مواصالتالتحكم بالحافالت الكهربائية في نظم الControl in Electric Vechicle Transportation Systems

:إشراف

:إعداد الطالب

نظم المواصالتالتحكم بالحافالت الكهربائية في Control in Electric Vehicle Transportation

SystemsElectricالكهربائيةالحافلة1-8 Vehicle:

صغريدوالبهنايتهيفأعالهايفمتمفصلقضيبطريقعنإماالكهربائيةبالطاقةاحلافالتهذهتتغذى.تسيريهايفالكهرباءتستخدمنقلمركبةكلعلىالكهربائيةاحلافلةاسميُطلقالكهربائيةوالقطاراتاألنفاقطاراتقيفكمااحلافلةعليهاتسرياليتاحلديديةللسكةموازيةقضبانطريقعنأومناسب،حتويلمبركزمتصلكهربائيةتغذيةخطعلىيتدحرججمرىله

.اخلفيفة

:الكهربائيةالحافالتأنواع2-8.Tramwayالرتام1..Trolleybusباصالرتويل2.Modernاحلديثالرتام3. Tram.Electricalالكهربائيالقطار4. Train.Theالطلقةقطار5. Bullet Train..الكهربائيةالسيارة6.

Electricalللحافالتالكهربائيةالطاقةمصادر3-8 Buses Power Sources:تعملالذيللتيارحمددةاتمواصفوفقهلاالتابعةالتحويلمراكزمنأومباشرةالتوليدحمطاتمنأنواعهااختالفعلىاليومالكهربائيةاحلافالتتتغذى

ويفكافيةجرقوةتوليديفمجيعهارتكتشفهياحلديثوالرتامباصوالرتويلالرتاممنلكلالعامةالبنيةاختالفومع.احلافلةيفاملوجودةالكهربائيةاجملموعاتعليه.مقطوراتوبضعقاطرةمنيتكونالذيالفضائيالقطارأوالطلقةقطاريفيوجدالماوهومتكاملة،وحدةيفركوبأماكنحتويكوهنا

بالباصالتحكملنظامالصندوقيالمخطط4-8Buses control block diagrams:

الكهربائيالباصيفالتحكموحدات(8-1)الشكليبني:يليمباونلخصها

.واملتحكمالدخلحساسات-وتتلقىمتناوبارتيإىلاملستمرالتيارتبدلالكرتونيةترددمبدلة-

.الشاحنمنالكهربائيةالتغذيةيعملالذيضيالتحريواحملركاملبدلةبنييربطالكرتوينمتحكم-

.السيارةعجالتتدويرعلى.املركبةملحقاتلتغذيةDCإىلDCمنمبدلة-

يةالمخطط الصندوقي لنظام التحكم بالحافالت الكهربائ(: 8-1)الشكل

Howالكهربائيةبالحافالتالتحكمنظامعملآلية5-8 electrical buses work:

آلية عمل التحكم بالحافالت الكهربائية(: 8-2)الشكل

مج يستقبل اإلشارات القادمة من السائق ويقوم مبعاجلتها وفق برنا Microcontrollerإن املتحكم الصغري( 8-1الشكل )يف املخطط املنهجي بينا :معني، وتبعا له تصدر األوامر للزواجل لتنفذ العمل املالئم، ومن األوامر املرسلة من السائق

آلية عمل التحكم بالحافالت الكهربائية(: 8-2)الشكل

.البدءمفتاح-.لألمامالباصحترك-.للخلفالباصحترك-اخل إىل املايكرو ووفق واليت هي عبارة عن مقاومة متغرية بالضغط عليها وبالتايل يتغري التيار الد)دواسة السرعة -

(.الربنامج يعطي أمراً لالنفرتر لكي يزيد الرتدد أو ينقصه وبالتايل يغري من سرعة الباص.فتح النافذة وإغالق النافذة-التايل وفق الربنامج يعطي شبيهة بدعاسة السرعة فبالضغط عليها يتغري التيار الداخل إىل املايكرو وب)دواسة الفرامل -

بسرعة تتعلق هبذه أمر بزيادة أو إنقاص القيمة املتوسطة للجهد املطبق على الكابح امليكانيكي وبالتايل يفرمل(.PWMالضغطة حسب تقنية

.القويالضوءمفتاح-.الضعيفالضوءمفتاح-.مييينغمازمفتاح-.يساريغمازمفتاح-.الزمورمفتاح-

.األماميللبابمفتاح-.اخللفيللبابمفتاح-

وفقاالصغرياملتحكممناألوامر(8-2)الشكليفاملبينةالتماساتمجيعتتلقىاملوافقالريليهفمليتغذىيغلقعندهاالتماساتجمموعةإغالقحالةيفالربنامجملعاجلة.متاساتهحالةمنيغريوبالتايل

Howالكهربائيةبالحافالتالتحكمنظامعملآلية5-8 electrical buses work:

Electricalالكهربائيةللحافالتالرئيسةالدارة6-8 Buses Circuit:

دارة القدرة والتحكم للحافالت الكهربائية(: 8-3)الشكل

دارة القدرة والتحكم للحافالت الكهربائية(: 8-3)الشكل

.دارة القدرة ودارة التحكم:الرئيسة للتحكم يف الباص الكهربائي وتتضمن دارتنيالدارة ( 8-3)يبني الشكل

تفريغهاعند.دوريبشكلشحنهايتمالباص،لتحريكمدخرةيستخدمالذيالكهربائيبالباصللتحكمالدارةتعمل-.ةالكهربائيالباصاتمساوئأحدالعمليةهذهوتعترب.جديدمناملدخرةشحنليتمالباصيتوقف

إىلللمدخرةستمراملاجلهدبتحويلتقوممبدلةوجودإىلباإلضافةشحن،دارةطريقعناملدخرةبشحنالتحكميتم-.الرئيسالباصحمركقيادةأجلمنمتناوبجهد

:حتوي الدارة على العناصر التالية

.اخللفأولألمامالباصحتريكعناملسؤولاحملركهو

.Mاحملركبسرعةللتحكمالقالبةتستخدم

حلمايةدايوداتةستمعترانزستوراتستةعنعبارةوهي.متناوبجهدإىلاملستمراجلهدتبديلعلىتعملالرتانزستورات

املدخرةحنشأجلمنمستمرإىلللشبكةاملتناوباجلهدحتويلطريقعنوذلك.متغريةمقاومةطريقعنالشحنبسرعةالتحكمأجلمناملتغرياجلهدمنظمويستخدم

.قاتهوملحالباصحمركتغذيةعلىتعمل:الباصمدخرةمنالباصمدخرةلشحنتستخدم

Electricalالكهربائيةللحافالتالرئيسةالدارة6-8 Buses Circuit:

م عن طريق استقبال أوامر من السائق لزيادة أو نقص السرعة، كما يستخد( Inverter)يستخدم للتحكم بالقالبة اخل...لفتح وإغالق النوافذ واألبواب واألضواء

يتم حتويل هذا اجلهد VDC 15يتم تغذية هذه الدارة عن طريق املدخرة اإلضافية ذات اجلهد عدمي االستقرار باإلضافة إىل حمولة رافعة للجهد، ومن 555عن طريق دارة مكونة من مؤقت هزاز Hz 50إىل جهد متناوب أحادي الطور ذو تردد

.مث يتم تقومي اجلهد الناتج إىل جهد مستمر يستخدم للتحكم مبحرك الباب

دارة القدرة والتحكم للحافالت الكهربائية(: 8-3)الشكل

.عطلبوجودالسائقليعلمماعطلحدوثعنديعملمصباحعنعبارة

:يستقبل املتحكم الرئيس أوامر على مداخله من السائق مثالً .يعمل املتحكم الرئيس على هتيئة الباص للعملStartعند الضغط على زر التشغيل

:يتم التحكم حبركة الباص عن طريق مفتاح ناخب ذي ثالث وضعيات

ة ويقوم بالتحكم بعمل احملرك الرئيس عن طريق القالبForwardيستقبل املتحكم الرئيس إشارة التحرك إىل األمام Inverter اليت تعمل على تدوير احملركMباالجتاه األمامي وبالتايل حتريك الباص إىل األمام.

البة ويقوم بالتحكم بعمل احملرك الرئيس عن طريق القbackwardيستقبل املتحكم الرئيسي إشارة التحرك إىل اخللف Inverter اليت تعمل على تدوير احملركMباالجتاه اخللفي وبالتايل حتريك الباص إىل اخللف.

وجد إشارة على يكون الناخب يف الوسط هذا يعين أنه ال توجد إشارة على مدخل املتحكم الرئيسي وبالتايل ال تعندما .خرجه

دارة القدرة والتحكم للحافالت الكهربائية(: 8-3)الشكل

نامج املوجود يف املتحكم يعطي هي عبارة عن مقاومة متغرية بالضغط عليها يتغري التيار الداخل إىل املتحكم الرئيس ووفقاً للرب .لكي يزيد الرتدد أو ينقصه وبالتايل يغري من سرعة الباصInverterأمر للقالبة

ج املوجود يف املتحكم يعطي أمر شبيهة بدواسة السرعة فبالضغط عليها يتغري التيار الداخل إىل املتحكم الرئيس ووفقاً للربنامتعلق هبذه الضغطة حسب بزيادة أو إنقاص القيمة املتوسطة للجهد املطبق على الكابح امليكانيكي وبالتايل يفرمل بسرعة ت

.PWMتعديل عرض النبضة علىعمليبداخلهاملوجودالربنامجطريقوعنإشارةالرئيساملتحكميستقبلزرعلىالضغطعند

.املضغوطبالزراخلاصةالنافذةفتح

علىعمليبداخلهاملوجودالربنامجطريقوعنإشارةالرئيساملتحكميستقبلزرعلىالضغطعند.املضغوطبالزراخلاصةالنافذةإغالق

.امللحقاتمنذلكوغرياألضواءأواألبوابأزرارعلىالضغطيتمعندماباملثل

دواسةلىعالضغطبشدةتتعلقمتغريةمقاومةعنعبارةالفرملةدواسةإنسابقاذكرناكماتعديللقطبأمراً املايكرويعطيوبالتايلاملايكروإىلالداخلالتيارفيتغرياملقاومةتتغريلدى.الفرملة.(8-4الشكل)املقاومةتغريحسبالنبضة

آلية عمل الفرملة الديناميكية للمحرك(: 8-4)الشكل

طيسي بتمرير تيار به بتغيري القيمة املتوسطة للجهد املطبق على الكابح والذي هو عبارة عن ملف مغناقطعة املعدنية املثبت عليها يتولد فيض مغناطيسي شدته متناسبة مع التيار وعدد لفاته وبالتايل جيذب ال

(.5-8الشكل )الفحمة اليت تضغط على حمور احملرك، فيبدأ احملرك بالفرملة

كابحالتحكم بعملية الكبح عن طريق التحكم بالقيمة المتوسطة لتغذية ال(: 8-5)الشكل

:.متغرية للباص أي التحكم مبحرك حتريك الباصسرعات هذه الدارة خاصة باحملرك التحريض ويتم التحكم هبذه الدارة عن طريق املتحكم لنحصل على

Inverterالقالبة ( 8-6)الشكل

مثاًل : مة جهد املدخرةغالباً ما تستخدم يف احلافالت الكهربائية جهود مستمرة قيمتها خمتلفة عن قي...فولت وهكذا80فولت ولتغذية املكيف حنتاج إىل 24لتغذية املسجلة حنن حباجة إىل جهد

:الشكل التايلحنن حباجة إىل مبدل للجهد مستمر واملستمر وتنجز خطوات التبديل علىوبالتايل

:(8-7الشكل )نقوم بتبديل جهد املدخرة املستمر إىل جهد متناوب عرب هذه الدارة

عملية تبديل جهد المدخرة المستمر إلى جهد متناوب(: 8-8)الشكل (8-7)الشكل

دارة الممثلة في نخفض أو نرفع الجهد المتناوب عبر محولة ثم نعود ونقوم بتقويم الجهد لتحويله إلى جهد مستمر عبر الثم

(.8-9)الشكل

ب للعملعملية تقويم الجهد المتناوب للحصول على قيمة الجهد المستمر المناس(: 8-9)الشكل

:منتتكونوالتيالمدخرة(8-10)الشكليبين.(مهبط-مصعد)األقطاب1..التغذيةمعاالتصالطرفي2..الكيميائيالمحلول3..هيكل المدخرة4.

المدخرة الخاصة بالحافلة الكهربائية(: 8-10)الشكل

.دارة شاحن المدخرة( 8-11)الشكليمثل

.شاحن المدخرة( 8-11)الشكل

.خفض استهالك الوقود المستخدم1.

.حماية البيئة من التلوث2.

سهولة كشف األعطال في الباصات المزودة بحواسيب عن طريق ربطها3..بحواسيب الشركة المصنعة ووكالئها

ريق الخاليا إمكانية شحن بطارية الحافالت الكهربائية بالطاقة الكهربائية عن ط4..الشمسية ولكنها مكلفة أيضا

.تشغل المدخرة حجما كبيرا باإلضافة إلى التكلفة العالية1.

د في عملية الكلفة األولية لتصنيع الحافالت الكهربائية أعلى نتيجة للتعقي2..التصنيع

.الوزن الزائد واإلضافي في الباصات الكهربائية3.

نتيجةالعاديةالباصاتمنأكبرتكونالحوادثعنالناجمةاألضرار4..اإللكترونيةالقطعلوجود

Hyperالهجينةالباصاتنظام7-8 buses:.نموذج لباص هجين مع مكوناتها األساسية( 8-12)يمثل الشكل

الباصات الهجينة(: 8-12)الشكل

.في الباص الهجينعمل النظام ( 8-13)يمثل الشكل

آلية عمل الباص الهجين(: 8-13)الشكل

نظامالللعملنظامينعلىتحتويأيالهجينالنظامعلىتعملعربةتمثلدارةعنعبارة(8-13)الشكلفيالموضحةالدارةاالحتراقنظامآلخراالنظامإلىالتحوليتمالمدخرةفراغوعندوملحقاتهالباصلقيادةمدخرةاستخدامطريقعنيعملالذيالكهربائي

آليا أوسائقالطريقعنيدويا إماالنظامينبينالتحويلويتمالمدخرةوشحنالباصقيادةأجلمنالوقوديستخدمالذيالداخلي.معينةآليةأومحركباستخدام

:التاليةالعناصرعلى(8-13)الشكلفيالموضحةالدارةتحويسرععلبةهخرجعلىموصولالمدخرةباستخدامالكهربائيالنظامعلىالعملحالفيالباصقيادةعلىيعمل

Motorبهالخاصةالتحكموحدةإلىباإلضافة ECU.طريقعنالمدخرةبشحنيقومكماالداخلياالحتراقنظامعلىالعملحالفيالباصقيادةعلىيعمل

Engineبهالخاصةاإللكترونيةالتحكموحدةإلىباإلضافةمحورهعلىموصولكهربائيمولد ECU.Batteryبهاالتحكموحدةإلىباإلضافة:مدخرة3. ECU.

.الكهربائيالمحركسرعةزيادةأجلمنوتستخدمBrakeبالكبحالتحكموحدةإلىباإلضافة ECU.

.الداخليواالحتراقالكهربائيالنظامينبينالتحويلبعمليةيقوم.بداخلهالموجودالبرنامجحسبخرجهعلىاألوامروتنفيذدخلهعلىاإلشاراتاستقبالعلىيعمل

.تشغيلزراالنحراف،زاويةحساسالباص،سرعةحساس

لعربة يعمل المتحكم المصغر الذي يستقبل إشارات تعلمه بسرعة ا( IG)عند الضغط على زر التشغيل .وزاوية االنعطاف التي يجب أن يعمل بها

:باإلضافة إلى ذلك تحوي الدارة على ما يلي.وحدة التحكم بالمدخرة المسؤولة عن شحن وتفريغ المدخرة-.وحدة التحكم بالمحرك الكهربائي-

.وحدة التحكم بعمل المحرك الذي يعمل بواسطة الوقود-.المتحكم المصغر الذي يتحكم بهذه العناصر-ي تغذية المدخرة يتم شحنها بجهد مستمر الذي يبدل إلى جهد متناوب باستخدام المبدالت وبالتال-

.المحركاتن نحدد طريقة عمل الباص الهجين إما عن طريق الوقود أو من خالل المدخرة عن طريق دارة مؤلفة م-

حوي على عدة مسننات أو تروس تقوم بعملية التحويل بين النظامين بأمر من المتحكم المصغر كما تGEARيقوم بعملية التغيير بشكل أوتوماتيكي بما يتناسب مع سرعة المحرك.

امل تتكون دارة الكبح من وحدة الكبح التي تتحكم بعملية الكبح باإلضافة إلى دواسة الفرامل وحساس الفر ومحرك الكبح الذي يعطي أمر لألسطوانات المرتبطة بعجلة الباص بالضغط على العجلة بقوة تتناسب مع

.دواسة وحساس الفرامل

:ات الهجينةوهناك نوعان من الباص. أنماط عمل الباص الهجين والفرق بينه وبين الباص ذي االحتراق الداخلي( 8-14)يبين الشكل

د الذي يتم أن حركة الباص يمكن أن تتم إما عن طريق المحرك الكهربائي الذي يتم تغذيته من المدخرة أو من محرك الوقو حيث .تغذيته من قبل الوقود

نقوممتناوبجهدتوليدسيتموبالتاليمحورهإلىكهربائيمولدوصلطريقعنكهربائيةطاقةتوليدعلىالوقودمحركيعمل.الباصعملإلىييؤدبدورهوالذيالكهربائيالمحركتغذيالتيالمدخرةبشحنيقومالذيمبدلطريقعنمستمرإلىبتحويله

أنواع التهجين( 8-14)الشكل

.قةالدارات املستخدمة يف الباصات اهلجينة وهي تتبع النمط األول من أمناط التهجني املوضحة يف الفقرة الساب( 8-16)و( 8-15)يبني الشكالن

دارة التحكم للباص الهجين(: 8-16)الشكل دارة القدرة (: 8-15)الشكل

:مرحلتنيعلىالدارةهذهتستخدماليتاهلجينةالباصاتتعمل

اجلهدإىلتمراملساجلهدقلببعدوذلكاحملركوتغذياملدخرةعلىتعملالدارةهذهأنأيالكهربائيةاملرحلةوهي.الطورثالثياملتناوب

إىلالكهربائيمنالعملنظامينعكساملدخرةتنتهيعندماأنهحيثكهربائيةالنصفأواهلجينةاملرحلةوهيتشحنحىتخليالدااالحرتاقحمركحمورعلىموصولكهربائيمولدطريقعناملدخرةبشحنويقومالداخلياالحرتاقجنياهلللباصوالتحكمالقدرةدارةيوضحالتايلوالشكل.الكهربائيالنظامإىلالعملنظاميعوداملدخرة

دارة القدرة (: 8-15)الشكل

:جمموعةمنيتغذىالطورثالثيمتناوبتيارحمركعلىالدارةحتتوي

380.جبهدمدخرة- V DCDC\ACاجلهدقالبة- Inverterمتناوبجهدإىلاملستمراجلهدتبدلاليت.منتستخدمإقالعمقاومةامللفوفالدوارذيالتحريضياحملركدوارمعالتسلسلعلى-

عندقاومةاملأجزاءفصلأوبوصلالتحكميتمحيثبالسرعةوالتحكماإلقالعأجل.بالسرعةالتحكمحالةويفاإلقالع

.الزائدالتيارمناحلمايةأجلمنF1املنصهرةتستخدم--EB:فوفامللالدوارذياحملركلكبحيستخدمكهرومغناطيسيكابحعنعبارة.-INV:بالسرعةللتحكمتستخدممبدلةعنعبارة.-Oil Motor:كمادخرة،املغيتفر عندماالباصبقيادةيقومالداخلياالحرتاقحمرك

.Generatorاملتناوبالتيارمولدحموريقودأنه.مستمرتيارإىلاملتناوبالتيارتقوميطريقعناملدخرةبشحنيقوم:Generatorاملولد-

دارة القدرة (: 8-15)الشكل

دارة التحكم للباص الهجين(: 8-16)الشكل

ةاملفتوحمتاساتهبوصليقومالذيK1الكهرومغناطيسيالقاطعوشيعةتتهيجS1الكباسعلىالضغطعندالتحكميتم.امللفوفارالدو ذيالطورثالثيالتحريضياحملركإىلالتغذيةتوصيلأجلمنالقدرةدارةيفطبيعياً

عنالتغذيةبفصليقومكمااألمام،إىلالباصحتريكيتموبالتايلاحملركدوارمعاملوصولةاملقاومةطريقعنبالسرعةمقاومةقصرعلىتعملليتاR1,R2,R3,R4الزواجلإىلالتغذيةووصلK2الكهرومغناطيسيالقاطع.يدويبشكلاإلقالع

دارة التحكم للباص الهجين(: 8-16)الشكل

يقوم بفصل التغذية عن الذي K2الكهرومغناطيسيوشيعة القاطع تتهيج S2الكباسالضغط على عند فتوحة طبيعياً يف التغذية عن احملرك التحريضي ثالثي الطور ووصل متاساته املوفصل K1القاطع الكهرومغناطيسي

الـتخدم مث إىل احملرك ليتم حتريك الباص إىل اخللف ويسومن INVدارة القدرة ليقوم بوصل التغذية إىل مبدلة الرتددInverter أجل التحكم يف السرعةمن.

لكهربائي إىل اخنفاض شحن املدخرة ومن أجل عدم التوقف لشحنها يتم تبديل نظام عمل الباص من النظام اعند فيقوم Kmالكهرومغناطيسيالذي بدوره يهيج وشيعة القاطع S3نظام االحرتاق الداخلي عن طريق الضغط على الكباس

التغذية عن القواطع بفصل متاساته املغلقة طبيعياً يف دارة القدرة من أجل فصل التغذية عن احملرك كما يقوم بصل. Aيتم معرفة حالة املدخرة عن طريق مقياس األمبري،K1, K2الكهرومغناطيسية

تتهيج وشيعة القاطع وال K3الكهرومغناطيسيبوصل متاساته املفتوحة طبيعياً يف دارة القاطع يقوم Kmعندما تتهيج وشيعة القاطع الكهرومغناطيسي يقوم K3عندما تتهيج وشيعة القاطع الكهرومغناطيسي، Sالتبديلإال بعد حتويل نظام العمل إىل نظام االحرتاق الداخلي عن طريق مفتاح K3الكهرومغناطيسي

.بشحن املدخرةليقوم AC/DC Converter(املقوم)طريق املبدل عن Generatorاملولدبوصل متاساته املفتوحة طبيعياً يف دارة القدرة ليقوم بوصل خرج

من أجل فصل التغذية Kmاملوجود يف درة القاطع الكهرومغناطيسيResetالكباس يستخدم .ومبا أن املدخرة مشحونة فيمكن العودة إىل نظام العمل الكهربائي. عن املدخرة

ويقوم بوصل متاساته K4يتهيج القاطع الكهرومغناطيسي Breakالضغط على الكباسعند ليقوم بكبح EBطيسي املفتوحة طبيعياً يف دارة القدرة ليقوم بوصل التغذية إىل الكابح الكهرومغنا

ليقوم بفصل التغذية عن Kmاحملرك ووصل متاسه املفتوح طبيعياً يف دارة القاطع الكهرومغناطيسي بيعياً يف دارة القدرة احملرك التحريض ثالثي الطور ذي الدوار امللفوف عن طريق فتح متاسه املغلق ط

الذي T1الزاجل الزمينوبالتايل اخنفاض سرعة الباص ويقوم بوصل متاسه املفتوح طبيعياً يف دارة.بعد فرتة زمنيةEBبدوره يقوم بقطع التغذية عن الكابح الكهرومغناطيسي

الذي يقوم بوصل متاسه T0يف دارة القيادة يتهيج الزاجل الزمين Aالضغط على الكباس عند .عند اخنفاض السرعة أو التوقف( Flasher)من أجل وصل التغذية إىل ملبة اإلضاءة اخللفية

دارة التحكم للباص الهجين(: 8-16)الشكل