يُذكر مُورِّدو أجهزة تغذية الطاقة العاكسة بأنه مع التطور المُستمر للعلوم والتكنولوجيا، ازداد الاهتمام بترشيد الطاقة الكهربائية. وتُظهر نقاط الضعف في محركات التيار المستمر التقليدية تدريجيًا عدم قدرتها على تلبية متطلبات العصر. ويُقيِّد المُبدِّل صيانة محركات التيار المستمر واستخدامها. لذا، بدأ الناس بدراسة تطبيقات تقنية تنظيم سرعة التيار المتردد، ولم يُستبدل تنظيم سرعة التيار المستمر بأداء تنظيم سرعة التيار المتردد إلا في سبعينيات القرن الماضي مع التطور السريع للتكنولوجيا الإلكترونية، وخاصةً تكنولوجيا التحكم وتكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة. ونتيجةً لذلك، ظهرت مُحوِّلات التردد.
1. فيما يتعلق بمحول التردد
كانت الوظيفة الأولية لمحوّلات التردد هي تنظيم السرعة، ولكن مع تطور التكنولوجيا، يركز تطبيقها الحالي في الصين بشكل رئيسي على توفير الطاقة، مع التركيز على دورها في توفير الطاقة في المجال الكهربائي. تعاني بلادنا من نقص في الطاقة، وبسبب التحديات التكنولوجية، فإن معدل استخدامها منخفض. وتُعدّ الكهرباء، خاصةً كمصدر للطاقة النظيفة، نادرة للغاية. في ظل الاستهلاك الهائل للكهرباء، لا تُمثّل الطاقة الموفرة للطاقة سوى جزء صغير من إجمالي استهلاك الطاقة. ومع ذلك، يوجد في الصين عدد كبير من المحركات ذات إمكانات توفير الطاقة، وتطبيقات توفير الطاقة لها آفاق واسعة، وهي اتجاه ضروري للغاية، مما يعزز أيضًا تطوير تقنية التردد المتغير إلى حد ما.
2. فيما يتعلق بالتوافقيات
تُعدّ موجات التردد أكبر مشكلة تواجهها مُحوّلات التردد. وقد مكّن تطور التكنولوجيا الإلكترونية مُحوّلات التردد العامة من تحقيق وظائف الترشيح من خلال تصميم برمجيات وأجهزة مُلائم. بعد المعالجة، يُمكنها منع وتصفية الغالبية العظمى من التوافقيات عالية الرتبة بفعالية، مما يضمن توافق المنتجات الكهربائية مع التوافق الكهرومغناطيسي (EMC). ومع ذلك، فإن بعض الأجهزة الإلكترونية والأجهزة، وما إلى ذلك، قديمة نسبيًا لدى بعض الشركات، مما يجعلها حساسة بشكل خاص لبعض التوافقيات عالية الرتبة، ولا يمكنها العمل بشكل صحيح عند استخدامها مع مُحوّلات التردد. والسبب الرئيسي وراء ذلك هو أن المكونات غير الخطية لمُقوّم التردد وعاكسه تُسبب تغيرات في مصدر الطاقة، مما يؤدي إلى تداخل التوافقيات ويؤثر على تأثير تحويل التردد. يكمن الحل الرئيسي في استخدام كابلات مُغطاة للإخراج، ويمكن للتأريض أحادي الطرف منع التداخل بفعالية. يُمكن أن تُقلل إضافة مُرشّحات إلى أقسام الإدخال والإخراج بشكل كبير من سعة التوافقيات منخفضة الرتبة، وتُحقق تأثيرات توفير الطاقة من خلال تصفية التوافقيات. للتحكم في الإشارات، وخاصةً الإشارات التناظرية، تُستخدم عادةً أسلاكٌ مُجَدولةٌ مُغلَّفةٌ بزوجٍ مُجَدولٍ لتصميم تأريضٍ أحادي الطرف، مما يمنع التداخل الخارجي بفعالية. لطريقة التحكم SPWM المُستخدمة حاليًا في مُحوِّلات التردد تأثيرٌ إيجابيٌّ على تنظيم مُكوِّنات التوافقيات والتحكم في عوامل التشوه. لذلك، تُعاني مُحوِّلات التردد PWM من فارقٍ كبيرٍ في قدرتها على مُقاومة التداخل التوافقي مُقارنةً بمُحوِّلات التردد المُتحكِّمة SPWM.
3. استخدام محولات التردد في الإنتاج الصناعي
3.1 تطبيق محول التردد في أحمال مضخات الآلات والمعدات الصناعية
يعود استخدام محولات التردد على نطاق واسع في أحمال مضخات الآلات والمعدات الصناعية إلى تقنيتها المتطورة لتنظيم السرعة، حيث تستخدم ترددات الجزء الثابت للمحرك لتغيير سرعته وفقًا لذلك، مما يُحسّن ظروف تشغيل أحمال المضخات، ويزيد من قدرة المعدات الأصلية على تلبية متطلبات الإنتاج. في حال حدوث تغيير كبير في أحمال المعدات الميكانيكية والمضخات في الإنتاج الصناعي، فإن استخدام تقنية محول التردد للتحكم في خرج محول التردد يُمكّن حمل المضخة من تلبية شروط عملية الإنتاج، وتحقيق أفضل توفير للطاقة، وتحسين مستوى الإنتاج، وتسريع عملية الأتمتة الصناعية، وإطالة عمر المعدات، وتحسين جودة المنتج، وزيادة كفاءة الإنتاج، وتمكين الشركات من تحقيق منافع اقتصادية أعلى.
3.2 تطبيق محول التردد في حمل مروحة آلات الإنتاج الصناعي
تُستخدم المراوح بشكل أساسي في أنظمة التبريد، وأنظمة الغلايات، وأنظمة التجفيف، وأنظمة العادم في الإنتاج الصناعي. في عملية الإنتاج، نتحكم في عوامل مثل حجم الهواء ودرجة الحرارة التي تؤثر على الإنتاج من أجل تحقيق ظروف جيدة لتكنولوجيا الإنتاج وظروف العمل. في عملية التحكم السابقة، كانت الطريقة المستخدمة غالبًا هي ضبط درجة فتح وإغلاق مخرج الهواء والحاجز. عيب استخدام طريقة التحكم هذه هو أنه بغض النظر عن عملية الإنتاج وظروف العمل، تعمل المروحة دائمًا بسرعة ثابتة، مما لا يمكنه تلبية شروط عملية الإنتاج وظروف التشغيل بدقة، ويهدر الطاقة ويستهلك المعدات والمواد، ويقلل من أرباح الإنتاج، ويقصر عمر خدمة المعدات. على سبيل المثال، تستخدم مصانع الألياف الكيميائية ومصانع الصلب ومصانع الأسمنت وما إلى ذلك جميعها مراوح. إذا استخدمنا ضبط مخرج الهواء لتغيير حجم الهواء، فسيعمل المحرك دائمًا بأقصى حمل، ولكن يكون فتح مخمد الهواء بين 50٪ و80٪ فقط، وهو سلوك هدر. يتم استخدام تقنية محول التردد في تحميل المروحة، ويمكن لأدائها في تنظيم السرعة المتدرجة أن يوسع نطاق سرعة المروحة، ويجعلها أكثر موثوقية، ويسهل جدولتها، ويحقق ظروفًا عالية لعمليات الإنتاج وظروف العمل.
3.3 تطبيق محولات التردد في الحفاظ على الطاقة وخفض الاستهلاك
في الأماكن التي يكون فيها حمل المحرك ثابتًا، مثل مصانع النسيج والصلب، يعمل المحرك عادةً بقوة معينة، ويصعب استبدال أداء محول التردد بمعدات أخرى، مثل التسارع والتباطؤ السلس، والتحكم الدقيق في عزم الدوران، واستقرار التشغيل الجيد، مما يُتيح استخدامه بكفاءة. في هذه المصانع، لا تُوفر محولات التردد الطاقة فحسب، بل على العكس، نظرًا لارتفاع تكلفتها واستهلاكها للطاقة، يزداد سعر النظام بأكمله ويستهلك طاقة أكبر. على العكس، في تطبيقات مثل المراوح والمضخات، تتجلى خصائص توفير الطاقة وتقليل الاستهلاك بشكل كبير. في هذه التطبيقات، يتغير حمل التيار باستمرار. سيؤدي استخدام عدة محركات على التوازي إلى زيادة تكاليف المعدات بالتأكيد. كما أن استخدام طريقة تنظيم السرعة السابقة لا يُسهم في تحقيق هدف أتمتة الإنتاج. في هذه الحالة، أنتجت بعض الشركات المصنعة محولات تردد متخصصة لهذا التطبيق. لا يتميز هذا النوع من محولات التردد بخصائص تنظيم السرعة والتحكم عالي الدقة في عزم الدوران، لذا فإن تكلفة إنتاجه منخفضة جدًا.
4. اختيار محول التردد
بفضل تطور تكنولوجيا تحويل التردد، تتوافر حاليًا العديد من العلامات التجارية وأنواع محولات التردد في السوق. تشمل طرق التحكم الرئيسية: طريقة التحكم بالضغط المسطح، أي تقنية U/F=K؛ وطريقة التحكم المتجهي، والمعروفة أيضًا بتقنية VECTOR؛ وتقنية التحكم المباشر في عزم الدوران (DTC)، وغيرها. يمكن للشركات اختيار محولات التردد وفقًا لظروفها الفعلية لتلبية متطلبات التحكم في مختلف المعدات، وخاصةً عند استخدامها في المعدات الميكانيكية ذات أحمال عزم الدوران المتغيرة، مما يحقق توفيرًا أفضل للطاقة. عند اختيار سعة محولات التردد، يجب اختيارها علميًا بناءً على التيار الفعلي للحمل. كما يمكن اختيار محول تردد مزود بمعرف تكاملي تفاضلي وتفاضلي مدمج للتحكم في التكوين وفقًا للاحتياجات الفعلية. حاليًا، تحتوي العديد من محولات التردد في السوق على واجهات ناقل، وفي عملية الإنتاج، تعمل محولات التردد كعقدة في الشبكة للاتصال بأجهزة الاتصال الأخرى، مما يُحسّن الكفاءة ويوفر الطاقة بشكل فعال، ويعزز دقة التحكم وذكاءه. تُعدّ تقنية ناقل الحقل حاليًا تقنية أتمتة متقدمة تجمع بين تقنيات التحكم الحاسوبي والاتصالات ومبادئ التحكم الآلي. وبالتالي، يمكنها نقل إشارات متعددة الوظائف عبر زوج من الأسلاك، وتوفير الطاقة لأجهزة متعددة، مما يوفر الكهرباء والتكاليف.
حظيت خصائص توفير الطاقة لمحوّلات التردد باهتمام واسع النطاق، وطُبّقت في مجالات متنوعة. يُستخدم محوّل التردد في السوق بشكل رئيسي لتنظيم سرعة محركات التيار المتردد، وهو حاليًا الحل الأمثل والأكثر فعالية للتحكم في السرعة في مجال التطبيقات. والأهم من ذلك، أن لمحوّلات التردد تأثيرات موفرة للطاقة، ويُعدّ الحفاظ على الطاقة قضيةً يجب أخذها على محمل الجد في التطوير الصناعي واستهلاك الطاقة، وهو ضمانٌ ضروري لتحقيق التنمية المستدامة للمؤسسات. بفضل تأثيرها الموفر للطاقة وتقنية التحكم في السرعة، أصبحت محوّلات التردد من معدات الأتمتة الشائعة، وبالتالي شهدت تطورًا وتطبيقًا سريعًا. تُبشر آفاق مستقبل محوّلات التردد بآفاق واعدة للغاية، ويمكن تطبيقها في نطاق أوسع من المجالات، مما يلعب دورًا أكبر في تقليل استهلاك الطاقة وزيادة كفاءة المؤسسات. ويتمتع تطبيق محوّلات التردد بآفاق تطوير واسعة النطاق.