خلفية محرك التلفريك

تُحدد بيئة التشغيل الخاصة لعربات الكابلات لنقل الركاب بعض المتطلبات الخاصة لأنظمة الدفع الكهربائية. أولًا، تُبنى العديد من عربات الكابلات في جبال وتلال شاهقة الارتفاع أو في مناطق خلابة نائية بعيدة عن المدن، مما يُصعّب عملية النقل. البيئة الطبيعية قاسية، وملحقات المعدات غير مُلائمة للشراء، وقنوات الدعم الفني غير سلسة. هذا يتطلب أن تكون معدات عربات الكابلات، وخاصةً المكونات الأساسية مثل محركاتها، ذات هياكل بسيطة، وقابلة للتكيف مع البيئة، ومقاومة للتلف، وسهلة الصيانة. ثانيًا، تتغير سرعة عربات الكابلات غالبًا أثناء التشغيل تبعًا لحجم تدفق الركاب. لذلك، من الضروري أيضًا أن يكون التحكم في سرعتها مريحًا وسهل الضبط. بالإضافة إلى ذلك، بغض النظر عن اختلاف ارتفاع عربات الكابلات وكيفية تغير الحمل، يجب أن تحافظ دائمًا على سلاسة التشغيل دون انزلاق في السرعة، مما يُثقل كاهل أداء تنظيم سرعة المحرك. وأخيرًا، كأداة نقل ركاب جوية، يجب أن تحتوي عربات الكابلات على معدات موثوقة وتقنيات متطورة لضمان تشغيل مستقر وتقليل الأعطال.

في محركات المحركات المبكرة، ونظرًا لتعقيد نظام تنظيم السرعة لمحركات التيار المتردد، وعدم قدرة أداء تنظيم السرعة على مقارنته بأداء محركات التيار المستمر، تُستخدم محركات التيار المستمر بشكل أساسي في تطبيقات القيادة التي تتطلب تنظيم السرعة، بينما تُستخدم محركات التيار المتردد غالبًا في الحالات التي لا تتطلب تنظيم السرعة. وينطبق الأمر نفسه على محركات حبال الركاب. لا تتطلب الحبال الصغيرة، وخاصةً الحبال ذات المقابض الثابتة، تنظيم السرعة نظرًا لسرعتها التشغيلية المنخفضة. وحتى مع الحاجة إلى تنظيم السرعة، فإنه ليس متطلبًا نظرًا لقلة عدد الركاب وصغر حجم الأحمال، لذلك تُستخدم بشكل أساسي محركات التيار المتردد ذات السرعة الثابتة أو محركات تنظيم السرعة بمقاومات سلسلة التيار المتردد. تتطلب الحبال ذات السعة الكبيرة، وخاصةً الحبال الدائرية القابلة للفصل، تغييرات متكررة في السرعة نظرًا لسرعاتها التشغيلية العالية. في الوقت نفسه، نظرًا لتعقيد التضاريس، وفروق الارتفاع الكبيرة، وسعة الركاب الكبيرة، وحجم الحمولة المتغير باستمرار، تُفرض متطلبات أعلى على التحكم في سرعة الحبال وأدائها، لذلك يستخدم معظمها أنظمة محرك التيار المستمر.

في السنوات الأخيرة، ومع تطور نظريات التحكم الحديثة، وتكنولوجيا إلكترونيات الطاقة، وتكنولوجيا التحكم الذكي، بالإضافة إلى التحسين المستمر لأداء مواد المغناطيس الدائم للأرض النادرة، إلى جانب مزايا محركات التيار المتردد مثل الهيكل البسيط، والحجم الصغير، وخفة الوزن، وعدم الحاجة إلى الصيانة تقريبًا، ازداد استخدام أنظمة التحكم في سرعة محركات التيار المتردد. وعلى وجه الخصوص، فإن استخدام محركات التزامن ذات المغناطيس الدائم، إلى جانب التحكم في سرعة التردد المتغير، لا يجعل هيكل المحرك أبسط فحسب، بل يجعل أداء تنظيم السرعة مماثلاً تمامًا لأداء محركات التدفق الأول. ولذلك، شهد المحرك الكهربائي للكابلات المنزلية الكبيرة أيضًا عملية تطورية من هيمنة محرك مقوم التيار المستمر إلى الإدخال التدريجي لمحرك التردد المتغير غير المتزامن للتيار المتردد، حتى ظهور محرك التردد المتغير المتزامن المغناطيسي المائي الحالي.

يشبه هيكل المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم هيكل محرك التيار المتردد العادي، ويتضمن بشكل أساسي القاعدة، ولب الجزء الثابت، ولف الجزء الثابت، ولب الدوار، والمغناطيس الدائم، وعمود الدوار، والمحمل، والغطاء الطرفي. بالإضافة إلى ذلك، توجد عادةً فتحات تهوية أو قنوات مياه تبريد، وصناديق توصيل، وما إلى ذلك. الميزة الخاصة لمحرك المغناطيس الدائم هي أنه بالإضافة إلى القلب والعمود والمحمل، يحتوي الدوار أيضًا على مغناطيسات دائمة. يوجد في المقطع العرضي لقلب الدوار مساحة لتركيب المغناطيس الدائم وأعمدة الدوار. نظرًا لأن المغناطيس الدائم يولد مجالًا مغناطيسيًا، لم يعد من الضروري توليد مجال كهرومغناطيسي بواسطة مصدر الطاقة. بعد بدء دوران الدوار بطريقة مناسبة، يتشكل قطب مغناطيسي دوار. تحت السحب المغناطيسي للمجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، يتم سحب القطب المغناطيسي الدوار للدوران بشكل متزامن وإخراج طاقة ميكانيكية مستقرة.

تتميز المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم بسهولة تصنيعها، وتكاليفها المنخفضة، وكفاءة الطاقة العالية، ومعامل القدرة العالي، وحجمها الصغير، وانخفاض ضوضاءها، مع مراعاة بساطة بنية محركات التيار المتردد، ودقة تنظيم سرعة محركات التيار المستمر. ولذلك، تُستخدم على نطاق واسع. وفي السنوات الأخيرة، استُخدم هذا النوع من المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم على نطاق واسع في كابلات التيار المتردد ذات الدفع المباشر (DD).

بدء تشغيل المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم

من خلال تحليل النموذج الرياضي للمحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم، يمكننا أن نعرف أن هناك العلاقة التالية بين سرعة الدوار n (r/min) وسرعة المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت n (r/min)، وكذلك تردد مصدر الطاقة للجزء الثابت f (Hz) وعدد أزواج الأقطاب المغناطيسية P للمحرك: n=n,=(60f)/P

من خلال مزيد من التحليل، يمكننا أيضًا معرفة أن عزم الدوران الكهرومغناطيسي لـ PMSM يكون مستقرًا فقط عند تشغيله بشكل متزامن. عند السرعة غير المتزامنة، يكون متوسط ​​عزم الدوران الكهرومغناطيسي صفرًا. أثناء عملية بدء تشغيل المحرك، تزداد سرعة الدوار من الصفر، وهي حالة التشغيل غير المتزامن. نظرًا لأن عزم الدوران الكهرومغناطيسي يساوي صفرًا، لا يمكن تسريع الدوار، وبالتالي لا يمكن للمحرك المتزامن أن يبدأ من تلقاء نفسه. وفقًا لصيغة السرعة أعلاه n = n، = (60f) / P، يمكن ملاحظة أن السرعة مرتبطة بتردد مصدر طاقة الجزء الثابت وعدد أزواج أقطاب المحرك. عندما يتم تحديد عدد أزواج أقطاب المحرك، يمكن تحقيق تنظيم بدء التشغيل والسرعة عن طريق تغيير تردد مصدر طاقة الجزء الثابت. يُطلق على الجهاز الذي يمكنه توفير مصدر طاقة التردد المتغير هذا اسم محرك التردد المتغير (VFD)، والمعروف أيضًا باسم العاكس (VVVF).

محرك متزامن مغناطيسي دائم يعمل بالدفع المباشر مع تنظيم سرعة التردد المتغير

يمكن استخدام صيغة سرعة المحرك المتزامن n=（60f）/P لحساب أنه عندما يكون عدد أقطاب المحرك P=45 وتردده f=16.5 هرتز، تكون السرعة n=22r/min. بالنسبة لعجلة القيادة التي يبلغ قطرها D 5.2 متر، تكون السرعة الخطية L:

L=(πD*n)=(3.14*5.2*22)/60=6m/s

يلبي هذا النظام متطلبات الحد الأقصى لسرعة تشغيل الكابلات، وهي 6 أمتار/ثانية. عندما يكون تردد التحكم في العاكس بين 0 و16.5 هرتز، يمكن تشغيل الكابلات بسرعة تتراوح بين 0 و6 أمتار/ثانية دون الحاجة إلى استخدام مخفض سرعة. كما أن تنظيم سرعة التردد المتغير للمحرك المتزامن ذي المغناطيس الدائم يلبي تمامًا متطلبات السرعة المنخفضة وعزم الدوران العالي عند بدء التشغيل. وهذا يوفر أيضًا إمكانية التشغيل المباشر ذي التردد المتغير للمحرك المتزامن ذي المغناطيس الدائم ذي التيار المتردد.

الخاتمة

من خلال التحليل السابق، يتضح أن المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم يتميز بنفس بساطة هيكل محرك التيار المتردد العادي، وأن نظام التحكم بالتردد المتغير للمحرك المتزامن يتميز بنفس الأداء المتفوق لتنظيم سرعة تعديل محرك التيار المستمر. وبالأخص، مع التحسين المستمر لأداء مواد المغناطيس الدائم الأرضية النادرة، فإن الخواص المغناطيسية والاستقرار الحراري للمغناطيس الدائم تلبي تمامًا متطلبات استخدام المحرك. علاوة على ذلك، يتميز المحرك المتزامن بتحمل أقوى لاضطرابات عزم الدوران مقارنةً بالمحرك غير المتزامن، ويستجيب بسرعة نسبية. طالما تم ضبط زاوية قدرة المحرك في الوقت المناسب، ستحافظ سرعته دائمًا على تشغيل السرعة المتزامنة، ولن يؤثر تغيير عزم الحمل على استقرار السرعة، وهو مناسب جدًا لأحمال عزم الدوران الثابتة مثل الحبال. في الوقت نفسه، يُمكّن وجود المجال المغناطيسي الدائم لدوار المحرك المتزامن المحرك من العمل بثبات عند ترددات منخفضة للغاية، مما يُمكّنه من بدء التشغيل مباشرةً عند تردد منخفض والقيادة مباشرةً دون استخدام مُخفِّض السرعة. لذلك، يمكن التنبؤ بأن المحرك المتزامن ذو التردد المتغير ذو المغناطيس الدائم سيتم استخدامه بشكل متزايد في التلفريكات ذات الأحمال الكبيرة للركاب.