يُذكركم موردو أجهزة تغذية راجعة للطاقة لمحولات التردد بأنه يُستخدم حاليًا على نطاق واسع نظام كبح استهلاك الطاقة البسيط في أنظمة التحكم في سرعة تحويل التردد المتردد، والذي ينطوي على عيوب مثل هدر الطاقة الكهربائية، وارتفاع درجة الحرارة المقاومة، وضعف أداء الكبح السريع. عند كبح المحركات غير المتزامنة بشكل متكرر، يُعد استخدام نظام كبح التغذية الراجعة طريقة فعالة للغاية لتوفير الطاقة، ويجنب الضرر بالبيئة والمعدات أثناء الكبح. وقد تحققت نتائج مُرضية في صناعات مثل القاطرات الكهربائية واستخراج النفط. ومع الظهور المستمر لأجهزة إلكترونية جديدة للطاقة، وزيادة فعالية التكلفة، ووعي الناس بأهمية الحفاظ على الطاقة وخفض الاستهلاك، تتوافر مجموعة واسعة من التطبيقات.
مبدأ الكبح بالتغذية الراجعة
في نظام تنظيم سرعة التردد المتغير، يتم إبطاء المحرك وإيقافه تدريجيًا عن طريق خفض التردد. عند انخفاض التردد، تنخفض السرعة المتزامنة للمحرك تبعًا لذلك. ومع ذلك، وبسبب القصور الذاتي الميكانيكي، تبقى سرعة دوار المحرك ثابتة، ويحدث تغيير في سرعته بفارق زمني معين. عند هذه النقطة، تكون السرعة الفعلية أكبر من السرعة المحددة، مما يؤدي إلى أن تكون القوة الدافعة الكهربائية العكسية e للمحرك أعلى من جهد الطرف المستمر u لمحول التردد، أي e>u. عند هذه النقطة، يصبح المحرك الكهربائي مولدًا كهربائيًا، لا يحتاج إلى مصدر طاقة من الشبكة فحسب، بل يمكنه أيضًا إرسال الكهرباء إليها. هذا لا يقتصر على تأثير كبح جيد فحسب، بل يحول أيضًا الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية، والتي يمكن إرسالها إلى الشبكة لاستعادتها، مما يحقق هدفين. بالطبع، يتطلب تحقيق ذلك وجود وحدة جهاز تغذية راجعة للطاقة للتحكم الآلي. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تتضمن دائرة تغذية الطاقة أيضًا مفاعلات التيار المتردد والتيار المستمر، وممتصات السعة المقاومة، والمفاتيح الإلكترونية، وما إلى ذلك.
كما هو معروف، فإن دائرة مقوم الجسر في محولات التردد العامة ثلاثية الطور غير قابلة للتحكم، وبالتالي لا يمكنها تحقيق نقل الطاقة ثنائي الاتجاه بين دائرة التيار المستمر ومصدر الطاقة. إن الطريقة الأكثر فعالية لحل هذه المشكلة هي استخدام تقنية العاكس النشط، حيث يعتمد جزء المقوم على مقوم عكسي، يُعرف أيضًا باسم محول جانب الشبكة. بالتحكم في عاكس جانب الشبكة، تُحوّل الطاقة الكهربائية المتجددة إلى طاقة تيار متردد بنفس التردد والطور والتردد الخاص بالشبكة، وتُعاد إلى الشبكة لتحقيق الكبح. في السابق، كانت وحدات العاكس النشط تستخدم بشكل رئيسي دوائر الثايرستور، والتي لا يمكنها إجراء عملية تغذية راجعة بأمان إلا في ظل جهد شبكة مستقر غير معرض للأعطال (بتقلبات جهد الشبكة لا تتجاوز 10%). لا يمكن لهذا النوع من الدوائر إجراء عملية تغذية راجعة بأمان إلا في ظل جهد شبكة مستقر غير معرض للأعطال (بتقلبات جهد الشبكة لا تتجاوز 10%). لأنه أثناء عملية كبح توليد الطاقة، إذا تجاوز زمن كبح جهد الشبكة 2 مللي ثانية، فقد يحدث عطل في عملية التبديل وقد تتلف المكونات. بالإضافة إلى ذلك، تتميز هذه الطريقة، أثناء التحكم العميق، بانخفاض معامل القدرة، وارتفاع محتوى التوافقيات، وتداخل التبديل، مما يؤدي إلى تشوه شكل موجة جهد الشبكة. في الوقت نفسه، يصعب التحكم في التعقيد والتكلفة العالية. مع التطبيق العملي للأجهزة ذات التحكم الكامل، طُوِّرت محولات عكسية مُتحكم بها بواسطة المروحية باستخدام تحكم PWM. وبهذه الطريقة، يتطابق هيكل عاكس الشبكة تمامًا مع هيكل العاكس، وكلاهما يستخدم تحكم PWM.
من التحليل السابق، يتضح أن تحقيق كبح التغذية الراجعة للطاقة في العاكس يكمن في التحكم به. يركز النص التالي على خوارزمية التحكم في العاكس باستخدام أجهزة تحكم كاملة وطريقة تحكم PWM.
خصائص الكبح بالتغذية الراجعة
بالمعنى الدقيق للكلمة، لا يمكن وصف عاكس التيار المتردد (الشبكة) بأنه "مقوم" فحسب، إذ يمكنه العمل كمقوم وعاكس في آنٍ واحد. بفضل استخدام أجهزة إيقاف التشغيل الذاتي، يمكن التحكم في شدة وطور تيار التيار المتردد من خلال وضع تعديل عرض النبضة (PWM) المناسب، مما يجعل تيار الدخل يقترب من موجة جيبية، ويضمن أن يكون معامل قدرة النظام قريبًا من 1 دائمًا. عندما تزيد الطاقة المتجددة المُعادة من العاكس، عن طريق كبح تباطؤ المحرك، من جهد التيار المستمر، يمكن عكس طور تيار الدخل المتردد عن طور جهد مصدر الطاقة لتحقيق عملية تجديدية، ويمكن تغذية الطاقة المتجددة إلى شبكة التيار المتردد، مع بقاء جهد التيار المستمر عند القيمة المحددة. في هذه الحالة، يعمل عاكس التيار المتردد في حالة نشطة، مما يُسهّل تحقيق تدفق طاقة ثنائي الاتجاه، ويتمتع بسرعة استجابة ديناميكية عالية. في الوقت نفسه، يُمكّن هذا الهيكل الطوبولوجي النظام من التحكم الكامل في تبادل الطاقة التفاعلية والنشطة بين جانبي التيار المتردد والتيار المستمر، بكفاءة تصل إلى 97% وفوائد اقتصادية كبيرة. يُمثل فقدان الحرارة 1% من استهلاك الطاقة عند الكبح، ولا يُلوث شبكة الكهرباء. يبلغ معامل القدرة حوالي 1، وهو صديق للبيئة. لذلك، يُمكن استخدام الكبح المُرتد على نطاق واسع في عمليات توفير الطاقة في سيناريوهات الكبح المُرتد للطاقة لنقل التيار المتردد بتقنية تعديل عرض النبضة (PWM)، وخاصةً في الحالات التي تتطلب الكبح المتكرر. كما أن قوة المحرك الكهربائي عالية، وتأثير توفير الطاقة كبير. ويبلغ متوسط تأثير توفير الطاقة حوالي 20%، حسب ظروف التشغيل.