أنظمة المقود الآلية الكهربائية


المحرر موضوع: أنظمة المقود الآلية الكهربائية  (زيارة 4065 مرات)

0 الأعضاء و 1 ضيف يشاهدون هذا الموضوع.

غير متصل مجموعة الاجراس

  • عضو
  • *
  • مشاركة: 12
    • مشاهدة الملف الشخصي
    • البريد الالكتروني

نظرة عامة , كيف وما السبب ولماذا..

هل تعلم


هَلْ عَرفتَ بأنّ نظامَ التسيير الهيدروليكيِ(منظومة البورستيرين) في سيارتِكَ يمتص ما بين واحد إلى ثلاثة أميالِ لكلّ غالونِ مِنْ أداءِ سيارتكَ ويُستهلكْ طاقةَ أكثرَ مِنْ مكيّفِ الهواء في سيارتِكَ؟ في الحقيقة، هو آليةُ الخسارةِ للطاقةِ الثالثة الأعلى في سيارتِكِ، ومقاومة الريحِ هي التاليةِ واحتكاك الطريقِ هي الأخيرة.

و لك أن تعلم أن أهم المشاكل التي تواجه الرؤساء في الولايات المتحدة الأمريكية وغرب أوربا بشكل أساسي هي أسعار المحروقات والوقود والنهم الكبير عليها وبينما تَتنافسُ بلدان العالم الثالثَ الناميةَ ذات الاحتياطيات المتضائلةِ، وتَتصاعدُ أسعارَ النفط الخارجة عن السيطرةَ في اقتصاد الطاقةِ العالمي الجائعِ ومصنّعي سياراتنا ومستهلكينا على حدّ سواء يَتدافعونَ على الطرقِ لوَضْع سياراتِهم على نظام الحمية الذي قد يقلل من نفقاتهم لشراء الوقود. وكنتيجة لذلك، تم تغيير أنظمة التسيير الهيدروليكية (البورستيرن) بأنظمة ِ جديدةِ وكفوءةِ مستندة على أنظمة السيطرةِ ِ الإلكترونيةِ على المحركات الكهربائية لتُصبحُ محطّ الاهتمام. يَتوقّعَ بأنّ أنظمة التسيير الهيدروليكية سَتختفي مِنْ السياراتِ الجديدةِ ضمن خمسة إلى سبع سَنَواتِ . بينما يركز البعض على تقليل مستوى الغازات العادمة السامة والملوثة والتي تُؤدّي إلى أداءِ منخفّضِ للمركبات، يَستبدلُ الآخرون بعض المستهلكات في المركبات لتوفير طاقة اكبر وتقليل الانبعاث السام في نفس الوقت من خلال توفير ثلاثة الى خمسة (وحدة قوة حصانيه) والحصول على التوجيه من محركات كهربائية ذات قدرة عالية في الخرج وقليلة الاستهلاك للطاقة وتعمل عند الحاجة والطلب فقط.



نَظْرة تاريخية



دعنا نُعيدُ عقارب الساعة إلى الوراء إلى بداية الخمسينات من القرن الماضي عندما تم صنع المقود الآلي في ظهوره التجاريِ الأولِ. أسعار الوقود كَانتْ تقريباً سنتات لكلّ غالونِ، ولا أحدَ اهتم كثيرَاً حقاً حول اقتصاد الوقود في حينهاِ. وفي العربات الكبيرة أثبتَ مقود التسيير انه تمرين حقيقي للياقة البدنية. والحَلّ الهيدروليكي أبتكر ليُساعدُ على توفير عزم الدوران الكافي وأَنْ يُقدّمَه إلى رفِّ التسيير(الطبلات) ومستند على كميةِ القوةِ التي قدّمتْ إلى دولابِ القيادة. والمضخّة الهيدروليكية أُوصلتْ مباشرة إلى المحرّكِ، وتستهلكُ طاقةً حتى عندما تكون خارج الخدمة ولا تساعد على التسيير . لكن لا أحدَ أهتم حقاً، لأن المسافة بالأميالَ لكل غالون من الوقود ما كَانَ قضية كبرى بسبب الأسعار المتدنية والطلب القليل على الوقود؟

كُلّ هذا تَغَيّرِ في " أواسط السبعينات" عندما أوبك بَدأتْ باستعراض عضلاتِها.. وصناعة السيارات جُلِبتْ إلى مرُكَبِها من خلال إدراكِ اعتمادها على سعرِ النفطِ الأجنبيِ. بالرغم من أن أزمةِ طاقةَ "السبعينات" انحسرت بشكل تدريجي، ألا أن الاهتمام بتقنياتِ الوقودِ الكفوءةِ استمرت في سرعة ثابتة. بالرغم من أن أكثر النشاطات قد سخرت نحو الاقتصاد في استهلاك الوقود في المحرك نفسه ، فأن أنظمة التسيير الهيدروكهربائيِة قد بدأت بالظهور في أواسط الثمانينات من القرن الماضي من شركات كثيرة مثل الشركة التي ربطت النظام الهيدروليكي عبر محرك كهربائي وليس للمحرك مباشرة كما في النظام الهيدروليكي الاعتيادي المعروف ألا أن هذه العملية مازالت تمتلك نفس مشاكل وعوائق النظام الهيدروليكي السابق من التسريبات وتمزقات خراطيم الضغط و الفضاء المطلوب للنظام والتعقيد والاهتزاز ومشاكل بيئية بسبب السائل الهيدروليكي نفسه ...





ثمّ حَدثَ. في منتصف التسعينات ، أن قدّمتْ هوندا اليابانية نظام مقود آلي كهربائيِ كامل على سياراتها وباستعمال محرك تيار مستمر ذو الفرشاة والمنزلقة وركّبتْ حول الرفِّ (الطبلة)، وتم دَمجَ النظامَ بمعلوماتَ السرعةِ والعزم مِنْ دولابِ القيادة وبمعلوماتِ سرعةِ العربةِ لحِساب الكميةِ الأقصى للتسيير والتي تُساعدُ للتَزود بعزم الدوران المطلوب تحقيقه. وبوجود المتحسّساتِ المتعدّدةِ ومعالج البياناتِ فَتحت عِدّة إمكانيات جديدة ومثيرة. على سبيل المثال، يُساعدُ التسيير الكهربائي لان يُمْكِنُ تقليل العزم بسهولة في السرعةِ الأعلى لتَسكين عدمِ استقرار للمقود لكن مع رَفعَه في السرعةِ الأوطأِ حيث أنَّ الانعطاف يحتاجَ لذلك. بالإضافة إلى، الإحْساْس الديناميكي بدولابِ القيادة (أي الجهد المبذول لتدوير دولاب القيادة)، جهاز السيطرة ساعدَ في تَزويد وتسهيل عملية "عودة التَمَركُز" لمتابعة الدوران. أخيراً , نمط الصدمات أُضيفَ لتَخفيض "رد الفعل" المتولد من الإطارات عند قيادة السيارة على الطرق الوعرة...؟





اختيار المحركات الكهربائية الصحيحةِ

مِن "بداية التسعينيات "،كان السباق َ للهيمنةِ العالمية علىِ هذه السوقِ الجديدةِ والثوريةِ. و أَخذَ المصنع الياباني مركز الصدارة بسرعة عندما أصدرت شركة هوندا تصميمِها السيارة الرياضية أس 2000، ونَشرَ ميتسوبيشي تفاصيلَ الإنتاج لمنظومة التسيير الكهربائيةِ الخاصِة به وهو أيضاً مستند على محرك التيار المستمر حيث يُساعدْ العزم المتولد فيه لتحقيق الهدفُ لأيّ نظام مقود آلي، محرك التيار المستمر هذا اختيار طبيعي لهذا التطبيقِ لان العزم يُمْكِنُ أَنْ يَكُونَ تَحْتَ السَيْطَرَة وبتَنظيم التيارِ للمحرّكِ نسيطر على العزم الناتج بسهولة. محركات التيار المستمر ما زالَتْ إختيار شعبي للعديد مِنْ التصاميمِ اليابانيةِ ، كما أضيف فيُ نظامَ المقود الاّلي في سياراتِ تويوتا الهجينة اوبرايوس 2005 . إنه لأمر مُمتع مُلاحَظَة إن أكثر العرباتِ الهجينةِ تَستخدم أنظمة المقود الاّلي الكهربائية لُيستْ فقط لتوفير الطاقةَ المزوّدة، لكن أيضاً بسبب الحاجةِ الى مساعدات للتسيير المستمرِ في المركبة حتى عند توقف المحرك عن العمل وللمساهمة في تحسين طرق القيادة والأداء بالاشتراك مع المنظومات الأخرى؟؟

لكن محركات التيار المستمر عِنْدَهُا بَعْض الخواصِ الغير مرغوبةِ أيضاً، مثل تَقَوُّس الفرشاةِ / احتكاك الفرشاةِ (الفحمات). هذا يُحدّدُ الأداءَ في سرعات المحرك الكهربائي العالية ولا يُمثّلُ حَلّ جيد للعرباتِ الكبيرِة أيضاً،

وإذا ترانزستورات القدرة استخدمت بدل الفرشاة لتَقُودُ محرك التيار المستمر فأنها تَنحصرُ أحيانا في "الحالةِ المفتوحة " وهي حالة تسيير غير مرغوب بها" والذي ربما هو نمط الفشلِ الأكثر خطورة في أي نظام مقود آلي. أي أن الآلية تُتطلّبُ لذلك الفَصْل الميكانيكي مِنْ نظامِ التسيير متى أكتشف هذا الشرطِ . لتقليل المخاطر المحتملة لوجوده على حياة السائق ؟؟

وفي " أواسط التسعينيات " بَدأَ نوعُ آخر من المحرّكات الكهربائية بسَرِقَة الضوء الساطعِ، بالإمكانيةِ الوَاعِدةِ لقيادة أنظمةِ المقود الآلية الكهربائية؟ و بالرغم من أن مفهومِ محركات التردّدِ المَنْقُولِ

(SR switched reluctance )

كَانَت أبحاثها منذ 1830، الا أن التقنيات الاقتصادية لها ما أَصْبَحتْ متوفرةَ حتى أوائِل السبعيناتِ. وهي محركات ( أس أر ) الكهربائية سهلة البِناء ولَنْ تَحتوي أي مغنطيسات دائمةِ، والذي يُؤدّي إلى أداءِ ممتاز حتى في درجات الحرارة العاليِة وتمتاز بالثقةِ الرائعةِ في ثبات الأداء أيضا. في الحقيقة ,محركات (ا س أر) يمْكِنُ لها أَنْ تَبْقى في العمل حتى بالفشل الأحادي الطور تَبقي على عملية التدوير! أثبتَت بهذا المستوى لِكي تَكُونَ محرك نظام المقود الاّلي الكهربائي الذي لا يقهر للمصممين المُهتمّين بأنظمة التسيير الكهربائية الأمينةِ...؟

لكن الجزء الدوّارَ في المحرك الكهربائي لَنْ يُولّدَ أي حقلِ مغناطيسيِ خاص به، الذي يَعْني بأنّ عزم التردّدِ الوحيدِ يُمْكِنُ أَنْ يُنتَجَ بموجةِ العزم العاليةِ والمرتبطة بالدوران. شكلت هذه المُقَدَّمةِ مشكلة خطيرة لمصممي أنظمة المقود الآلية الكهربائية، على الرغم مِنْ هذا العائقِ , الرأي المُقنع ما زالَ ليَكُونُ جَعلَ تلك التصاميمِ أساسها محركات (أس أر) الكهربائية ليُمثّلُ الحَلَّ التنافسيَ الأقل كلفة أذا قَارنَته مَع الآخرون في تصاميم الهندسة اللاكمية....؟؟

قريباً، بَدأَت محركات كهربائية شعبية أخرى بالظُهُور في أنظمة المقود الموجَّهة آليا كهربائياًً في التصاميمِ الأوروبيةِ والعرباتِ الكبيرةِ , بدون الفرشاة(الفحمات) ذو المغناطيس الدائم ,محركات(بي بي ام) بالمغنطيسات قليلة الكثافة القويَّةِ وَعدتْ مستويات جديدةَ مِنْ الكفاءةِ والكثافاتِ الكهربائيةِ. وأنتجت منظومات دلفيي نظامِ التوجيه الاّلي الإلكترونيِ وشَحنَت أكثر من 2.5 مليون بين 1999 - 2004. وتَستغلُّ مجموعةُ موتورلا فوائد محرّكاتِ(بي بي ام) أيضاً في تصاميمِهم. مقارنة بمحرّكاتِ أخرى، أن العرض المثير لمحركات ِبي بي ام و تخفيضها المثير في اهتزازِ المحرّكِ الكهربائي ، عندما تكون موجة العزم باقية وبسهولة إلى أقل مِنْ 2 % في تصاميمِ الأشكال الموجية للتغذية الكهربائية التخلفية (ق د ك)

back-EMF.

قبل تَرْك مُناقشتِنا على الأنواعِ المحرّكةِ، دعنا لا نَنْسي المحركات الحثّيةِ للتيار المترددِ الموجودة في كلّ مكانِ وتصاميم محركات المغناطيسِ الدائمِ المتزامنةِ (بي ا م اس ام) التصاميم يُمْكِنُ أَنْ تُنجزَ المستويات الأدنى مِنْ موجةِ العزم مِنْ حتى محرّكاتِ (بي بي ام) لكن محركات الحثَّ لَها فائدةُ هامّةُ واحدة: الحقل المغناطيسي يُمْكِنُ أَنْ يخفّض بسهولة وببساطة من نَقْص مكوّن المحورِ( دي )وهو يعبر عن تيارِ الجزء الثابت في المحرك. والسيارات المستقبليةِ ستَستعملُ (أي سي آي إم) كمحرك السحب.

ومع العلم ان محركات (أي سي آي إم) مجرد مِنْ أيّ مغنطيسات دائمة، يَعْرضُ فائدةً أخرى في تصاميمِ (إي بي إس) التي يُمْكِنُ أَنْ تُستَغلَّ أثناء فشل نظامِ. مثل محرك (اس ار )، الحقل في (أي سي آي إم) يُمْكِنُ أَنْ يُطفَئَ ببساطة بتَعطيل الترانزستورات العكسية. في حلة التعطل، هذا عملياً يُحوّلُ الجزء الدوّار للمحرك الكهربائي إلى قطعةِ معدنية خامدةِ في جزء من الثانية. بالرغم من أنَّ ليس هناك قوَّةَ مُساعدُة متوفرةُ، المحرك يوفر عدم مقاومةِ للتسيير اليدويِ. بِالمقارنة،أذا كان الحقل المغناطيسي في المحرك هو مغناطيسِ دائم، هذا يَعْني بأنّ بالرغم من أنَّ ترانزستورات الدفعَ مُطْفَئة، المحرك يُمْكِنُ أَنْه ما زالَ يولّدُ عائقَ مغناطيسيَ كنتيجة لحركة الجزء الدوّارَ فيه أثناء القيادة اليدوية

الأهم قبل المهم

الأمان يَجِبُ أَنْ يَكُونَ الاعتبار الأكثر أهميةً الذي يُواجهُ أيّ مصمم (إي بي إس). أنت يُمْكِنُ أَنْ تُصمّمَ نظامَ المقود الآلي الأكثر ربحاً والأعلى أداء في السوق، لكن لا احدَ سَيُريدُه إذا لَهُ سمعة من حينٍ لآخر لدفعك خارج الطريق...

الهندسة اللاكمية المشتركة تُستَعملُ لضمان الثقةِ في أنظمةِ الأمانِ الحرجةِ الآليةِ مدعوَّة باسم المقاربة الهندسية ألا مُتماثلةِ. بهذه التقنيةِ , مشكلة السيطرةِ لها حْلُولُ باستعمال خوارزميتان مختلفتانُ، يتم عن طريقين هندسيين مختلفين. إذا تَختلفُ النَتائِجَ , شرط التعطل يضع النظامَ في الحالة المضمونة والأمينة.

التقنية الإبداعية الأخرى لتَحسين الثقةِ بـ(إي بي إس) طُوّرَت بمجموعةِ موتورولا للسيارات، التي تُنتجُ حوالي 750,000 أنظمةَ (إي بي إس) بالسّنة. الدّكتورِ (توني) (عضو مميز من الموظّفين التقنيينِ في موتورولا) يَشْعرُ بأنّ الأمانِ يجب أنْ يُتكاملَ إلى نظام التسيير في كافة أنحاء عمليةِ التصميمَ، ليس فقط صَفعَة على الرأس كفكرة متأخرة. موتورولا طوّرتْ سجّلَ براءة اختراع لتقنيةً ( إم جي3 إي بي إس) مدعوَّة باسم (اختبار المتجه الأوليَ)، عندما متجهات السيطرةِ تَغذّى بشكل متسلسل إلى (المسيطر الدقيق 8300 ) جهاز السيطرة الرقمية. جوهرياً، جهاز السيطرة مُعطى مجموعة من المعادلات الرياضيةِ والمنطقيّةِ للحَلّ الفوري؛ هذه المعادلات تُصمّمُ لاختبار سلامةِ البرامجَ والأجهزةَ والأدوات. إذا نَتائِجِ اختبار المتجهِ الاوليَ (خاطئة) , يُولّدُ تعطّلُ كُلّ الترانزستورات التي تَقُودُ المحرك. وكنتيجة، المحركات يُمْكِنُ أَنْ تَكُونَ انفصلت وأصبحت غير متَّصلةَ في أقل مِنْ 20 جزء من الألف من الثانية. وكإجراء سلامة إضافي، متجهات الفولطيةَ ولّدتْ بعاكس بثلاثة أطوار وتُدقّقُ أيضاً لضمان تلك الإشاراتِ الصحيحةِ التي تُجهّزُ إلى المحرك في جميع الأوقات. أثناء العطلات، حالة التسيير وإدارة المقود الغير مرغوب بها لا يمكنها الحدوث حتى إذا واحد أَو أكثر مِنْ ترانزستورات العاكس قد انهارت، لأن المحركات تُتطلّبْ الشكل ألموجي للتيار المترددَ للاشتغال. تحت أسوأِ الأحوال ، المحركات قَدْ تُعرقلُ الحركةَ على دولابِ القيادة(الستيرين) ، لكن هذه لَيستْ تقريباً خطرة بنفس مقدار انحراف العجلةِ الفجائي في اتجاه غير مرغوبِ به أثناء القيادة..؟؟

الناتج الأكثر من الحقول المغناطيسية

لإنْتاج العزم ، أكثر المحرّكاتِ تَعتمدُ على التفاعلِ بين الحقل الثابت والحقل الدوّارِ. لذا، يَجِبُ أَنْ يكون إنتاج كميةَ العزم من وظيفة الاصطفاف بين هذه الحقلين المغناطيسيين. هذه العمليةِ في أغلب الأحيان مدعوَّة باسم السيطرةِ الاتجاهية. عندما تَحويل إلى محركات التيار المستمر بدون الفرشاة، أنت تَعْملُ سيطرةَ اتجاهية. محركات التيار المستمر ذات الفرشاة تعمل بالسيطرةُ الاتجاهية، لكن بدلاً من أَنْ يُعْمَلَ إلكترونياً، السيطرة الاتجاهية مُؤَدّيةُ ميكانيكياً بالفرشِاة والمحوّل(الفحمات والموصل).

لكن أَيّ أعمال اصطفاف أفضل؟ يَعتمدُ على التأثير الذي تَبْحثُ عنه. لأقصى عزم لكلّ أمبيرِ (النتيجةُ المطلوبةُ الأكثر شيوعاً)، يَحْدثُ الاصطفاف الأقصى متى الدوّار وحقول الثابت يُوجّهانِ (90) درجة زاوية؟؟ (بشكل كهربائي) فيما يتعلق يبعضهم البعض.و في( 0 )درجة زاوية..؟ عِنْدَكَ أقطابُ شماليةُ اصطفت بالأقطابِ الجنوبيةِ، والمحرك في حالة التوازن .. بينما هذه الحالة السعيدة للمحرك، هي لسوء الحظ لا تنتجُ أيّ عزم تدوير لنا. في النهايةِ الأخرى الاصطفاف عند 180 درجة زاوية.. ، حيث عِنْدَكَ تعارض بين الحقل الدوّارِ ومغنطيسات الحقل الثابت..؟ وللمرة ثانيةً، المحرك لا ينتجُ أيّ عزم تدوير. لكن في هذه الحالةِ، المحرك لَيس في حالة الموازنةِ، والدوّار سَيَبتعدُ عن هذا الموقعِ بسرعة بأقل استفزاز . بين هذه النهايتين هناك 90 درجة زاوية ، حيث أنَّ المحرك سوف يَعْملُ بجدّ للوُصُول إلى "مكانه السعيد." وبالرغم من أن ليس هناك اتفاقية كاملةَ على المصطلحِ، يَبقي الاصطفاف عند 90 درجة زاوية حالة خاصّة مِنْ السيطرةِ الاتجاهية في أغلب الأحيان وتدعى باسم سيطرة الحقل الأتجاهية (إف أو سي)...؟

تذكّرْ بأنّ في أيّ نظام (إي بي إس)، مسؤولية المحركات الكهربائيةِ أَنْ تُزوّدَنا بالعزم المساعدُ. الكثير مِنْ البياناتِ تُعالجُ لتَقْرير متى و كَمْ من العزم يَجِبُ أَنْ يُطبّقَ، لكن الحدّ الأدنى للعزم متوفر في الأغلب. كما ذكر مُسبَقاً َ، تُنجَزُ هذه المهمة بسهولة على محركات التيار المستمر ذات الفرشاةِ بالسَيْطَرَة على سعة التيارِ إلى الدوار يتم هذا التَنظيم للتيارِ بأربع خطواتِ بسيطةِ



قياسْ التيارَ اللحظي الذي يَتدفّقُ في المحرك.1

مقَارنْة التيارَ اللحظي مع القيمة المقررة المطلوبة وحساب أشارة الخطأ(الفرق) .2

تضخّيمْ إشارةَ الخطأَ من خلال مرحلة السيطرة لتَوليد فولتية التصحيحِ.3

تطبيّقْ فولتيةَ التصحيحَ على المحركِ عن طريق مرحلة القدرة الكهربائية.4

تذكّرْ، بينما المحرك يتُسارّعُ، المحوّل يَبقي تدفق تيار الدوّارِ الذي انتج بالتيارِ الموجّهَ و بالارتباط مع حقلِ الثابت لإنْتاج عزم التدوير. إذا كنت تُفكّرُ بشأن هذا الإجراءِات وأَنْه تعْمَلَ بتحفّظ خطوة خطوة، فجوهرياً العملية تُعْمَلَ على جهاز سيطرة رقمي دقيق(مايكروكونترولر)، حيث الخطوات التي أدرجناها تكرّر مراراً وتكراراً، ربما آلاف المرات في كل ثانية.

هذه المحركات كيف تساعد؟

لكن كيف العزم المتولد يُساعدُ في نظامِ (إي بي إس) الذي يَستعملُ محركات (بي بي إم) الكهربائية؟ بدلاً من المحاولة لتنظيم تيار الجزء الدوار عبر المحول(الفحمات)في محركات التيار المستمر نحن سنحاول تنظيم تيار الجزء الثابت من المحرك الكهربائي لان محركات التيار المتناوب ذات المغناطيسِ الدائمِ (بي إم أي سي) تُصبحُ أكثر شعبية في أنظمةِ (إي بي إس)، لذا، دعنا نَمْرُّ بالإجراءِات خطوة خطوة، نحن سَنَرْبطُ كُلّ خطوة إلى الإجراءِات التي أدرجتُ سابقاً لمحركات التيار المستمر(دي سي). للمُسَاعَدَة في فَهْم العمليةِ، نحن سَنَفترضُ بأنّنا عِنْدَنا محرك تيار مترددِ ثلاثة أطوار تَحتوي على دوّار(ارميجر) بمغناطيسِ دائم ذو قطبِينِ. والإجراءَات صحيحُة أيضاً للمحركات بأقطابِ دوّارِة الأكثرِ؛ هو فقط يَعْني بأنّ قِيَمَ الزاويةَ التي حَسبناها يجب أنْ تُقاسَ بعددِ الأقطاب الدوّارِ المزاوجة..؟ فدعنا نَبْدأ..؟ُ .





الشكل (1) الخطوة (1) :قياس التيار المتدفق في المحرك



الخطوة 1: تَقِيسُ التياراتُ التَي تتدفّقُ في لفَّاتِ المحرّك. كما في الرقمِ 1، هو ضروريُ فقط لقيَاْس اثنان مِنْ تياراتِ المحرّك الثلاثي الأطوار، لان المجموع الجبريِ للتياراتِ المتدفّقُة في ملفَّين يَجِبُ أَنْ يَساويا التيارَ المتدفق الخارج في الملَفّ الثالثِ (ما لم يكن هناك قصَْْرّ مع أطار المحرّكِ). التيار المتدفق يَخْلقُ حقل مغناطيسي على طول محورهِ. في المحركات الثلاثية الطور، الملفَّات تركب حول محيطِ المحرك و تَفْصلُ بشكل مكاني مِنْ بعضهم البعض بحوالي الـ120درجة زاوية ؟ . تولد هذه الحقولِ المغناطيسيةِ سوية متجه كما في رقمِ 1 لخَلْق المتجه المغناطيسي الصافي للجزء الثابت، والذي هو دالة وظيفية للتيارِ المار في كُلّ ملف من الملفات..؟

على أي حال، هذه النظرةِ طريقُة غاليُة ومكلفة جداً لأنظمةِ (إي بي إس)؛ تقنية أكثر اقتصادية يجب أنْ تُستَعملَ. طريقة واحدة تَزدادُ شعبيةً أَنْ تَقِيسَ التيارَ المستمر(دي سي) في الفتراتِ المعيّنةِ أثناء دورات التضمين الترددي (بي دبليو إم) . هذا أحد الأسباب لاستخدام المسيطرات الرقمية لتدْمجُ مع آلية القدح في وحدةِ المضمن الترددي (بي دبليو إم) و المحولات التناظرية إلى رقمية (أي دي سي)، لكي يمكن للتحويلات أَنْ تتم في لحظاتِ دقيقةِ أثناء دورةِ المضمن الترددي (بي دبليو إم)....؟

ألخطوة 2: مقارنُة التياراتُ المقاسة مع القِيَمِ المقررة و المطلوبةِ وتُوليّدْ إشاراتَ الخطأِ أي يتم حساب الفرق. في هذه النقطةِ، دعنا نَحُيدُ لبرهة لملاحظة. في محركات التيار المستمر (دي سي)، المحوّلَ(المنزلقة و الفحمات) يَبقيانِ السيطرة على تدفق تيار الدوّارَ و حقلَ الثابت ليصطفّا بشكل صحيح ممكنة في جميع الأوقات. لَكنَّنا ليس لدينا محوّل(منزلقة و فحمات) في محركات التيار المترددِ.؟ وبدلاً مِن ذلك، نحن يَجِبُ أَنْ نُسيطرَ على الاصطفاف المغناطيسي بأنفسنا. كما أُشيرَ إليه في الخطوة 1، نُسيطرُ على زاويةِ حقلِ الجزء الثابت .. للسَيْطَرَة على عزم المحرّكِ، لذا، يَجِبُ أن نُحسب المكوّنَ المناسب لتياراتِ الجزء الثابت مثلما نحن نفعل في محركات التيار المستمر (دي سي)..





الشكل (2) الخطوة(2أ):قياس زاوية الدوار وزاوية حقل الدوار



لإنْجاز هذا، نحن مِنْ الضروري أَنْ نَفعلَ شيئانَ:-

أولاً، إذا نحن سَنُرتّبُ حقلَ الجزء الثابت مع تدفق الجزء الدوّارَ، نَحتاجُ لمعْرِفة موقع تدفق الجزء الدوّارَ، كما في صُوّرَة رقمِ 2. بتركيب متحسّس للدرجة الزاويةِ على عمودِ المحرك، مثل المشفر او المرمز أو المحلل.. لمحرك نوع (بي بي إم)، َ..

ثانياً، نَحتاجُ لتَحويل تياراتِ أطوار المحرّك التي قِسنَا في الخطوة ـ1 إلى القِيَمِ المكافئةِ بتبسّيطُ المعادلاتَ ألمرتبطة بتحديد التيارِ. لتَوضيح لماذا هذا , افترض بأنّك تُحاولُ أَخْذ فيديو مُقرّب مِنْ طفلِكَ على حصان اّلي في مدينة الألعاب. لإبْقاء طفلِكَ في مركزِ الصورةِ، أنت ليَسَْ عليك فقط أَنْ تَتوقّعَ الحركة وتتابعها للأعلى وللأسفل لحركةِ الحصانِ الآلي، لَكنَّك أيضاً يَجِبُ أَنْ تُحلّلَ المكوّناتِ الجيبية لدورانِ قاعدة الحصان الاّلي .. بكلمة أخرى،إننا نُحاولُ التمركز على هدف دائر مِنْ نقطة مرجعية ثابتة وهذا يتطلّبُ العديد مِنْ الحساباتِ بالثّانية و هذه مشكلةً التحدي الصعبة على أقل تقدير.

لكن ماذا لو أنكّ قَفزتَ فوق قاعدة الحصان الاّلي في مدينةِ الألعاب مَع طفلِكِ واعدت محاولتِكِ ثانيةً للتصوير القريب؟ بذلك، أنت ليس من الضروري أن تَقْلقُ حول الدورانِ لأنه بذلك سوف يَتْرُك المعادلةِ جملةً وتفصيلاً ؟! إنّ عمليةَ القفز فوق على القاعدة الدوارة كمصطلحِ يُدْعَى تحويل الثبات الإطارِ الدوارِ أَو( تحويلِ بارك الأماميِ)؟



الشكل(3) الخطوة(2ب) :تحويل الأطوار الثلاثة إلى طورين في قياسات التيار





الشكل (4) الخطوة(2ج):تحويل الإطار الثابت إلى الدوار في قياسات التيار



قَبْلَ القْفزُ في التحويلات، نبسّطُ المعادلاتَ بعض الشّيء و نُحوّلُ محرك الأطوار الثلاثة أولاً إلى محرك الطورين . وهذا بتحويلِ التيارات الثلاثة إلى تيارين متعامدينِ التي تُنتجانِ نفس متجه تيار الثابت ، كما في رقمِ 3. هذه العمليةِ تُدْعَى تحويل الأطوار الثلاثة إلى الطورين أَو ( تحول كلارك الأمامي). بعد هذه الخطوةِ، نحن ما زِلنا في الإطارِ الثابتِ. ثمّ نقفز فوق الدوّارِ (بتحول بارك الأمامي)عبرِ الشكلِ كما في الرقمِ 4، باستعمال معلوماتِ الزاويةَ التي حَصلنَا عليهم مِنْ رقمِ 2.

عند الإطارِ الدوارِ، نحن يُمْكِنُ أَنْ نُقارنَ كُلّ هذه القِيَمِ الاّنية (دي سي) بالقِيَمِ المطلوبةِ التي نُريدُها لكُلّ محور ونُولّدَ حساب لإشاراتَ الخطأِ كما في الجانبِ اليسارِ مِنْ رقمِ 5. في أكثر الحالاتِ بمحرّكاتِ (بي بي إم)، نضع القيمةَ المقررة إلى قيمة الصفر، ولأننا عِنْدَنا كُلّ التدفق الذي نَحتاجُه مِنْ مغنطيسات الدوّارَ الدائمةَ. على أية حال القيمةِ المقررة مسؤولة عن ضبط عزم المحرك. لذا عندما تُريدُ عزم أكثرَ يُساعدُ في تطبيقِات (إي بي إس) , تعديل واحد هو المطلوب للسيطرة على العزم...؟



الشكل(5):توليد أشارة الخطأ (الفرق).



الخطوة 3: تضخّيمُ قيمة أشارة الخطأُ المحسوبة لتَوليد فولتياتِ التصحيحِ. كما نوقشَ في الخطوةِ السابقةِ، عِنْدَنا اثنان من التياراتِ المقاسه (دي سي) لأَنْ يُحدد. كما في الرقمِ 5، حيث يَستخدم المنظّمَ المنفصل لكُلّ محور. إنّ (بي اّي )السيطرة النسبية التكاملية هي الاختيار الشائع لنمط السيطرة التيارية.. نواتج كلتا هذه المنظّماتِ تُولّدُ الفولتياتَ التي تَخْدمُ لتَصحيح للاختلافات بين القِيَمِ المقاسة والمقررة لكُلّ محور..؟

إلخطُوة 4: تُطبّيقُ فولتياتُ التصحيحَ على المحرك عن طريق مرحلة القدرة الكهربائية. عِنْدَنا فولتيتان الآن التي يَجِبُ أَنْ تُقدّما إلى ملفَّاتِ المحرّك لقيَاْدَة التياراتِ للأطوارالثلاثة نحو القِيَمِ التي نُريدُها. لوَضْعهم على ملفَّاتِ الثابت، نحن يَجِبُ أَنْ نَقْفزَ مِنْ الدوّارِ الآن، ونُحوّلُها إلى ثلاثة فولتياتِ. لنعمَلُ هذا، نَستعملُ نفس الحسابات لكن بالعكسِ..؟.



الشكل(6) الخطوة(4أ):تحويل الأطار الدوار الى الثابت وبالجهد الصحيح



الشكل 6 يعرض الجزءَ الأولَ من هذه العمليةِ. التي نَعمَلُ عليها وتدْعَى تحويل الإطار الدوار إلى الإطارِ الثابتِ أَو تحويل بارك العكسيِ .

نحن لدينا كُلّ المعلومات التي احتجناها لتَوليد فولطياتِ الاطوار للمحرّك مباشرة إذا نَستعملُ تقنياتَ التحويرِ الأخرى مثل (بي دبليو إم) القياسية، نَحتاجُ لأداء خطوةِ نهائيةِ واحدة: وهي تحوّيلُ الطورين إلى الأطوار الثلاثة المعروف (بتحويل كلارك العكسي). هذه العمليةِ ومعادلاتِها المرتبطةِ في الشكل رقمِ 7. هذه الفولتياتِ تجهز إلى ملفَّاتِ الثابت مِن قِبل مضخّم كهربائي الذي يَأْخذُ عادة شكل عاكس ترانزستوري سداسي.



الشكل(7) الخطوة(4ب):تحويل الطورين الى ثلاثي الاطوار



إذا تُراجعُ الخطواتَ الماضية، يَجِبُ أَنْ يَكُونَ ظاهرَ لنا الآن لكي يُسيطرَ على عزم التدوير لمحرك التيار المترددِ(أي سي)، نحن جوهرياً نَعمَلُ بنفس الطريقِ عندما نَعمَلُ على السيطرة لمحرك التيار المستمر( دي سي). عملية المعالجة (إف أو سي) تَسْمحُ لنا جوهرياً لمُعَالَجَة محرك التيار المترددِ(اي سي) مثل محرك التيار المستمر (دي سي). كما معروض في الشكل رقم 8 لخلاصة التحويلاتِ التي تَجْعلُ هذه المهمة ممكنة...



الشكل(8) خلاصة تحويلات (أف او سي)



سؤال واحد أُصبحُنا نسأله في أغلب الأحيان في حلقات السيطرةِ الدراسيةِ للمحرّكات، "بينما أنت تَعْملُ كُلّ هذه الحساباتِ، الدوّار ما زالَ يَتحرّكُ. الذي يُقدّمُ خطأً في كُلّ معادلاتِ التضمين، لزاوية الدوّارَ؟ "الجواب، "بالتأكيد." لِهذا من المُهمِ لذا أداء الحساباتِ بِأسرع ما يمكن ، التي تُعني تردد عالي لأخذ عينات الفحص تذكّرْ، تتصرّفُ وحدةُ المضمن الترددي (بي دبليو إم) مثل وحدةً (عينة-توقف)، حيث أنَّ نفس قِيَمِ عرضِ النبضِة سَتَكُونُ مستعملة حتى المجموعةِ القادمةِ للحساباتِ . إذا ترددِ أخذ العينات واطئ جداً، قِيَم (بي دبليو إم) تُصبحُ قديمة وتُؤدّي إلى أداءِ سيّئَ. لكن اليوم أجهزةَ السيطرة للإشارات الرقميةِ تُؤدّي كُلّ الحساباتِ في غضون 20من الف من الثانية، ويَسْمحُ لأخذ عينات التردداتِ بسهولة إلى الـ10 إلى 20 كيلو\هرتز. هذا يُؤدّي إلى تحويلات ناجحة وممتازة (إف أو سي) السيطرة الاتجاهية الحقلية لمحرّكاتِ التيار المتناوب ذات المغناطيس الدائم (بي إم أي سي) في تطبيقاتِ السيطرة الآلية الكهربائية على مقود التسيير (إي بي إس) في السيارات والمركبات عموماً. راجع الشكل 9 عرضَ نظامَ (إي بي إس) مستند على جهاز السيطرة ( 56 اف3800)..؟





الشكل(9) عرض نظام(أي ا س بي) المستند على المسيطر الدقيق (56اف8300).



ما هو القادم؟

بالرغم من أنّنا في نهايةِ المقالةِ، القصّة سوف تَبْدأُ ألان. (1)متى تُسيطرُ المحرّكاتُ الكهربائية على سياقِة التسيير بالكامل، (2)وما التقنية الساخنة القادمة في الأفق لأنظمة سياقة المركبات؟

فيما يتعلق بالسؤالِ الأولِ، هو تخمينُ لأي شخصِ، لكن أكثر الخبراءِ يُوافقونَ بأنّه خلال عقد من الزمن القادم، (إي بي إس) انظمة المقود الاّلية الكهربائية سَتكُونُ التقنيةَ المهيمنةَ. على أية حال، بينما تَدْمجُ أكثر فأكثر أنظمة السيارات مع المحرّكات الكهربائية، المولد الكهربائي يُصبحُ مُرهَق بالتيار المطلوب بسرعة. والهُجْرة مِنْ (12 فولت) إلى (42 فولت) تَعِدناُ بتهدئة مشكلةِ الاستخدام المفرط للكهربائيةِ في السيارات. لسوء الحظ، بِضْعَة معاييرِ وثوابت قياسية متصلبة تَظْهرُ في هذا المضمارِ، والتقدّم بطيء مع الآمال الكبيرة.

بالنسبة إلى السؤال الثاني، هناك مُناقشة كثيرة حول الإمكانيةِ "سياقة المقود السلكية" تدفع للإثارة المخيفة جداً، لانه سيُزيلُ أيّ ترابط ميكانيكي بالكامل بين دولابِ القيادة(الستيرين) ورف التسيير(الطبلات). بتصاميمِ (إي بي إس) الحالية , يُؤدّي ظهور العيوبُ في النظامِ إلى ان السيارةِ تكُونَ مُعاقة عن الحركة، لكن التسيير اليدويَ ما زالَ ممكن. مع (سياقة المقود السلكية)، لا يوجد ترابطَ ميكانيكيَ ، الذي يَعْني بأنّ استراتيجياتِ الضمان والأمان الجديدةِ مَنْ الضَّرُوري أَنْ تُطوّرَ. "كلفة النظامِ يَجِبُ أَنْ تَنْقصَ بشكل ملحوظ قبل أن يُقلعُ نظام سياقة المقود بالأسلاك." وحتى عندما يَحْدثُ هذا، الكثير يُخمّنونَ بأنّه سَيَستغرقُ السَنَواتَ الكثيرة قبل أن تكون الناسِ مستعدُّ لقُبُول هذه التقنيةِ و أن منافع القيَاْدَة بأنظمةِ الأسلاكِ لَيستْ ظاهرة كالأسبابِ التي نجِدُها حالياً للتحويل إلى (إي بي إس)..

أخيراً، أَنا اذَكَّرُ شيء مِنْ المشاهدِ المستقبليةِ مِنْ الإنتاجِ الأخيرِ لهوليود فيلم(أنا إنسان آلي). عربات النقلِ الشخصيةِ في الفلمِ كَانَ عِنْدَها أختيارُ السيطرةِ والتسيير اليدويةِ أَو الآليةِ، حيث "السائق" يُمْكِنُ أَنْ يَقْرأَ صحيفة، يُشاهدُ الأخبارَ، أَو يَأْخذُ قيلولةً حتى. لكن كم تبعد على الأفقِ هذه التقنيةِ؟ هَلْ هي ما زالَتْ فقط مادة أفلامِ الخيال العلمي؟ أنّنا عِنْدَنا تقنيةُ التقرب الرادارِي التي يُمْكِنُ أَنْ تتُكاملَ إلى أنظمةِ سيطرةِ التجوال لمتابعة تَنظيم المسافةِ بين العربات. أيضاً، سيارة التويوتا برايوس الـ2005 (بالإضافة إلى العديد مِنْ العرباتِ الأحدثِ الأخرى التي تَظْهرُ في السوق اليوم) فيها نظامُ ملاحيُ دقيقُ جداً، فقط يَنتظرُ لكي يُتكاملَ مع الأنظمةِ الأخرى في العربةِ. لكن قبل تتمكن أنظمةِ "السياقة الآلية" لأَنْ تُهاجرَ مِنْ الخيال العلمي إلى الحقيقة العلميةِ , نحتاج الى تقنية موثوقة لتحْسس موقعِ العربةِ فيما يتعلق بالطريقَ(وليس للفضاء المطلق). في اليابان، تعْرضُ تويوتا خيار على البرايوس الذي يَسْمحُ له لمُوَازاة موقع التوقف بنفسه! لكن أكثر التقنياتِ الحاليةِ في هذه المنطقةِ مستندة على تقنياتِ الإحْساْس البصريةِ، التي لا تمنح الثقةَ الضروريةَ لكي تعطى تفويض السيطرةَ المطلقِ في مشكلةِ التسيير. تقنيات تحسس موقعِ الطريقِ الأخرى مَنْ الضَّرُوري أَنْ تتطوّرَ، ربما مستندة على تقنيات (التحسس الحقلِي) مثل تلك المستعملةِ حالياً في التقاطعات لاكتشاف حضورِ العربات.؟.

بينما هذه التغييراتِ تُمثّلُ استثمار كبير في البناء التحتي للنقل، العائد من ناحية الراحةِ والتخفيضِ في ضحايا الطريق السريعِ يَعْملانِ سحر الأغراء لمثل هذا نظامِ الجَذْابِ جداً في الحقيقة. أمكانية تخفيض الاختناق المروري يَرجح بأنّ المناطق الحضريةِ المُزدَحَمةِ قَدْ تَكُون الأولى للتَكيّف مع مثل هذه التقنيةِ. على أية حال، أَنَّ هذه التقنيةِ لم تكن ولدت خارج البرامجِ العسكريةِ أَو ربما هي مطلوبة لمناطق السير المروري التي فيها مَنْ الضَّرُوري أَنْ يُنظّمَ السير بأحكام، مثل المطاراتِ. في الحقيقة، تعلن عِدّة تقارير غير مؤكّدة بأنّ الجيشَ الأمريكيَ يَجري التجاربَ على تقنيةِ (القيادة الآلية) لعرباتِ النقلِ (بالنجاحِ المحدودِ،). لكن شيءَ واحد مؤكد العقود القليلة القادمة سَتجْلبُ العديد مِنْ التغييراتِ المثيرةِ والثوريةِ في هذه المنطقةِ الناميةِ بسرعة عالية مِنْ تقنيات المركبات الآليةِ...؟.





تأليف

Dave Wilson is a motion products specialist with Freescale Semiconductor. You can reach him at

David.L.Wilson@freescale.com.

المصادر Resources:

"Bush: No quick energy fix," Associated Press article, The Arizona Republic, Thursday, April 28, 2005, pp 1, A9.

Torrey, David A. and James M. Kokernak. "Power Steering: Brushless DC or Power Steering: Brushless DC or Switched-Reluctance?

"Delphi Electric Power Steering," Delphi Product Brochure, June 2004. www.delphi.com/pdf/s/str_esteer.pdf

Fitzgerald, A. E., Charles Kingsley Jr., and Stephen D. Umans. Electric Machinery. New York, NY: McGraw-Hill, 1990.

Novotny, Don and Tom Lipo. Vector Control and Dynamics of AC Drives. New York, NY: Ox-ford University Press, 2000