تصحيح معامل القدرة لنظام الدفع بالمحرك التعريفي

أهمية تصحيح معامل القدرة لنظام الدفع بالمحرك التعريفي

تُستخدم منظمات جهد التيار المتردد، والتي تسمى أيضاً وحدات تحكم جهد التيار المتردد في العديد من التطبيقات التي تتطلب جهد تيار متردد منظم، كما يعد التحكم في الإضاءة باستخدام دوائر باهتة والتدفئة المنزلية والصناعية والتحكم في السرعة الابتدائية للمحركات الحثية أمثلة على مثل هذه التطبيقات.

كما يتم تقديم طوبولوجيا مختلفة مع طرق تحكم مختلفة لهذه المنظمين في تطبيقات أحادية الطور وأيضاً في تطبيقات ثلاثية الطور، كما أن الغرض من وحدة التحكم في جهد التيار المتردد هو تغيير قيمة جذر متوسط ​​التربيع (RMS) لإخراجها المطبق على دائرة الحمل.

بحيث يتم تقديم ثلاث طرق للمراقبة لتحقيق هذا الهدف، حيث أن طريقة التشغيل أو الإيقاف، هي طريقة زاوية الطور (PA) وطريقة تعديل “عرض النبضة” (PWM)، كما يمكن تنفيذ جميع طرق التحكم الثلاثة في كل من التطبيقات أحادية الطور وثلاثية الطور.

وفي طريقة التحكم في التشغيل أو الإيقاف؛ فإنه يتم استخدام مقومات خاصة يتم التحكم فيها “بالسيليكون”، وتكون كمفاتيح قدرة كهربائية، وذلك لتوصيل وفصل دائرة الحمل من والى مصدر جهد التيار المتردد بشكل مستمر، كما يحدث الاتصال لبضع “دورات متكاملة” وانفصال للدورات القليلة التالية لجهد التغذية، أيضاً يتحكم ضبط عدد الدورات المنفذة والمتقطعة في مقدار (RMS) لجهد الخرج،

وفي طريقة التشغيل والإيقاف؛ فإنه يتم تقليل التوافقيات المولدة من خلال إجراءات التبديل حيث يتم تشغيل المقومات التي يتم التحكم فيها بواسطة (SCRs) بجهد صفر وإيقاف تشغيلها عند صفر تيار، ومع ذلك، يمكن إنتاج مكونات غير متناسقة فرعية غير مرغوب فيها، بحيث تقتصر تطبيقات هذه الطريقة على أنظمة التحكم في التدفئة ودرجة الحرارة بسبب انقطاع مصدر الطاقة عند مستويات الطلب المنخفضة.

طريقة تنظيم التيار المتردد من خلال زوايا الطور

في طريقة التحكم (PA)؛ فإنه يتم تنظيم خرج وحدة التحكم في جهد التيار المتردد عن طريق ضبط زوايا إطلاق النار في (SCR)، بحيث تتكون دائرة الطاقة لمنظم أحادي الطور مع طريقة التحكم في (PA) بشكل عام من اثنين من الثايرستور، بحيث يتم ربطهما من الخلف إلى الخلف بين مصدر التيار المتردد ودائرة الحمل، بينما يتكون المنظم ثلاثي الطور من ثلاثة أزواج من SCR.

كما يتم تقديم البداية الناعمة للمحرك التعريفي (IM) الذي يتم تغذيته من منظم الجهد الثايرستوري، أيضاً يتم استخدام التقنيات الاصطناعية لضبط جهد المحرك عن طريق تغيير زوايا إطلاق الثايرستور في لحظة تشغيل معينة لأوامر السرعة وعزم الدوران.

حيث تم تقديم تقنية منحدر الجهد لبدء تشغيل “محرك التيار المتردد” يزداد الجهد الكهربائي، وفي تقنية المنحدرات تدريجياً عن طريق ضبط زوايا إطلاق (SCR) أثناء بدء تشغيل المحرك، كما يتم تقديم نهج التحكم في “تيار الحلقة” المغلقة الذي يحدد زوايا إطلاق الثايرستور المطلوبة للحفاظ على تيار المحرك عند البدء الفوري ضمن قيمة حدية.

وفي هذه الأساليب؛ فإنه يتم الحصول على بدء التشغيل السلس لـ (IM)، ومع ذلك هناك حاجة إلى العديد من أجهزة الاستشعار ودوائر الكشف عن التقاطع الصفري (ZCD) مما يجعل وحدات التحكم هذه معقدة ومكلفة، بالإضافة إلى ذلك يوفر جهاز التحكم بجهد التيار المتردد الثايرستور توافقيات كبيرة وعامل طاقة إدخال منخفض (PF) حتى لو كان الحمل مقاوماً خالصاً.

كما تتيح التطورات الأخيرة في مفاتيح تبديل أشباه الموصلات إمكانية استبدال (SCR) بمفاتيح تبديل أشباه موصلات الطاقة الحديثة مثل (MOSFETs) و (IGBTs)، وذلك باستخدام طريقة التحكم (PWM) مع مفاتيح الطاقة الحديثة، بحيث يمكن تحسين أداء منظمات جهد التيار المتردد من حيث التوافقيات وحجم المرشح ومدخل (PF) ونطاق التحكم في الجهد الكهربائي.

كذلك يتم تقديم التحكم في سرعة تغذية (IM) ثنائية الطور من مفرزة (PWM AC) أحادية الطور، كما أن المراوح لديها دائرة كهربائية تتكون من أربعة مفاتيح (IGBT)، يتم التحكم في قيمة (RMS) لجهد المحرك عن طريق تغيير نسبة تشغيل المروحة (IGBT)، ومن ثم يتم ضبط سرعة المحرك، بحيث تعمل هذه المروحة في وضع عكسي.

لذلك يمكن تحسين أداء مفرمة التيار المتردد أحادية الطور باستخدام تقنيات إزالة “الجهد التوافقي”، كما يتم تقديم نهج باستخدام خوارزمية رياضية خاصة، حيث يتم تقديم طريقة إزاحة الطور لتعزيز مدخلات (PF) لمروحة التيار المتردد أحادية الطور (PWM)، بحيث يتم تحقيق تحويل طور جهد الخرج باستخدام تعديل عرض النبضة غير المتماثل (APWM) كاستراتيجية تحكم.

كما تم عرض مقارنة الأداء بين تقنيات (PWM) التقليدية والمتناظرة وغير المتكافئة، ومع ذلك؛ فإن طريقة تحويل الطور تقلل من نطاق التحكم في جهد خرج المروحة، حيث تم اختيار القيم المثلى لمعاملات مفرزة التيار المتردد أحادية الطور (PWM)، وذلك لتحقيق وحدة (PF).

كما بدأ تقديم تقنية التحكم في زاوية الانقراض لتحسين (PF) لوحدة تحكم جهد التيار المتردد أحادية الطور التي تغذي (IM)، بحيث يتم تقديم طوبولوجيا مختلفة لمروحية التيار المتردد ثلاثية الطور (PWM) في تطبيقات مختلفة، وهناك المروحية ثلاثية الطور (PWM AC)، وفيها ثمانية (IGBTs)، بحيث تغذي (IM).

غالباً ما يتم تقديم تكوين للمراوح ثلاثية الطور مع ستة (IGBTs) لبدء التشغيل الناعم لثلاث مراحل (IM) بينما يتم تقديم تكوين رباعي (IGBT)، ومع ذلك؛ فإن هذه التكوينات لها (PF) منخفضة، بحيث يتم تقديم طريقة لتحديد عامل (PF) التشغيلي للوحدة (IM) ثلاثية الطور باستخدام التيار المقاس فقط وبيانات الشركة المصنعة للمحرك.

كما تم اقتراح وحدة تحكم جديدة معدلة عرض النبضة (APWM) لمروحة التيار المتردد التي تغذي محرك (IM) ثلاثي الأطوار، بحيث يتم استخدام نهج التحكم في تيار نطاق التخلفية (HBCC) للتحكم في تبديل المروحة ثلاثية الطور التي تغذي حمل التيار المتردد ثلاثي الأطوار.

الاستراتيجيات المتطورة للتحكم بنظام الدفع بالمحرك التعريفي

تم اقتراح استراتيجية تحكم جديدة لـ (PFC) لمروحة (PWM AC) ثلاثية الطور باستخدام تقنية (HBCC)، والتي تغذي قفص السنجاب ثلاثي الطور (IM)، وذلك مع أوضاع تشغيل سهلة لبدء التشغيل والتحكم في السرعة، حيث أن دائرة الطاقة لاستراتيجية التحكم المقترحة بسيطة وموثوقة وكفاءة عالية ومنخفضة التكلفة لأنها قللت من عدد مفاتيح أشباه موصلات القدرة.

كذلك تتكون مفرزة (PWM AC) من ثلاث مراحل من أربعة (IGBTs)، بحيث تم تحقيق استراتيجية جديدة للتحكم في الحلقة المغلقة، والتي تستخدم نبضتين بوابة فقط لدفع الأربعة (IGBTs)، كما تشتمل استراتيجية التحكم المقترحة على ثلاثة أهداف تحكم رئيسية، وهي البداية الناعمة والتحكم في السرعة ومدخلات (PFC)، والتي يتم تحقيقها عن طريق ضبط قيمة (RMS) لجهد الدخل الذي يغذي أطراف (IM).

وأخيراً يتم التحقيق في استراتيجية التحكم المقترحة وتحليلها والحصول على نتائج “المحاكاة” في ظل ظروف اختبار مختلفة ومتعددة، وذلك لتنفيذ نموذج أولي للمختبر بناءً على استراتيجية التحكم المقترحة لكي يتكون الإعداد التجريبي من قفص سنجاب بقوة (1.5) حصان مقترن ميكانيكياً بمولد تيار مستمر لغرض التحميل ومروحة تيار متردد بأربعة مفاتيح ولوحة تحكم (DSP DS-1104).