يذكرك مورد وحدة كبح محول التردد أن محولات التردد من النوع الحالي والنوع الجهدي تنتمي إلى محولات التردد AC-DC-AC، وتتكون من مقوم وعاكس.
لأن الأحمال عادةً ما تكون حثية، فلا بد من وجود نقل للقدرة التفاعلية بين مصادرها. لذلك، في وصلة التيار المستمر الوسيطة، هناك حاجة لمكونات لتخفيف القدرة التفاعلية.
إذا تم استخدام مكثف كبير لتخزين الطاقة التفاعلية، فإنه يشكل محول تردد من نوع مصدر الجهد؛ إذا تم استخدام مفاعل كبير لتخزين الطاقة التفاعلية، فإنه يشكل محول تردد من نوع مصدر التيار.
يكمن الفرق بين محولات التردد من نوع الجهد ومحولات التردد من نوع التيار فقط في شكل مرشح وصلة التيار المستمر الوسيط. ومع ذلك، يؤدي هذا إلى اختلافات كبيرة في الأداء بين نوعي محولات التردد، كما هو موضح في قائمة المقارنة التالية:
1. مكونات تخزين الطاقة: محول التردد من نوع الجهد - المكثف؛ نوع التيار - المفاعل.
٢. خصائص شكل موجة الخرج: شكل موجة الجهد عبارة عن موجة مستطيلة، وشكل موجة التيار عبارة عن موجة جيبية تقريبًا؛ يتميز محول التردد من نوع التيار بشكل موجة مستطيلة للتيار وشكل موجة جيبية تقريبية للجهد.
3. تشمل خصائص تكوين الدائرة مصدر طاقة تيار مستمر ثنائي التغذية الراجعة بالتوازي مع مكثف كبير السعة (مصدر جهد منخفض المقاومة) كنوع الجهد؛ مصدر طاقة تيار مستمر ثنائي التغذية الراجعة من النوع الحالي على التوالي مع محاثة كبيرة (مصدر تيار عالي المقاومة) يجعل من السهل على المحرك العمل في أربعة أرباع.
4. من حيث الخصائص، يولد نوع الجهد تيارًا زائدًا عندما يكون الحمل قصير الدائرة، ويمكن أيضًا تشغيل محركات الحلقة المفتوحة بثبات؛ يمكن لنوع التيار قمع التيار الزائد عندما يكون الحمل قصير الدائرة، ويلزم التحكم في ردود الفعل للتشغيل غير المستقر للمحرك.
تستخدم عاكسات مصدر التيار ثايرستورات مُبدَّلة طبيعيًا كمفاتيح طاقة، وتتميز بمحاثة تيار مستمر باهظة الثمن، وتُستخدم في تنظيم السرعة بتغذية مزدوجة. تتطلب هذه العاكسات دوائر تبديل بسرعات متزامنة زائدة، وأداءً ضعيفًا عند ترددات انزلاق منخفضة.
الخصائص الهيكلية لمحول التردد
سُميت وصلة التيار المستمر لمحول التردد من النوع الحالي نسبةً إلى استخدام المكونات الحثية، التي تتميز بقدرتها على التشغيل رباعي الأرباع، وتسهل أداء وظيفة كبح المحرك. أما عيبها، فهو أنها تتطلب تبديلًا قسريًا لجسر العاكس، وتركيبها المعقد، مما يُصعّب ضبطها. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لاستخدام تصحيح إزاحة الطور بالثايرستور في شبكة الطاقة، فإن توافقيات تيار الدخل كبيرة نسبيًا، مما يؤثر سلبًا على شبكة الطاقة عند زيادة السعة.
٢. سُمي مُحوّل التردد الجهدي بهذا الاسم نسبةً إلى استخدام المكونات السعوية في وصلة التيار المستمر. ومن خصائصه أنه لا يعمل في أربعة أرباع. عند كبح محرك الحمل، يلزم تركيب دائرة كبح منفصلة. وعند ارتفاع الطاقة، يلزم إضافة مُرشِّح موجة جيبية إلى المُخرَج.
٣. يستخدم محول التردد عالي التيار مكونات GTO أو SCR أو IGCT متصلة على التوالي لتحقيق تحويل تردد عالي الجهد مباشرةً، بجهد تيار يصل إلى ١٠ كيلو فولت. نظرًا لاستخدام المكونات الحثية في وصلة التيار المستمر، فإنه ليس حساسًا بما يكفي للتيار، مما يجعله أقل عرضة لأعطال التيار الزائد. يتميز العاكس أيضًا بموثوقية تشغيل عالية وأداء حماية جيد. يعتمد جانب الإدخال على تصحيح طور الثايرستور، وتكون توافقيات تيار الإدخال كبيرة نسبيًا. عند زيادة سعة محول التردد، يجب مراعاة تلوث شبكة الكهرباء والتداخل مع معدات الاتصالات الإلكترونية. تُعد دائرة معادلة الجهد والتخزين المؤقت معقدة تقنيًا ومكلفة. ونظرًا لكثرة المكونات وحجم الجهاز، يصعب ضبطه وصيانته نسبيًا. يعتمد جسر العاكس على التبديل القسري ويولد كمية كبيرة من الحرارة، مما يتطلب حل مشكلة تبديد الحرارة للمكونات. تكمن ميزته في قدرته على العمل في أربعة أرباع وكبح. تجدر الإشارة إلى أن هذا النوع من محولات التردد يتطلب تركيب مكثفات ذاتية الشفاء عالية الجهد على جانبي الإدخال والإخراج بسبب معامل القدرة المنخفض عند الإدخال والتوافقيات العالية عند الإدخال والإخراج.
4. يعتمد هيكل دائرة عاكس الجهد العالي على تقنية IGBT التسلسلية المباشرة، والمعروفة أيضًا باسم عاكس الجهد العالي التسلسلي المباشر. يستخدم هذا العاكس مكثفات عالية الجهد لترشيح وتخزين الطاقة في وصلة التيار المستمر، بجهد خرج يصل إلى 6 كيلو فولت. ميزته هي إمكانية استخدام أجهزة طاقة مقاومة لجهد أقل، وجميع محولات IGBT على ذراع الجسر التسلسلي تؤدي نفس الوظيفة، مما يتيح تصميمًا احتياطيًا متبادلًا أو زائدًا. أما عيبه فهو أن عدد المستويات منخفض نسبيًا، مستويان فقط، وجهد الخرج dV/dt كبير أيضًا، مما يتطلب استخدام محركات خاصة أو مرشحات موجة جيبية عالية الجهد، مما يزيد التكلفة بشكل كبير. لا يحتوي على وظيفة تشغيل رباعية الأرباع، ويتطلب تركيب وحدة كبح منفصلة أثناء الكبح. كما يحتاج هذا النوع من محولات التردد إلى حل مشكلة معادلة جهد الجهاز، والتي تتطلب عادةً تصميمًا خاصًا لدوائر القيادة ودوائر التخزين المؤقت. كما توجد متطلبات صارمة للغاية لتأخير دوائر قيادة IGBT. بمجرد أن تكون أوقات تشغيل وإيقاف تشغيل IGBT غير متسقة، أو تكون منحدرات الحواف الصاعدة والهابطة مختلفة للغاية، فسوف يتسبب ذلك في تلف أجهزة الطاقة.
هناك أنواع عديدة من محولات الجهد العالي، وتتنوع طرق تصنيفها. وفقًا لوجود تيار مستمر في الوصلة الوسيطة، يمكن تقسيمها إلى محولات تردد تيار متردد/تيار متردد ومحولات تردد تيار متردد-تيار مستمر-تيار متردد؛ ووفقًا لخصائص مكون التيار المستمر، يمكن تقسيمها إلى محولات تردد تيار وجهد.
محول التردد من النوع الحالي
سُمي هذا النظام نسبةً إلى استخدام المكونات الحثية في وصلة التيار المستمر لمحول التردد، ويتميز بقدرته على التشغيل رباعي الأرباع، ويمكنه بسهولة تحقيق وظيفة كبح المحرك. أما عيبه فهو أنه يتطلب تبديلًا قسريًا لجسر العاكس، كما أن هيكل الجهاز معقد، مما يُصعّب ضبطه. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لاستخدام تصحيح إزاحة الطور بالثايرستور في شبكة الطاقة، فإن توافقيات تيار الدخل كبيرة نسبيًا، مما يؤثر سلبًا على شبكة الطاقة عند زيادة السعة.
محول تردد من نوع الجهد
سُمي هذا المُحوّل تيمنًا باستخدام مُكونات سعوية في وصلة التيار المستمر لمُحوّل التردد، ويتميز بعدم قدرته على العمل في أربعة أرباع. عند الحاجة إلى كبح مُحرّك الحمل، يلزم تركيب دائرة كبح مُنفصلة. عند ارتفاع الطاقة، يلزم إضافة مُرشّح موجة جيبية إلى المُخرَج.
1. ما هو الفرق بين نوع الجهد ونوع التيار؟
يمكن تقسيم الدائرة الرئيسية لمحول التردد تقريبًا إلى فئتين: نوع الجهد هو محول تردد يحول التيار المستمر لمصدر الجهد إلى تيار متردد، ومرشح دائرة التيار المستمر هو مكثف؛ نوع التيار هو محول تردد يحول التيار المستمر لمصدر التيار إلى تيار متردد، ومرشح دائرة التيار المستمر هو محث.
2. لماذا يتغير الجهد والتيار في محول التردد بشكل متناسب؟
يتولد عزم دوران المحرك غير المتزامن من تفاعل التدفق المغناطيسي للمحرك مع التيار المار عبر الدوار. عند التردد المُصنّف، إذا كان الجهد ثابتًا مع انخفاض التردد فقط، فسيكون التدفق المغناطيسي كبيرًا جدًا، وستتشبع الدائرة المغناطيسية، وفي الحالات الشديدة، سيحترق المحرك. لذلك، يجب تغيير التردد والجهد بشكل متناسب، أي عند تغيير التردد، يجب التحكم في جهد خرج مُحوّل التردد للحفاظ على تدفق مغناطيسي مُحدد للمحرك وتجنب حدوث ظاهرتي ضعف المغناطيسية والتشبع المغناطيسي. تُستخدم طريقة التحكم هذه عادةً في مُحوّلات التردد الموفرة للطاقة في المراوح والمضخات.