التحكم الكهربائي تحت جهد الإدخال خلال Buck-Type 3-1 MC

من أجل تحسين تشوه الإدخال الخاص بالتيار الكهربائي وتقلب الجهد والمشاكل الأخرى التي يسببها محول المصفوفة ثلاثي الطور إلى أحادي الطور (3-1 MC) وتحت جهد إدخال غير متوازن؛ فإنه يتم تحليل الخاصية التوافقية لتيار الإدخال (3-1 MC)، بحيث تم اقتراح استراتيجية تحكم تعتمد على تيار مستمر افتراضي باستخدام جهد تسلسل إيجابي للإدخال كمتجه مرجعي.

أهمية التحكم الكهربائي تحت جهد الإدخال خلال Buck-Type 3-1 MC

يمكن أن يوفر محول المصفوفة “ثلاثي الطور إلى أحادي الطور” (3-1 MC) محولاً مرناً متغير التردد الكهربائي لحمل أحادي الطور وله قابلية تطبيق مساعدة في مجالات نظام التدفئة الكهربائية على سبيل المثال، وإمدادات الطاقة المختلفة مثل النقل بالسكك الحديدية، ومع ذلك لا يحتوي النوع المباشر (3-1 MC) على رابط تخزين طاقة وسيط، كما ويكون جهد الخرج مباشرة من تركيب جهد الدخل.

وبالتالي، عندما يعرض جانب الإدخال لنظام القدرة الكهربائية عدم توازن في الجهد ثلاثي الأطوار بشكل عام؛ فإنه سيؤثر بشكل مباشر على جودة جهد الخرج (3-1 MC)، وفي نفس الوقت سيتم تشويه تيار الإدخال، مما يؤدي إلى انخفاض معامل القدرة الداخل والتسبب في تلوث توافقي لنظام الطاقة.

الدراسات التي ساهمت بالتحكم الكهربائي خلال (Buck-Type 3-1 MC)

لاحقاً بحثت الدراسات في طريقة التحكم في محولات المصفوفة ثلاثية الطور إلى ثلاثية الطور تحت جهد إدخال غير متوازن، حيث قامت إحدى الدراسات بحقن تسلسل سالب في متجه تعديل جهد الدخل وفرضت نسبة عمل المعدل الافتراضي لمكونات التسلسل الموجب والسالب، بحيث يتم تحديد دورة عمل ارتباط التصحيح الافتراضي، ولكن متطلبات الوقت الحقيقي والمزامنة لحساب التسلسل الموجب والسالب مرتفعة مع وجود صعوبات وأخطاء كبيرة.

كذلك اعتمدت دراسة أخرى على التعديل في الوقت الحقيقي لناقل المدخلات، بحيث تتحسن جودة شكل موجة جهد الخرج في ظل ظروف الإدخال غير المتوازنة لأن النظام يتطلب الكشف في الوقت الفعلي عن سعة ناقل جهد الدخل وزاوية عامل القدرة، وذلك بكمية محسوبة كبيرة، وبالنهاية اعتمدت دراستان أخريان  على التعويض الأمامي لتعديل التحكم.

التحكم في فصل الطاقة مع الحث الكهربائي خلال 3-1 MC

في الشكل التالي (1) يمرر الحمل الكهربائي أحادي الطور المرشح (LOCO) إلى جانب الخرج من (3-1 MC)، كما يتم استخدام الحث الكهربائي (LC) كمرحلة فصل الطاقة النبضية، والتي تحقق التعويض الكامل لقدرة نبض الطور الناتج من خلال التحكم في التعديل.

أيضاً؛ فإنه يتم ضبط جهد الخرج على [uo = 2 – √Uosin (ωot)]، كما ويتم ضبط تيار الخرج على [(io = 2 – √Iosin (ωot − φo)]، حيث أن (ωo) هو التردد الزاوي الناتج و (o) هي زاوية مقاومة الحمل، كذلك طاقة الخرج لـ (3–1 MC) هي:

تحتوي طاقة الخرج على ضعف تردد الخرج للطاقة النابضة، ولتحليل علاقة التعويض للفصل بالنسبة إلى القدرة النبضية؛ فإنها تكافئ طوبولوجيا الشكل السابق (1)، وذلك من حيث ارتباط التصحيح الافتراضي (CSR) ووصلة العاكس الافتراضي (VSI) الموضح في الشكل التالي (2)، حيث أن خط التوصيل للجزئيين هو ناقل (DC) الظاهري، كذلك (udc) هو جهد ناقل (DC) الافتراضي و (idc) هو تيار ناقل (DC) الافتراضي.

في الشكل السابق (2)، هناك جزء (CSR) يكافئ مقوم جسر ثلاثي الطور و (udc) ثابت تقريباً، وللحفاظ على طاقة إدخال ثابتة؛ فإنه يجب أن تكون (idc) ثابتة، كذلك تكون وظيفة التعديل بين (idc) والمحث (LC) على النحو [fc = hc⋅sin (wot + c)]، حيث (hc) هي نسبة التعديل و (c) هي زاوية التحكم في مرحلة الفصل، كما أن العلاقة بين تدفق ناقل التيار المستمر لتعويض تيار الحث (idc − LC) والتيار الحثي (iLC) تكون:

تحليل تيار الإدخال الكهربائي وحالة جهد الإدخال غير المتوازن

عندما يكون جهد الدخل غير متوازن؛ يكون جهد الدخل لـ (3–1 MC) مكافئاً لمكونات جهد التسلسل الموجب والتسلسل السلبي، وعلى وجه الخصوص (u¯i = uipejωit + uine − jωit)، بحيث يمكن التعبير عن نفس جهد الخرج كـ (u¯o = uopejωot + uone − jωot)، كما ويمكن التعبير عن تيار الخرج كـ (i¯o = iopejωot + ione − jωot) وتجاهل فقدان جهاز التبديل وعوامل أخرى، ووفقاً للعلاقة بين توازن طاقة الإدخال والإخراج؛ يكون متجه تيار الإدخال (ψ¯ = u¯ie − jφ) وتيار الإدخال هو:

حيث تشير العلامة (*) الى مرافق المتجه المقابل، وبالنظر إلى نظام خرج الطاقة أحادي الطور؛ فإن تيار الإدخال هو:

نمذجة العاكس الكهربائي من النوع 3-1 MC

بالإشارة الى المدخلات والمخرجات من (3-1 MC)؛ فإنها تعتبر بمثابة تدفق حركي للطاقة، ونظرًاً لإضافة محث التعويض لفصل الطاقة؛ تمت إضافة عوامل متغيرة الوقت وغير خطية في نموذج محول المصفوفة التقليدي، لذلك يُشتق نموذج الإشارة الصغيرة بناءً على إنشاء نموذج إشارة متوسط (3-1 MC)، والذي يحتوي على وحدة فصل عن طريق فصل الاضطراب، كما تم تعديل النموذج لتصميم استراتيجية التحكم في الحلقة المغلقة، وبالتالي تلبية متطلبات أداء المحول الكهربائي.

أما بالنسبة الى نمذجة متوسط إشارة (3-1 MC)؛ فإنه يتم دمج النموذج الرياضي (CSR) مع طوبولوجيا فصل الطاقة (3-1 MC) من خلال دارة مكافئة (AC-DC-AC) وباستخدام طريقة نموذج التبديل المتوسط، بحيث يمكن التعبير عن النموذج كـ:

وبالإشارة الى نمذجة الإشارات الصغيرة من (3-1 MC)؛ فإنه يجب بناء نموذج الإشارة الصغيرة لمتوسط اضطراب الفصل المتغير للحصول على النموذج الخطي من (3-1 MC)، بحيث يتم تنفيذ هذا النهج عن طريق تجاهل الاضطراب الكمي ومكوِّن الإشارة الصغيرة عالي الرتبة للتخلص من متغيرات الوقت والنظر فقط في الاضطراب من جانب الإخراج في ظل ظروف الحمل وتغييرات مصدر الإدخال.

وفي نهاية هذا الطرح؛ تمت دراسة استراتيجية التحكم (3–1 MC) في جهد الدخل غير المتوازن، بحيث يتم استخدام الحث كوحدة فصل الطاقة ويتم استنتاج العلاقة بين طور الإخراج ووظيفة تعديل طور فصل الطاقة، واستناداً إلى تحليل التوافقيات الحالية للإدخال تحت جهد إدخال غير متوازن وإنشاء نموذج رياضي (3-1 MC)، بحيث تم اقتراح استراتيجية تحكم مزدوجة الحلقة المغلقة تعتمد على تيار مستمر افتراضي.

كما تجمع هذه الاستراتيجية بين مكون التسلسل الإيجابي لجهد الدخل كمدخل المرجع الحالي ونسبة التعديل الديناميكي، كذلك النتائج التجريبية تتحقق من فعالية استراتيجية التحكم من خلال:

• يمكن لاستراتيجية التحكم المقترحة أن تقلل بشكل فعال من المحتوى التوافقي الحالي للإدخال مع ضمان استقرار جهد الخرج، كما أنها سهلة التنفيذ في النظام الفعلي.، بحيث يتناقص التوافقي الثالث بنسبة (90٪) تقريبًا مقارنة باستراتيجية التحكم التقليدية، كما ويكون التناظر الحالي ثلاثي الأطوار للإدخال أفضل من معدل التعديل الديناميكي المعتمد فقط.

• بالمقارنة مع استراتيجية التحكم التقليدية، يمكن لاستراتيجية التحكم المقترحة أن تحسن بشكل فعال تذبذب جهد الخرج وتعزز جودة مصدر الطاقة ولها قيمة مرجعية للتطبيق العملي لـ (3-1 MC).