محرك التردد المتغير

محرك التردد المتغير ( SRM ) هو نوع من محركات التردد المتغير . على عكس محركات التيار المستمر ذات الفرش ، يتم توصيل الطاقة إلى ملفات الجزء الثابت (الغلاف) بدلاً من الجزء الدوار . يُبسط هذا التصميم الميكانيكي لأنه لا يلزم توصيل الطاقة إلى الجزء الدوار المتحرك، مما يُلغي الحاجة إلى مُبدِّل . مع ذلك، يُعقّد هذا التصميم الكهربائي، لأن نظام التبديل يجب أن يُوصل الطاقة إلى الملفات المختلفة ويُحد من تموج عزم الدوران . ^{[ 1 ] [ 2 ]} تختلف المصادر حول ما إذا كان نوعًا من محركات الخطوة . ^{[ 3 ]}

يتميز محرك التردد المتغير (SRM) الأبسط بأقل تكلفة تصنيع بين جميع المحركات الكهربائية. وقد تُسهم المحركات الصناعية في خفض التكلفة نظرًا لعدم احتوائها على ملفات دوارة أو مغناطيسات دائمة. تشمل الاستخدامات الشائعة التطبيقات التي تتطلب بقاء الدوار ثابتًا لفترات طويلة، وفي البيئات المعرضة للانفجار مثل التعدين، لعدم وجود عملية تبديل.

تتميز ملفات المحرك ذي التردد المتغير (SRM) بعزلها الكهربائي عن بعضها البعض، مما يمنحها قدرة تحمل أعلى للأعطال مقارنةً بالمحركات الحثية . ولا يكون شكل موجة القيادة الأمثل موجة جيبية نقية ، وذلك بسبب عزم الدوران غير الخطي بالنسبة لإزاحة الدوار، ومعامل الحث العالي للملفات الذي يعتمد بشكل كبير على موضعها.

حصل دبليو إتش تايلور على أول براءة اختراع في عام 1838 في الولايات المتحدة. ^{[ 4 ]}

وُصفت مبادئ محركات السرعة الدورانية حوالي عام 1970، ^{[ 5 ]} وجرى تطويرها من قِبل بيتر لورنسون وآخرين بدءًا من عام 1980. ^{[ 6 ]} في ذلك الوقت، اعتبر بعض الخبراء هذه التقنية غير قابلة للتطبيق، ^{[ 7 ]} وكان تطبيقها العملي محدودًا، ويعود ذلك جزئيًا إلى مشاكل التحكم وعدم ملاءمة بعض التطبيقات، بالإضافة إلى أن انخفاض أعداد الإنتاج يؤدي إلى ارتفاع التكلفة . ^{[ 8 ] [ 1 ] [ 9 ]}

يحتوي المحرك ذو التردد المتغير (SRM) على ملفات مجال ملفوفة، كما هو الحال في محرك التيار المستمر ، لملفات الجزء الثابت. أما الجزء الدوار، فلا يحتوي على مغناطيس أو ملفات متصلة به. وهو عبارة عن دوار صلب ذي أقطاب بارزة (أقطاب مغناطيسية بارزة) مصنوع من مادة مغناطيسية لينة، عادةً ما تكون فولاذًا رقائقيًا. عند تطبيق الطاقة على ملف الجزء الثابت، تُولّد الممانعة المغناطيسية للجزء الدوار قوةً تحاول محاذاة قطب من أقطاب الجزء الدوار مع أقرب قطب من أقطاب الجزء الثابت.

للحفاظ على الدوران، يقوم نظام تحكم إلكتروني بتشغيل ملفات أقطاب الجزء الثابت بالتتابع، بحيث "يتقدم" المجال المغناطيسي للجزء الثابت على قطب الجزء الدوار، دافعًا إياه للأمام. وبدلًا من استخدام مبدل ميكانيكي لتبديل تيار الملفات كما في المحركات التقليدية، يستخدم محرك التردد المتغير مستشعرًا إلكترونيًا لتحديد زاوية عمود الجزء الدوار، وإلكترونيات الحالة الصلبة لتشغيل ملفات الجزء الثابت، مما يتيح التحكم الديناميكي في توقيت النبضات وتشكيلها. ويختلف هذا عن محرك الحث المشابه ظاهريًا ، والذي يقوم أيضًا بتنشيط الملفات بتسلسل طوري دوار.

في المحرك ذي التردد المتغير، يكون تمغنط الدوار ثابتًا، أي أن الأقطاب الشمالية البارزة تبقى ثابتة أثناء دوران المحرك. في المقابل، يتميز المحرك الحثي بوجود انزلاق، مما يعني أنه يدور بسرعة أبطأ من المجال المغناطيسي في الجزء الثابت.

إن عدم وجود انزلاق في محرك التردد المتغير يجعل من الممكن معرفة موضع الدوار بدقة، مما يسمح بتشغيل المحرك ببطء، حتى إلى حد التوقف التام.

يتولى نظام التحكم مسؤولية إرسال النبضات المتسلسلة المطلوبة إلى دوائر الطاقة. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام وسائل كهروميكانيكية مثل المبدلات أو دوائر التوقيت التناظرية أو الرقمية.

تعتمد العديد من وحدات التحكم على وحدات تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLCs) بدلاً من المكونات الكهروميكانيكية. تتيح وحدة التحكم الدقيقة توقيتًا دقيقًا لتفعيل الطور، كما تُمكّن من تشغيل وظيفة بدء التشغيل التدريجي برمجيًا، مما يقلل من كمية الأجهزة المطلوبة. وتُحسّن حلقة التغذية الراجعة أداء نظام التحكم. ^{[ 1 ]}

إن أكثر الطرق شيوعاً لتشغيل محرك التردد المتغير هي استخدام محول جسر غير متماثل. ويمكن أن يكون تردد التبديل أقل بعشر مرات من تردد محركات التيار المتردد. ^{[ 3 ]}

تتوافق أطوار محول الجسر غير المتماثل مع أطوار المحرك. عند تشغيل مفتاحي الطاقة على جانبي الطور، يتم تفعيل ذلك الطور. بمجرد أن يتجاوز التيار القيمة المحددة، ينطفئ المفتاح. تحافظ الطاقة المخزنة في الملف على اتجاه التيار، وهو ما يُعرف بالقوة الدافعة الكهربائية العكسية (BEMF). تُعاد هذه القوة الدافعة الكهربائية العكسية عبر الثنائيات إلى المكثف لإعادة استخدامها، مما يُحسّن الكفاءة. ^{[ 10 ]}

يمكن تعديل هذه الدائرة الأساسية بحيث تتطلب عددًا أقل من المكونات مع الحفاظ على نفس الوظيفة. تُعرف هذه الدائرة الفعالة بتكوين (n+1) للمفتاح والثنائي.

يتم استخدام المكثف ، في أي من التكوينين، لتخزين القوة الدافعة الكهربائية العكسية لإعادة استخدامها وقمع الضوضاء الكهربائية والصوتية عن طريق الحد من التقلبات في جهد الإمداد .

في حال انقطاع أحد الأطوار، قد يستمر محرك التيار المتردد في العمل بعزم دوران أقل، على عكس محرك الحث التيار المتردد الذي قد يصبح غير مستقر ولن يعمل بعد ذلك من وضع السكون. ^{[ 5 ] [ 11 ]}

تُستخدم محركات التردد المتغير في بعض الأجهزة، ^{[ 12 ]} وفي شكل خطي لتحويل طاقة الأمواج ، ^{[ 13 ]} وفي قطارات الرفع المغناطيسي، ^{[ 14 ]} أو في ماكينات الخياطة الصناعية. ^{[ 15 ]}

يمكن استخدام نفس التصميم الكهروميكانيكي في المولد. يتم توصيل الحمل بالملفات بالتتابع لمزامنة تدفق التيار مع الدوران. يمكن تشغيل هذه المولدات بسرعات أعلى بكثير من الأنواع التقليدية، حيث يمكن تصنيع العضو الدوار كقطعة واحدة من مادة قابلة للمغنطة، على شكل أسطوانة مشقوقة. ^{[ 16 ]} في هذه الحالة، يُستخدم اختصار SRM للدلالة على آلة التردد المتغير (إلى جانب SRG، مولد التردد المتغير). يُعدّ التصميم الذي يجمع بين خصائص المحرك والمولد مفيدًا لبدء تشغيل المحرك الرئيسي، لأنه يوفر الحاجة إلى محرك بدء تشغيل مخصص.

• محركات التردد المتغير
• محاكاة وتحكم في الوقت الحقيقي لمحركات التردد المتغير للتشغيل عالي السرعة مع تقليل تموج عزم الدوران
• توري - مولدات التردد المتغير والتحكم بها DOI: 10.1109/41.982243
• أسدي – تطوير وتطبيق محرك مولد التردد المتغير المتقدم
• أرشيف قاعدة بيانات SR
• آدم بيرنات: الآلات الكهربائية في هندسة الطاقة والأتمتة (جامعة وارسو التقنية). مؤرشف بتاريخ 13 يونيو 2021 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine ).
• مقدمة في مفاهيم محركات التردد المتزامن