استراتيجية التحكم الكهربائي بالوضع المنزلق لمعدلات نوع T

تم اقتراح استراتيجية التحكم في الوضع المنزلق (SMC) مع موازنة جهد مكثف التيار المستمر لمعدلات ثلاثية المراحل من النوع (T)، بحيث تم تصميم استراتيجية (SMC) المقترحة في إطار (abc)، وذلك بدلاً من إطار (dq) في هذه الحالة، كما يتم التخلص من ضرورة التحولات الحالية ثلاثية الطور، بحيث يعتمد (SMC) المقترح على أخطاء تيارات الخط.

تحليل استراتيجية التحكم الكهربائي في الوضع المنزلق لمعدلات نوع T

تُستخدم مقومات التيار المتردد ثلاثية الطور على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الصناعية، وذلك نظراً لمزاياها مثل جهد وصلة التيار المستمر القابل للتحكم وتيارات الخط الجيبية ذات التشوه التوافقي الإجمالي المنخفض (THD) وعامل قدرة الوحدة. هناك نوعان من المقومات ونوع المصدر الحالي ونوع مصدر الجهد الكهربائي، بينما يستخدم مقوم نوع المصدر الحالي ثلاثي الطور من مستويين ستة مفاتيح أحادية الاتجاه.

كما يستخدم مقوم مصدر الجهد ثلاثي الطور من مستويين ستة مفاتيح ثنائية الاتجاه، ومع ذلك؛ فإن طوبولوجيا مقوم مصدر الجهد تحظى بشعبية كبيرة بسبب هيكلها البسيط وسهولة التحكم فيها، ومن أجل تحقيق التحكم في جهد التيار المستمر والتيارات الخطية الجيبية مع انخفاض (THD) وعامل قدرة الوحدة، بحيث يجب تشغيل المقومات ثنائية المستوى بترددات تحويل عالية.

ومع ذلك؛ فإن هذا من شأنه أن يزيد من الضوضاء الصوتية وخسائر التحويل، كما يمكن تقليل الضوضاء الصوتية على حساب زيادة حجم ووزن المكونات السلبية، ومن ناحية أخرى؛ فإن أداء المعدل ثنائي المستوى ليس جيداً في الفولتية المتوسطة والعالية.

وفي العقدين الماضيين؛ ظهرت محولات كهربائية متعددة المستويات كطوبولوجيا بديلة لاستخدامها في مستويات الجهد المتوسط والعالي، وذلك كما في حالة المحولات ذات المستويين، بحيث تعد المحولات متعددة المستويات القائمة على مصدر الجهد أكثر شيوعاً والتي يمكن تصنيفها على أنها مثبتة بنقطة محايدة (NPC) مكثف طيران (FC) وبشكل متتالي (H-) وهي جسر (CHB)، كذلك خلية (U) تكون (PUC) من نوع (T)  ونوع هجين.

طوبولوجيا التحكم الكهربائي متعددة المستويات بالمحولات من نوع T

من بين طوبولوجيا المحولات متعددة المستويات؛ فإن المحول من النوع (T) يستحق الاهتمام نظراً لمزاياه الهامة مثل خسائر التحويل المنخفضة وانخفاض عدد المكونات وتحسين الكفاءة وتقليل تعقيد التحكم، خاصةً إذا كانت الكفاءة والتكلفة مهمين؛ فإن المحول من النوع (T)، بحيث يعد اختياراً جيداً في تطبيقات الجهد المنخفض بدلاً من محول (NPC).

وأيضاً تكون طوبولوجيا المحول من النوع (T) قد قللت من عدد المكونات مقارنة بطوبولوجيا محول (NPC) ذي المستويات الثلاثة، وبمقارنة المحولات من النوع (NPC) و (T)، بحيث يمكن للمرء أن يرى أن كلا من المخططين يستخدمان أربعة مفاتيح في ساق محول واحدة، ومع ذلك وعلى عكس المحولات من النوع (T)؛ فإنها تحتاج محولات (NPC) إلى ثنائيات تثبيت إضافية لكل ساق محول.

كما يتحقق تثبيت النقطة المحايدة على الفولتية الموجبة أو السالبة للتيار المستمر من خلال الثنائيات المثبتة في محول (NPC)، وفي المحول من النوع (T)، كما يتم استخدام جهاز تبديل ثنائي الاتجاه نشط متصل بين نقطة المنتصف لكل ساق محول ونقطة المنتصف لسلسلة مكثفات متصلة بالتيار المستمر لتحقيق هذا الجهد الكهربائي.

مبدأ تشغيل المقوم الكهربائي من النوع T

يوضح الشكل التالي (1) مخطط الدائرة لمقوم من النوع (T) ثلاثي الطور ثلاثي المستويات والذي يتكون من أربعة مفاتيح لكل ساق، وعلى غرار المعدلات التقليدية ذات المستويين؛ يحقق المحث (L) المتصل بين الشبكة الكهربائية ونقطة المنتصف لكل مرحلة عملية تعزيز، بحيث يتم الإشارة إلى مقاومة المحرِّض بواسطة (R) ويتم تمثيل المكثفات بواسطة (C1 ، C2).

وبالنظر إلى مجموعة حالات التبديل؛ فإنه يمكن أن ينتج المعدل ثلاثة فولتيات قطبية مختلفة [(vkO (k = a ، b ، c)]، والتي توجد عندما تكون نقطة المنتصف لكل ساق متصلة بالإيجابية (P) والمحايدة (O) والسالبة (N) من نقاط، كما يوضح الجدول التالي حالات التشغيل وحالات التبديل ومستويات جهد القطب المتولد، وعند تشغيل المفتاحين (S1k ،S2k) وإيقاف تشغيل (S3k ، S4k)، بحيث يعمل المعدل في الحالة (P)، والتي تنتج جهد قطب يساوي (vkO = Vdc / 2).

ومن ناحية أخرى، عند تشغيل (S2k، S3k) وإيقاف تشغيل (S1k ،S4k) يعمل المقوم في حالة (O) لإنتاج جهد قطب يساوي (0) فولت، وأخيراً عند إيقاف تشغيل (S1k ، S2k) وتشغيل (S3k و S4k)، يكون المعدل في الحالة (N) التي تنتج جهد القطب (vkO = −Vdc / 2)، وبالتالي وباستخدام مجموعات تحويل مختلفة؛ فإنه يمكن إنتاج جهد خط إلى خط من خمسة مستويات (0، ± Vdc / 2 ،± Vdc).

تصميم استراتيجية التحكم الكهربائي بالمقومات من نوع (T)

بالنسبة الى التحكم في جهد الإخراج وتوليد الخط المرجعي الحالي؛ فإنه يتم التحكم في جهد خرج التيار المستمر بواسطة وحدة تحكم (PI)؛ فإنه من المعروف أن وحدات تحكم (PI) تقدم استجابة ديناميكية جيدة بالإضافة إلى عدم وجود خطأ ثابت في التحكم في كمية التيار المستمر، وفي هذه الدراسة تعالج وحدة التحكم (PI) خطأ جهد الخرج (Vdc − Vdc) وتنتج السعة المرجعية لتيارات الخط مثل:

حيث أن (V ∗ dc) هو مرجع لـ (Vdc ، Kp) وهو الكسب النسبي وكذلك (Ki) هو الكسب المتكامل. من أجل تحقيق عملية عامل قدرة الوحدة، لذلك يجب أن تكون تيارات الخط ثلاثية الطور الفعلية في طور مع الفولتية الشبكية المقابلة.

• موازنة الجهد الكهربائي (DC) المكثف: كما هو مذكور في القسم الأول؛ فإن موازنة جهد مكثف التيار المستمر أمر ضروري في المعدل ثلاثي المستويات من النوع (T)، كما وتجدر الإشارة إلى أن مطلب موازنة الجهد هذا ليس ضرورياً فقط للمعدلات من النوع (T)، ولكنه مطلوب أيضاً لطوبولوجيا المعدل متعدد المستويات الأخرى.

• التحكم في الخط الحالي باستخدام (SMC): في هذه الدراسة، كما يتم تحقيق التحكم الكهربائي في تيار الخط باستخدام التحكم في الوضع المنزلق، أما الآن يتم تحديد وظائف السطح المنزلق تحدد على النحو التالي:

إشارات التشكيل عبارة عن وظائف سطح منزلقة (a ، b ، c)، والتي تتم مقارنتها بإشارات الموجة الحاملة المثلثية المتغيرة المستوى لإنتاج إشارات تعديل عرض النبضة المطلوبة (PWM)، كما يحدث الوضع المنزلق إذا تم استيفاء شروط الوجود، وبشكل عام يتم اشتقاق شروط الوجود من وظيفة السطح المنزلق (σk) ومشتقاتها التي يجب أن تكون لها علامات معاكسة حول الخط المنزلق.

كما يتم تقديم نهج (SMC) للمعدلات ثلاثية الطور ثلاثية المستوى من النوع (T) مع التحكم في موازنة الجهد المكثف، بحيث تمت صياغة استراتيجية (SMC) المقترحة في إطار (abc)، وذلك بدلاً من إطار (dq)، حيث إن نتيجة تصميم استراتيجية التحكم الحالية في إطار (abc) تلغي التحولات الحالية ثلاثية الطور التي قد تكون مطلوبة إذا تم إجراء التصميم في إطار (dq).