أعطال الدائرة القصيرة في المحولات الكهربائية ثلاثية الطور

يكون العاكس المستقل ثلاثي الأطوار مطلوباً للحصول على خطأ ماس كهربائي من خلال القدرة على تحقيق استمرارية إمداد الطاقة، وبشكل عام يعمل العاكس في الوضع الذي يتم التحكم فيه حالياً في ظروف دائرة قصر متماثلة، ولكن سيظهر تحديد الجهد والتشوه التوافقي في ظل هذه الطريقة عند حدوث خطأ غير متماثل في الدائرة القصيرة.

تحليل الأعطال التي تسببها الدائرة القصيرة في المحولات الكهربائية

مع تطور التكنولوجيا الصناعية؛ يلعب العاكس المستقل ثلاثي المراحل دوراً أكثر وأكثر أهمية في التطبيقات المختلفة، مثل مزود الطاقة غير المنقطع (UPS) ونظام الطاقة الموزعة والشبكة الصغيرة وما إلى ذلك، والتي تتطلب أوامر عالية على كميات الطاقة واستمرارية وموثوقية إمدادات الطاقة، كما يجب أن يقوم العاكس بتزويد الحمل بشكل مستمر وثابت.

كما إنه مطلوب للتعامل مع الظروف غير الطبيعية ولديه القدرة على الحدوث من خلال الخطأ، في العديد من الظروف غير الطبيعية يكون خطأ ماس كهربائي هو الأكثر خطورة، كما يجب أن يكون تيار العطل محدوداً لتجنب إتلاف أجهزة أشباه موصلات الطاقة، وعادةً ما يوفر عاكس واحد أحمالاً متعددة، والتي قد تتضمن بعض الأحمال الحرجة، وبالنسبة لهذه الأحمال الحرجة؛ فإن هناك متطلبات موثوقية عالية وفقدان جهد الخرج غير مقبول.

وبالتالي؛ فإن الحماية الانتقائية ضرورية، كما ويجب أن يتمتع العاكس بالقدرة على تحقيق تجاوز الخطأ دون إيقاف التشغيل، وعندما يعاني أحد الأحمال من عطل ماس كهربائي؛ فإنه يجب اعتماد إستراتيجية تحكم مناسبة للتعاون مع أجهزة الحماية لمسح فرع الأعطال بسرعة، ثم استئناف إمداد الطاقة العادي بعد إزالة الخطأ، وبالتالي تم تحقيق الحماية الكهربائية الانتقائية.

دراسات التحقق من عملية حدوث الماس الكهربائي في المحولات

حققت العديد من المراجع في طريقة حدوث خطأ ماس كهربائي، وعادةً ما يتم اعتماد وحدة التحكم في الحلقة المزدوجة (حلقة الجهد الخارجي وحلقة تيار الحث الداخلي) في إطار مرجعي متزامن (إطار dq) وفي عاكس مستقل ثلاثي الطور، كما يعمل العاكس في وضع التحكم في الجهد (VCM) في الحالة العادية، وأثناء العمل في وضع التحكم الحالي (CCM) أثناء خطأ ماس كهربائي.

كما سيعود العاكس إلى (VCM) من (CCM) بعد إزالة العطل، كما يمكن ضمان تحديد التيار بواسطة كتلة تشبع حلقة الجهد الكهربائي، بحيث يمكن أن تعمل طريقة التحكم هذه بشكل جيد في خطأ ماس كهربائي متماثل ثلاثي الأطوار، ومع ذلك؛ فإن تحديد الجهد والتشويه التوافقي سيظهران تحت أخطاء غير متناظرة، ونتيجة لذلك لا يمكن التحكم في تيار الخرج كما هو متوقع، كما وقد تتلف أجهزة أشباه موصلات القدرة.

وبالتركيز على مشكلة الركوب عبر الخطأ في ظل حالة قصر الدائرة غير المتكافئة، توضح هذه الدراسة أولاً أهداف عملية تجاوز الخطأ، وهي:

• يجب أن يظل جهد الطور الصحي ثابتاً قبل الخطأ وبعده وتحت أحمال مختلفة.

• يجب أن يكون تيار طور العطل محدوداً، كما ويمكن التحكم فيه لبدء عمل أجهزة الحماية مثل القواطع لمسح فرع العطل.

استراتيجية اكتشاف التماس الكهربائي المقترحة للخطأ

هناك ثلاثة أنواع من الأخطاء غير المتماثلة في نظام إمداد الطاقة ثلاثي الطور، وهي خطأ من خط إلى أرض واحد وخطأ مزدوج من خط إلى أرض وخطأ من خط إلى آخر، أما بالنسبة لنظام ثلاثي الأطوار ثلاثي الأسلاك، لا يوجد طرف أرضي متصل بالأحمال الكهربائية، كذلك خطأ العزل على الأرض هو نوع آخر من الأخطاء، ولا يمكن لنظام التحكم في العاكس أن يساعد في إزالة الخطأ ولا يمكن أن يلعب دوراً في معالجة الخطأ في هذه الحالة، وهناك حاجة إلى أجهزة حماية التسرب للعمل.

وكما تم ذكره سابقاً؛ فإنه يجب تحديد أهداف عملية تجاوز الأخطاء بوضوح أولاً وخاصةً عندما يحدث خطأ ماس كهربائى غير متماثل، كما يجب أن يقتصر تيار طور العطل على حماية أجهزة أشباه موصلات الطاقة، ثم سيتم تشغيل أجهزة الحماية مثل القواطع لمسح فرع الخطأ، بحيث يمكن تحقيق الحماية الانتقائية، وفي غضون ذلك يجب توفير المرحلة الصحية بشكل مستمر وثابت، وبالتالي تتطلب هذه الأهداف أن يتم التحكم في المرحلة الصحية كمصدر للجهد بينما يجب التحكم في مرحلة الخطأ كمصدر حالي.

نموذج الدائرة الكهربائية: إذا حدث خطأ ماس كهربائى بين المرحلة (B) والمرحلة (C)؛ فإنها تظهر الدائرة المكافئة في الشكل التالي (1)، كما ويمكن تحليل الحالات الأخرى بطريقة مماثلة، كذلك تمثل (ua ،ub ،uc) جهد الذراع لكل مرحلة وتمثل (iLA ، iLB ،iLC) تيار المحرِّض لكل مرحلة، بحيث يمكن التعبير عن جهد الخرج والتيار، حيث أن (vAB ،vBC ،vCA ،iAB ،iBC ،iCA) هي متغيرات الإخراج من خط إلى خط، بينما (vA ،BB ،vC ،iOA ،iOB ،iOC) هي متغيرات الإخراج من الطور إلى المحايد.

استراتيجية حدوث الأعطال العابرة لحدود التيارات الكهربائية

استناداً إلى التحليل أعلاه، تم اقتراح استراتيجية حالية للحد من الأخطاء وخطأ في هذه الدراسة، بحيث يظهر مخطط التحكم في الحالة العادية، كما تم اعتماد حلقة جهد الخرج الخارجي وحلقة تيار الحث الداخلي في إطار (αβ) وهياكل التحكم لمحور (α) وهي نفسها، وعند حدوث عطل في الدائرة القصيرة في المرحلة الأولى.

كذلك بحيث لا تزال الحلقة المزدوجة معتمدة في المحور (α) لتزويد حمولة المرحلة الصحية، بينما يتم اعتماد التحكم المحدود الحالي في المحور لحماية أجهزة أشباه الموصلات الكهربائية من التلف وتحريك عمل أجهزة الحماية مثل القواطع لمسح فرع العطل، حيث تم اعتماد وحدة التحكم في العلاقات العامة للتخلص من خطأ الحالة المستقرة. تمت دراسة طريقة تصميم جهاز التحكم الخاص.

وأخيراً ومن أجل تحقيق تجاوز الخطأ في حالة قصر الدائرة غير المتماثل؛ فإنه يجب أن يكون تيار طور الخطأ محدوداً ويمكن التحكم فيه، بينما يجب أن يبقى جهد الخرج للمرحلة الصحية ثابتاً لتزويد الحمل بشكل مستمر وثابت، ولتحقيق هذا الهدف تم اقتراح استراتيجية حالية للحد من الأخطاء والخطأ في هذه المقالة لديه الميزات التالية:

• تم بناء وحدة التحكم في إطار (αβ)، كما تم تحقيق الحد الحالي في المحور، بينما لا يزال جهاز التحكم (α-) الخاص بالمحور يعمل في (VCM) وهيكل التحكم به بسيط للغاية.

• تم تحليل خصائص التيار الناتج في إطار (abc) بأحمال مختلفة بموجب هذه الطريقة المقترحة وتم تقييم التأثير على ركوب الأعطال الناجم عن الأحمال المختلفة، وعلى الرغم من أن تيار الخرج لطور الخطأ لا يمكن أن يقتصر على القيمة المحددة بشكل صارم؛ إلا أنه يختلف فقط في نطاق صغير ضمن منطقة التشغيل الآمنة كما أنه لا يزال من الممكن حماية أجهزة أشباه موصلات الطاقة بشكل فعال.

• لا تحد هذه الطريقة من تيار الخرج لمرحلة الخطأ فحسب؛ بل تضمن أيضاً أن المرحلة الصحية تعمل في (VCM)، كما ويمكن دائماً أن يبقى جهد الطور الصحي ثابتاً في عملية ركوب الأعطال بأكملها، وبالتالي لن يتأثر مصدر الطاقة لحمل الطور الصحي.