وعزم الدوران الكهرومغناطيسي. يمكن تقدير تدفق الجزء الثابت باستخدام جهد وتيار الجزء الثابت المقاس. يمكن حساب متجه رابط التدفق الثابت $\psi_s$ على النحو التالي:
[ \psi_s=\int(v_s - R_si_s)dt ]
حيث $v_s$ هو متجه جهد الجزء الثابت، $R_s$ هو مقاومة الجزء الثابت، و $i_s$ هو ناقل تيار الجزء الثابت.
يمكن تقدير عزم الدوران الكهرومغناطيسي $T_e$ باستخدام الصيغة التالية:
[ T_e = \frac{3}{2}p(\psi_{s\alpha}i_{s\beta}-\psi_{s\beta}i_{s\alpha}) ]
حيث $p$ هو عدد أزواج الأقطاب، و $\alpha$ و $\beta$ هما مكونات تدفق الجزء الثابت ومتجهات التيار في الإطار المرجعي الثابت.
وحدات تحكم التباطؤ
بمجرد تقدير تدفق الجزء الثابت وعزم الدوران، يتم استخدام وحدات تحكم التباطؤ لمقارنة القيم المقدرة مع القيم المرجعية. تحتوي وحدة التحكم في التباطؤ على نطاق ترددي معين. إذا كانت القيمة المقدرة خارج عرض النطاق الترددي للقيمة المرجعية، فسوف تقوم وحدة التحكم بإخراج إشارة لتغيير حالة مفتاح العاكس.
على سبيل المثال، تقوم وحدة التحكم في تباطؤ عزم الدوران بمقارنة عزم الدوران المقدر $T_{e}$ مع عزم الدوران المرجعي $T_{e}^$. إذا كان $T_{e<T_{e}^- h_T$، حيث $h_T$ هو نطاق تباطؤ عزم الدوران، ستحاول وحدة التحكم زيادة عزم الدوران. على العكس من ذلك، إذا كان $T_{e}>T_{e}^*+h_T$، فستحاول وحدة التحكم تقليل عزم الدوران.
وبالمثل، تقوم وحدة التحكم في تباطؤ تدفق الجزء الثابت بمقارنة حجم تدفق الجزء الثابت المقدر $|\psi_{s}|$ مع حجم تدفق الجزء الثابت المرجعي $|\psi_{s}^|$. إذا كان $|\psi_{s}|<|\psi_{s}^|-h_{\psi}$، ستحاول وحدة التحكم زيادة تدفق الجزء الثابت، وإذا $|\psi_{s}|>|\psi_{s}^*| + h_{\psi}$، ستحاول وحدة التحكم تقليله.
اختيار ناقلات الجهد
استنادًا إلى مخرجات وحدات التحكم في التباطؤ وموضع متجه التدفق الثابت، يتم استخدام جدول اختيار متجه الجهد لتحديد ناقل الجهد المناسب ليتم تطبيقه على المحرك. تم تصميم اختيار ناقل الجهد لتقليل الخطأ بين القيم المقدرة والمرجعية لعزم الدوران والتدفق.
يتم بعد ذلك التحكم في مفاتيح العاكس لتطبيق ناقل الجهد المحدد على المحرك. يتم تكرار هذه العملية بتردد عالٍ (عادةً في نطاق بضعة كيلوهرتز) لضمان التحكم السريع والدقيق في عزم دوران المحرك وتدفقه.
مزايا DTC في المحركات المتزامنة المغناطيسية
استجابة ديناميكية سريعة
إحدى المزايا الرئيسية لـ DTC هي استجابتها الديناميكية السريعة. نظرًا لأنه يتم التحكم بشكل مباشر في عزم الدوران والتدفق، يمكن للمحرك الاستجابة بسرعة للتغيرات في الحمل أو القيم المرجعية. وهذا مهم بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب التسارع والتباطؤ السريع، كما هو الحال في الروبوتات والمركبات الكهربائية.
هيكل تحكم بسيط
بالمقارنة مع التحكم الميداني، فإن DTC لديه بنية تحكم بسيطة نسبيًا. لا يتطلب الأمر تحويلات إحداثيات معقدة وأجهزة استشعار لموضع الدوار في بعض الحالات. وهذا يبسط تصميم نظام التحكم ويقلل من تكلفة نظام قيادة المحرك.
دقة عزم الدوران العالية
يمكن أن يوفر DTC دقة عزم دوران عالية، خاصة عند السرعات المنخفضة. يتيح التحكم المباشر في عزم الدوران تنظيمًا دقيقًا، وهو أمر مفيد في التطبيقات التي يكون فيها التحكم الدقيق في عزم الدوران ضروريًا، كما هو الحال في الأدوات الآلية.
تحديات وقيود DTC
عزم الدوران والتدفق تموج
أحد التحديات الرئيسية التي تواجه DTC هو وجود تموج عزم الدوران والتدفق. يمكن أن تتسبب طريقة التحكم في التباطؤ المستخدمة في DTC في تقلب عزم الدوران والتدفق حول القيم المرجعية. يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة الضغط الميكانيكي على المحرك والضوضاء المسموعة.
تردد التبديل المتغير
يعمل DTC عادةً بتردد تحويل متغير. وهذا يمكن أن يجعل من الصعب تصميم مرشح الإخراج للعاكس وقد يسبب أيضًا مشاكل في التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).
تطبيقات DTC في المحركات المتزامنة المغناطيسية
محركات صناعية
في التطبيقات الصناعية، مثل أنظمة النقل والمضخات والمراوح، يمكن للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم التي يتم التحكم فيها من قبل DTC أن توفر تشغيلًا فعالاً وموثوقًا في استخدام الطاقة. إن الاستجابة الديناميكية السريعة ودقة عزم الدوران العالية تجعل هذه المحركات مناسبة للتطبيقات التي تتطلب التحكم الدقيق في السرعة وعزم الدوران.
المركبات الكهربائية
كما يتم استخدام DTC بشكل متزايد في تطبيقات المركبات الكهربائية. يمكن للاستجابة السريعة لعزم الدوران للمحركات التي يتم التحكم فيها بواسطة DTC تحسين أداء التسارع والتباطؤ للسيارات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للتشغيل عالي الكفاءة للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم أن يوسع نطاق قيادة السيارات الكهربائية.
خاتمة
يعد التحكم المباشر في عزم الدوران استراتيجية تحكم قوية وفعالة للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم. باعتبارنا موردًا للمحركات المتزامنة المغناطيسية، فإننا ندرك أهمية توفير محركات عالية الجودة مع تقنيات التحكم المتقدمة. يقدم DTC العديد من المزايا، مثل الاستجابة الديناميكية السريعة، وهيكل التحكم البسيط، ودقة عزم الدوران العالية، مما يجعله خيارًا شائعًا في التطبيقات المختلفة.
إذا كنت مهتما لدينامحركات التيار المتردد المتزامنة ذات المغناطيس الدائمأو إذا كانت لديك أي أسئلة حول المحركات التي يتم التحكم فيها بواسطة DTC، فنحن نرحب بك للاتصال بنا للشراء وإجراء المزيد من المناقشات. نحن ملتزمون بتزويدك بأفضل الحلول الحركية لتلبية احتياجاتك الخاصة.
مراجع
- بولديا، آي، ونصار، إس إيه (2005). المحركات الكهربائية: نهج متكامل. الصحافة اتفاقية حقوق الطفل.
- كريشنان، ر. (2001). محركات المحركات الكهربائية: النمذجة والتحليل والتحكم. برنتيس هول.
- تاكاهاشي، آي.، ونوغوتشي، تي. (1986). استراتيجية جديدة سريعة الاستجابة وعالية الكفاءة للتحكم في المحرك التعريفي. معاملات IEEE على تطبيقات الصناعة، 22(5)، 820 - 827.