يتم التحكم في سرعة محركات التيار المتردد باستخدام محرك التردد المتغير (VFD) في معظم الحالات. في حين أن العديد من السيناريوهات تتضمن استخدام محركات VFD مع محركات تحريضية مع ملفات الجزء الثابت لتوليد مجال مغناطيسي دوار، إلا أنها يمكنها أيضًا تحقيق تحكم دقيق في السرعة باستخدام مستشعرات التغذية المرتدة للسرعة أو الموضع كمرجع إلى VFD.

في بعض الحالات، من الممكن الحصول على تحكم دقيق في السرعة دون الحاجة إلى أجهزة استشعار التغذية الراجعة. وقد أصبح هذا ممكنا باستخدام محرك المغناطيس الدائم (PM). وعملية تسمى "طريقة حقن الإشارة عالية التردد".

1. محركات PM

A محرك PM هو محرك يعمل بالتيار المتردد يستخدم مغناطيسات مدمجة أو متصلة بسطح دوار المحرك. تُستخدم المغناطيسات لتوليد تدفق محرك ثابت بدلاً من مطالبة مجال الجزء الثابت بتوليد واحد عن طريق الارتباط بالعضو الدوار، كما هو الحال مع المحرك التحريضي. يشتمل المحرك الرابع المعروف باسم محرك بدء الخط PM (LSPM) على خصائص كلا المحركين. يشتمل محرك LSPM على مغناطيسات محرك PM داخل الدوار وقضبان الدوار الخاصة بمحرك القفص السنجابي لزيادة عزم الدوران والكفاءة إلى أقصى حد.

2. الموجي الخلفي emf

إن القوة الدافعة الكهربية الخلفية هي اختصار للقوة الدافعة الكهربائية الخلفية ولكنها تُعرف أيضًا باسم القوة الدافعة الكهربية المضادة. القوة الدافعة الكهربائية الخلفية هي الجهد الذي يحدث في المحركات الكهربائية عندما تكون هناك حركة نسبية بين ملفات الجزء الثابت والمجال المغناطيسي للدوار. ستحدد الخصائص الهندسية للجزء المتحرك شكل موجة القوة الدافعة الكهربية الخلفية. يمكن أن تكون هذه الأشكال الموجية جيبية، أو شبه منحرفة، أو مثلثة، أو شيء بينهما.

تقوم كل من آلات الحث و PM بتوليد أشكال موجية للقوة الدافعة الكهربية الخلفية. في الآلة الحثية، سوف يضمحل شكل موجة القوة الدافعة الكهربية الخلفية بينما يضمحل مجال الجزء المتحرك المتبقي ببطء بسبب عدم وجود مجال للجزء الثابت. ومع ذلك، مع آلة PM، يولد الدوار المجال المغناطيسي الخاص به. ولذلك، يمكن إحداث جهد كهربائي في ملفات الجزء الثابت عندما يكون الجزء المتحرك في حالة حركة. سوف يرتفع الجهد الكهربي الخلفي خطيًا مع السرعة وهو عامل حاسم في تحديد أقصى سرعة تشغيل.

3. فهم عزم دوران آلة PM

يمكن تقسيم عزم دوران الآلة الكهربائية إلى مكونين: عزم الدوران المغناطيسي وعزم الممانعة. عزم الدوران الممانعة هو "القوة المؤثرة على المادة المغناطيسية التي تميل إلى التوافق مع التدفق الرئيسي لتقليل الممانعة". بمعنى آخر، عزم الممانعة هو عزم الدوران الناتج عن محاذاة عمود الدوار مع مجال تدفق الجزء الثابت. عزم الدوران المغناطيسي هو "العزم الناتج عن التفاعل بين مجال تدفق المغناطيس والتيار في ملف الجزء الثابت."

عزم الدوران الممانعة: يتعلق عزم الدوران المتولد من خلال محاذاة الجزء المتحرك الذي يحدث عندما يفرض المجال المغناطيسي تدفقًا مباشرًا مرغوبًا من قطب الجزء الثابت الشمالي إلى قطب الجزء الثابت الجنوبي.

عزم الدوران المغناطيسي: يولد المغناطيس الدائم مجال تدفق في الدوار. يولّد الجزء الثابت مجالًا يتفاعل مع المجال المغناطيسي للعضو الدوار. يؤدي تغيير موضع مجال الجزء الثابت بالنسبة إلى مجال الجزء المتحرك إلى إزاحة الجزء المتحرك. التحول الناتج عن هذا التفاعل هو عزم الدوران المغناطيسي.

4. SPM مقابل IPM

يمكن تقسيم محرك PM إلى فئتين رئيسيتين: محركات المغناطيس الدائم السطحية (SPM) ومحركات المغناطيس الدائم الداخلية (IPM). لا يحتوي أي من نوعي تصميم المحرك على قضبان دوارة. يولد كلا النوعين تدفقًا مغناطيسيًا بواسطة المغناطيس الدائم المثبت على الدوار أو داخله.

تحتوي محركات SPM على مغناطيس مثبت على السطح الخارجي للدوار. وبسبب هذا التركيب الميكانيكي، فإن قوتها الميكانيكية أضعف من قوة محركات IPM. تحد القوة الميكانيكية الضعيفة من السرعة الميكانيكية القصوى الآمنة للمحرك. بالإضافة إلى ذلك، تظهر هذه المحركات بروزًا مغناطيسيًا محدودًا للغاية (Ld ≈ Lq). تكون قيم الحث المقاسة عند أطراف الجزء الدوار ثابتة بغض النظر عن موضع الجزء الدوار. بسبب نسبة بروز الوحدة القريبة، تعتمد تصميمات محرك SPM بشكل كبير، إن لم يكن كليًا، على مكون عزم الدوران المغناطيسي لإنتاج عزم الدوران.

تحتوي محركات IPM على مغناطيس دائم مدمج في الدوار نفسه. على عكس نظيراتها SPM، فإن موقع المغناطيس الدائم يجعل محركات IPM سليمة ميكانيكيًا للغاية، ومناسبة للعمل بسرعات عالية جدًا. يتم تعريف هذه المحركات أيضًا من خلال نسبة الملاءمة المغناطيسية العالية نسبيًا (Lq > Ld). نظرًا لبروزه المغناطيسي، يتمتع محرك IPM بالقدرة على توليد عزم الدوران من خلال الاستفادة من مكونات عزم الدوران المغناطيسي والمقاومة للمحرك.

5. الهياكل الحركية PM

يمكن تقسيم هياكل المحركات PM إلى فئتين: الداخلية والسطحية. كل فئة لها مجموعتها الفرعية من الفئات. يمكن لمحرك PM السطحي وضع مغناطيسه على سطح الدوار أو إدخاله فيه، لزيادة متانة التصميم. يمكن أن يختلف تصميم وتصميم محرك المغناطيس الدائم الداخلي بشكل كبير. يمكن إدخال مغناطيس محرك IPM ككتلة كبيرة أو متداخلة عند اقترابها من القلب. هناك طريقة أخرى تتمثل في تضمينها في نمط الكلام.

6. PM اختلاف محاثة المحرك مع الحمل

يمكن ربط كمية كبيرة فقط من التدفق بقطعة من الحديد لتوليد عزم الدوران. في النهاية، سوف يتشبع الحديد ولن يسمح للتدفق بالارتباط. والنتيجة هي انخفاض في محاثة المسار الذي يتخذه مجال التدفق. في جهاز PM، ستنخفض قيم محاثة المحور d والمحور q مع زيادة تيار الحمل.

إن محاثات المحور d و q لمحرك SPM متطابقة تقريبًا. نظرًا لوجود المغناطيس خارج الجزء المتحرك، فإن محاثة المحور q ستنخفض بنفس معدل محاثة المحور d. ومع ذلك، فإن محاثة محرك IPM سوف تنخفض بشكل مختلف. مرة أخرى، محاثة المحور d تكون أقل بشكل طبيعي لأن المغناطيس موجود في مسار التدفق ولا يولد خاصية تحريضية. لذلك، هناك كمية أقل من الحديد المشبع في المحور d، مما يؤدي إلى انخفاض ملحوظ في التدفق بالنسبة للمحور q.

7. إضعاف / تكثيف التدفق لمحركات PM

يتم إنشاء التدفق في محرك المغناطيس الدائم بواسطة المغناطيس. يتبع مجال التدفق مسارًا معينًا يمكن تعزيزه أو معارضته. إن تعزيز أو تكثيف مجال التدفق سيسمح للمحرك بزيادة إنتاج عزم الدوران بشكل مؤقت. إن معارضة مجال التدفق سوف تلغي المجال المغناطيسي الموجود للمحرك. سوف يحد المجال المغناطيسي المنخفض من إنتاج عزم الدوران، ولكنه يقلل من جهد القوة الدافعة الكهربية الخلفية. يعمل الجهد الكهربي الخلفي المنخفض على تحرير الجهد لدفع المحرك للعمل بسرعات إخراج أعلى. يتطلب كلا النوعين من التشغيل تيارًا إضافيًا للمحرك. يحدد اتجاه تيار المحرك عبر المحور d، الذي توفره وحدة التحكم في المحرك، التأثير المطلوب.

8. الاستشعار الذاتي مقابل عملية الحلقة المغلقة

تتيح التطورات الحديثة في تقنية القيادة لمحركات التيار المتردد القياسية "الاكتشاف الذاتي" وتتبع موضع مغناطيس المحرك. يستخدم نظام الحلقة المغلقة عادةً قناة z-pulse لتحسين الأداء. من خلال إجراءات معينة، يعرف محرك الأقراص الموقع الدقيق لمغناطيس المحرك عن طريق تتبع قنوات A/B وتصحيح الأخطاء في القناة z. إن معرفة الموضع الدقيق للمغناطيس يسمح بإنتاج عزم الدوران الأمثل مما يؤدي إلى الكفاءة المثلى.