لماذا يُعد التحكم المغناطيسي الضعيف ضروريًا للمحركات عالية السرعة؟

01. MTPA وMTPV
يُعدّ المحرك التزامني ذو المغناطيس الدائم جهاز القيادة الأساسي لمحطات توليد الطاقة في مركبات الطاقة الجديدة في الصين. ومن المعروف أنه عند السرعات المنخفضة، يعتمد هذا المحرك على التحكم في نسبة عزم الدوران إلى التيار الأقصى، ما يعني أنه عند تحديد عزم الدوران المطلوب، يُستخدم أقل تيار مُركّب لتحقيقه، وبالتالي تقليل فقد النحاس.

لذا، عند السرعات العالية، لا يمكننا استخدام منحنيات MTPA للتحكم، بل نحتاج إلى استخدام MTPV، وهي نسبة عزم الدوران الأقصى إلى الجهد. أي، عند سرعة معينة، نجعل المحرك يُخرج أقصى عزم دوران. وفقًا لمفهوم التحكم الفعلي، عند عزم دوران مُحدد، يُمكن الوصول إلى أقصى سرعة من خلال ضبط قيمتي iq وid. فأين ينعكس الجهد؟ بما أن هذه هي السرعة القصوى، فإن دائرة حد الجهد ثابتة. فقط من خلال إيجاد نقطة القدرة القصوى على هذه الدائرة يُمكن إيجاد نقطة عزم الدوران الأقصى، وهذا يختلف عن MTPA.

02. ظروف القيادة

عادةً، عند سرعة نقطة الانعطاف (المعروفة أيضًا بالسرعة الأساسية)، يبدأ المجال المغناطيسي بالضعف، وهي النقطة A1 في الشكل التالي. لذلك، عند هذه النقطة، تكون القوة الدافعة الكهربائية العكسية كبيرة نسبيًا. إذا لم يكن المجال المغناطيسي ضعيفًا في هذه الحالة، وبافتراض أن العربة الدافعة مُجبرة على زيادة سرعتها، فإن ذلك سيؤدي إلى أن تصبح قيمة iq سالبة، مما يمنعها من توليد عزم دوران أمامي، ويُجبرها على الدخول في حالة توليد الطاقة. بالطبع، لا يمكن إيجاد هذه النقطة على هذا الرسم البياني، لأن القطع الناقص يتقلص ولا يمكنه البقاء عند النقطة A1. لا يسعنا إلا تقليل قيمة iq على طول القطع الناقص، وزيادة قيمة id، والاقتراب من النقطة A2.

3. ظروف توليد الطاقة

لماذا يتطلب توليد الطاقة مغناطيسية ضعيفة؟ ألا يُفترض استخدام مغناطيسية قوية لتوليد تيار عالي التردد (iq) عند توليد الكهرباء بسرعات عالية؟ هذا غير ممكن، لأنه عند السرعات العالية، في غياب المجال المغناطيسي الضعيف، قد تكون القوة الدافعة الكهربائية العكسية، والقوة الدافعة الكهربائية للمحول، والقوة الدافعة الكهربائية للمقاومة كبيرة جدًا، متجاوزةً جهد مصدر الطاقة بكثير، مما يؤدي إلى عواقب وخيمة. هذه الحالة هي توليد طاقة بتقويم غير مُتحكم به! لذلك، في توليد الطاقة بسرعات عالية، يجب استخدام مغنطة ضعيفة أيضًا، حتى يكون جهد العاكس المُوَلَّد قابلاً للتحكم.

يمكننا تحليل ذلك. بافتراض أن الكبح يبدأ عند نقطة التشغيل عالية السرعة B2، وهي كبح التغذية الراجعة، ومع انخفاض السرعة، فلا حاجة إلى مغناطيسية ضعيفة. أخيرًا، عند النقطة B1، يمكن أن يظل كل من iq وid ثابتين. مع ذلك، مع انخفاض السرعة، سيصبح التيار السالب iq الناتج عن القوة الدافعة الكهربائية العكسية أقل كفاية. عند هذه النقطة، يلزم تعويض الطاقة للدخول في كبح استهلاك الطاقة.

04. الخاتمة

في بداية تعلم المحركات الكهربائية، يسهل الانشغال بحالتين: القيادة وتوليد الكهرباء. في الواقع، ينبغي علينا أولاً ترسيخ مفهومي MTPA وMTPV في أذهاننا، وإدراك أن قيمتي iq وid في هذه المرحلة مطلقتان، ويتم الحصول عليهما من خلال دراسة القوة الدافعة الكهربائية العكسية.

لذا، فيما يتعلق بمصدر الطاقة أو القوة الدافعة الكهربائية العكسية، فإن توليد التيارين iq وid يعتمد على العاكس لتحقيق التنظيم. لكل من iq وid حدود، ولا يمكن أن يتجاوز التنظيم دورتين. في حال تجاوز حد التيار، سيتلف ترانزستور IGBT؛ وفي حال تجاوز حد الجهد، سيتلف مصدر الطاقة.

في عملية الضبط، يُعدّ كلٌّ من معدل دوران الهدف (iq) ومعدل دورانه الفعلي (id) عنصرين حاسمين. لذا، تُستخدم أساليب المعايرة في الهندسة لمعايرة نسبة التوزيع المناسبة لمعدل دوران الهدف (iq) ومعدل دورانه الفعلي (id) عند سرعات وعزوم دوران مختلفة، وذلك لتحقيق أفضل كفاءة. يتضح أنه بعد إجراء جميع التجارب، يبقى القرار النهائي معتمدًا على المعايرة الهندسية.