ضرورة تعويض الطاقة التفاعلية باستخدام المحرك الكهربائي التعريفي

 

يشيع استخدام المحركات الكهربائية التعريفية في الصناعات لمختلف التطبيقات، كما تعمل هذه المحركات على عامل طاقة متأخر مما يسبب مشاكل في جودة الطاقة في (PCC)، وذلك لتعزيز جودة الطاقة في نظام الطاقة، كما تصر وكالات التوزيع الكهربائي على تشغيل عامل الطاقة العالي، بحيث يمكن تحقيق ذلك باستخدام المحولات القائمة على إلكترونيات القدرة.

 

كما توفر أجهزة أشباه الموصلات القوية و (DSC) عالي السرعة فرصة لتقنيات الدوائر المبتكرة التي تعمل على تحسين جودة الطاقة في نظام الطاقة؛ التنفيذ العملي للأجهزة ذات قدرة التحويل العالية مع تقنيات تعديل عرض النبضة المعدلة (PWM) ممكن مع (DSC) عالي السرعة.

 

في الصناعات حيث تكون معظم الأحمال استقرائية وغير خطية؛ تتطلب تعويضاً تفاعلياً للقدرة لتحسين معامل القدرة، كما تتوفر العديد من طوبولوجيا محرك (IM) في الدراسات التي يتم تشغيلها عند معامل قدرة الوحدة، كما أن الكتلة الأساسية لطوبولوجيا محرك الأقراص هذه هي مقوم جسر الصمام الثنائي متبوعًا بعاكس التبديل النشط. عيوب استخدام مقوم جسر الصمام الثنائي هي نقص قدرة الكبح المتجدد وتشوه خط الإدخال الحالي.

 

ولتحسين معامل القدرة مع هذا التكوين؛ فإنه يلزم وجود دارة حقن تيار إضافي، مما يزيد من التعقيد وتكلفة النظام، كما تم استبدال مقوم جسر الصمام الثنائي لاحقاً بالمفاتيح النشطة لتصحيح الواجهة الأمامية بتقنيات (PWM)، كما تتمثل ميزة استخدام هذا التكوين في تقليل (THD) الحالي لخط الإدخال.

 

ونظراً لأن المفاتيح ثنائية الاتجاه؛ فإنها تتمتع بقدرة كبح متجددة. ولكنه يتطلب (12) مفتاحاً نشطاً مع مكثف ارتباط  (DC)، وذلك كمصدر طبي لتحويل التيار المتردد (AC-DC-AC)، كما يتم بذل مزيد من الجهود للتخلص من مكثف وصلة التيار المستمر على حساب زيادة عدد المفاتيح النشطة التي تسمى محول المصفوفة.

 

كما يتم تحقيق تعويض (VAR) وتحسين (THD)، وذلك على حساب زيادة عدد المكونات مثل المفاتيح وأجهزة الاستشعار والمرشحات الضخمة إلخ، أيضاً يتم تضمين منطق التحكم المعقد، وفي العمل المقترح، كما يتم تحقيق تعويض (VAR) وتحسين عامل القدرة باستخدام تسعة مفاتيح (IM) مع منطق تحكم بسيط. بالمقارنة مع محول العودة إلى الخلف (AC-DC-AC) ذي (12) مفتاحاً.

 

فقد خفضت (NSC) عدد المفاتيح بنسبة (33٪) أدى انخفاض عدد المفاتيح ودائرة سائق البوابة إلى زيادة موثوقية النظام، كما يتم تنفيذ مخططات (PWM) البسيطة لمحول مصدر الجهد ثنائي المستوى مثل (PWM) الجيبي و(PWM) الجيبي مع الحقن التوافقي الثالث وتعديل متجه الفضاء، كما تم توضيح معايير التطبيق والأداء الحراري لـ (NSC) التي تعمل كأنماط (AC-AC) و (DC-AC).

 

ولإثبات أنه يمكن استخدام (NSC) بشكل واعد لتشغيل (AC-AC) تحت وضع التردد الكهربائي الثابت، كما يتم أيضاً توضيح حدود منطقة الخسارة المنخفضة حيث يمكن استخدام (NSC) بكفاءة، بحيث يتم توضيح التبديل الأمثل لـ (NSC) في وضع التردد المتغير مع تشغيل (SPWM).

 

آلية التحكم والتشغيل بـ (NSC)

 

(OF GATE SIGNAL – إشارة البوابة)، وذلك كما هو مبين في الشكل التالي (1)، كما يتم تغذية (IM)، والذي يحركه (NSC) من المنفعة من خلال المحاثة (Ls)، كما أن النقاط (a ، b ، c) هي أطراف إدخال للمقوم والنقاط (x ، y ، z)، وهي محطات إخراج للعاكس. هناك ثلاث أرجل، ولكل رجل ثلاثة مفاتيح.

 

وفي وضع المعدل للعملية، تكون المفاتيح (S1 ، S4 ، S7) نشطة (ON-OFF) أثناء، كما تبقى جميع مفاتيح (S3s و S6 و S9) قيد التشغيل باستمرار، وفي عملية العاكس، تكون (S3 ، S6 ، S9) نشطة (ON-OFF) أثناء يتم تشغيل (S1 ، S4 ، S7) باستمرار، كما تنشط المفاتيح الثلاثة الوسطى (S2 ، S5 ، S8) في كل من المقوم وعملية العاكس.

 

(Vs ، VREC ، VINV) هي المكونات الأساسية لجهد طور المنفعة، كذلك جهد طور إدخال المعدل وجهد طور خرج العاكس على التوالي، كما يتم استشعار الفولتية المساعدة ثلاثية الطور ووصلة التيار المستمر (Vd) وتغذيتها إلى وحدة التحكم المنطقية، كذلك يولد جهاز التحكم المنطقي إشارات البوابة لتحقيق تعويض الطاقة التفاعلية المطلوب.

 

 

آلية توليد مراجع التعديل

 

لتشغيل (NSC)، يتم استخدام إشارة حاملة مثلثة عالية التردد ومرجعي تعديل جيبي. للتشغيل المتزامن للمقوم والعاكس، كما يجب أن يكون مرجع المعدل دائماً أكبر من مرجع العاكس. تتم إضافة إزاحة صغيرة للتيار المستمر وطرحها في المراجع الجيبية للمقوم والعاكس على التوالي لتلبية قيود التبديل، كما يجب أن يكون مرجع تعديل المعدل متزامناً مع جهد طور الشبكة.

 

وللحفاظ على التزامن، بحيث يتم تعقب الزاوية اللحظية (θ) لجهد طور الشبكة، كما تم تطوير (SRFPLL) للحصول على (θ) من جهد الطور، بحيث تُستخدم هذه الزاوية أيضاً لإنشاء مراجع تعديل ثلاثية الطور للمقوم والعاكس على النحو الوارد في المعادلة التالية:

 

 

 

كما توليد إشارة البوابة، بحيث يوضح الشكل التالي (3) مرجع تعديل المعدل (Vr) ومرجع تعديل العاكس (VI) وحامل مثلثي عالي التردد (Vc) لفترة زمنية لدورة التبديل. كما هو معروض في الشكل (3)، وعندما تكون (Vr) أكبر من (Vc)، كما ترتفع إشارة البوابة لـ (S1) وعندما تكون (Vi) أصغر من (Vc)، بحيث ترتفع إشارة البوابة لـ (S3) وإلا تظل إشارة البوابة منخفضة.

 

وبتطبيق منطق (XOR) على إشارات البوابة (S1 ، S3)، كما يتم الحصول على إشارة بوابة لـ (S2)، بحيث تظهر حالات التبديل الثلاث المحتملة أيضاً في هذا الشكل، كما ترد حالة التبديل (SS) وجهود الساق المقابلة للمقوم (VaN) والعاكس (VxN) في الجدول الأول، كذلك يوضح الشكل التالي (4)، كما أن الأشكال الموجية المحاكية لمدخل مقوم (NSC)، حيث أن الفولتية لخط خرج العاكس و (5.4) حصان التيارات (IM).

 

 

 

 

مبدأ تشغيل معوض (VAR) المقترح

 

يعتمد تدفق الطاقة التفاعلي بين المنفعة و (NSC) على حجم جهد طور المنفعة (Vs) و جهد طور إدخال المعدل (VREC)، وهي دالة لجهد رابط التيار المستمر (Vd)، كما يمكن التحكم في حجم (VREC) عن طريق متفاوتة (Vd)، كما يعتمد (Vd) على شحن مكثف وصلة (DC)، بحيث يتم التحكم في شحن مكثف وصلة التيار المستمر عن طريق نقل الطاقة النشطة من المصدر إلى مكثف وصلة التيار المستمر.

 

كذلك يتم التحكم في تدفق الطاقة النشط عن طريق تحويل مرجع المعدل فيما يتعلق بجهد طور المنفعة بزاوية (δ)، وبالتالي من خلال التحكم في الزاوية (δ)، كما يتم التحكم في (Vd)، ومن ثم تتنوع (VREC) من خلال التحكم في (δ) وذلك للحصول على نقل (VAR) المطلوب بين المنفعة و (NSC)، كما تم تصميم منطق التحكم (PI) لتعويض القدرة التفاعلية كما هو موضح في الشكل التالي (5)، بحيث تتم مقارنة القدرة التفاعلية المرجعية (QREF) بالقدرة التفاعلية الفعلية (QACT) للمرفق.