التحكم التوافقي للنظام المتغير التردد الكهربائي ثلاثي المستويات

ضرورة التحكم التوافقي لنظام الطاقة متغير التردد الكهربائي

مع التطور السريع لتكنولوجيا الطيران، أصبح تواتر المعدات الإلكترونية المحمولة جواً أعلى وأعلى، مما يجعل مشكلة عدم توازن الطاقة التوافقية والتفاعلية والجهد أكثر وأكثر خطورة، لذلك فهي تؤثر على جودة إمداد الطاقة لنظام إمداد الطاقة بالطائرة، كما ينقسم نظام الإمداد بالطاقة في مجال الطيران، والذي يعني توليد الطاقة الكهربائية وتحويلها ونقلها وتوزيعها على متن الطائرة، كما يقسم ذلك إلى قسمين، وهما نظام إمداد الطاقة ونظام نقل وتوزيع الطاقة.

كما أن هناك ثلاثة أنواع من أنظمة الطاقة الجوية الحديثة، وهي طاقة التيار المستمر وطاقة التيار المتردد والطاقة الهجينة، ومن بينها مزود الطاقة (DC) لديه جهد كهربائي مرتفع ومنخفض، أي (270V ، 28.5V)، بحيث يشتمل مصدر طاقة التيار المتردد على تردد ثابت ثابت السرعة وتردد ثابت متغير السرعة ونظام تردد متغير السرعة، وفي الوقت الحاضر تتطلب معظم الطائرات مصدر طاقة غير منقطع، لذا فإن الجيل الجديد من إمدادات الطاقة الهجينة أكثر ملاءمة للطائرات الكهربائية.

وبالنسبة لنظام تزويد الطاقة بالتردد المتغير للطيران؛ فإنه من الضروري العمل بشكل موثوق بتكلفة منخفضة، وفي الوقت نفسه يمكن أن يوفر جودة أفضل للطاقة ووزناً منخفضاً من بينها، كما تعد مشكلة التوافقية سبباً مهمًا يؤثر على جودة مصدر الطاقة، وكذلك جودة الطاقة لمصدر طاقة التيار المتردد للطائرة لها مؤشرات الجهد والتردد والتيار وغيرها.

وفي المعيار العسكري الوطني (GJB 181B-2012)؛ فإنه يتم تحديد التشوه الحالي على النحو التالي، أولاً يجب ألا تؤدي جميع المعدات الكهربائية إلى تشويه تيار مفرط يمكن أن يؤثر على المعدات الأخرى، وذلك ما لم ينص على خلاف ذلك، بحيث يجب ألا يزيد معامل التشويه الحالي للمعدات الكهربائية عن (10٪)، ومع ذلك في التطبيق العملي، غالباً ما يتم إدخال التوافقيات في كل رابط، مما يؤثر على جودة الطاقة والتشغيل العادي للمعدات.

وفي عملية توليد الطاقة؛ سيقدم المولد ومحول التردد التوافقيات في نظام توزيع الطاقة، كما ستدخل المعدلات المقابلة أيضاً عدداً كبيراً من التوافقيات، مما يؤدي إلى تدهور جودة الطاقة وفي الحمل الكهربائي أي في المعدات المحمولة جواً، كما تعد معدات الإضاءة والتدفئة وفرن القوس ومصادر ضوء الغاز الأخرى كلها مصادر متناسقة.

نموذج رياضي للمرشح النشط ثلاثي المستويات ذو الثلاثة مراحل رباعي الأسلاك

يمكن تقسيمها إلى مستويين وثلاثة مستويات ومتعددة المستويات وفقاً لعدد المستويات الطوبولوجية للدائرة الرئيسية المعتمدة بواسطة المرشح النشط. بالمقارنة مع (APF) ذي المستويين؛ فإن (APF) ثلاثي المستويات لديه ضغط جهد أقل في ظل نفس الظروف، وهو مناسب لتطبيقات (ap-plications) عالية الطاقة، كما ويؤدي إلى تقليل تردد التبديل والتوافقيات.

كما يمكن تقسيم الهيكل ثلاثي المستويات لنظام الأسلاك رباعي الأطوار إلى نوعين، وهما ذراع ثلاثي المستويات وذراع بأربعة جسور والهيكل ذو الثلاثة مستويات ليس جيداً مثل ذراع الجسور الأربعة في قدرة التعويض الحالي على التسلسل الصفري، ومع ذلك ومقارنةً بذراع الجسور الأربعة؛ فإن هيكل الذراع ثلاثي الجسور يحتوي على عدد أقل من المفاتيح وتحكم أبسط وتكلفة أقل، لذلك تم تحديد طوبولوجيا ذراع الجسر الثلاثة ذات المستويات الثلاثة في هذه الدراسة.

كما يظهر الشكل أدناه طوبولوجيا من ثلاثة مستويات مثبتة بالصمام الثنائي (ذراع الجسر الثلاثة)، حيث إن الفرضية القائلة بأن (APF) يمكنه تعويض “التيار هارمونك” بدقة وفعالية هو إنشاء النموذج الرياضي الصحيح، ولتسهيل التحليل؛ فإنه من الضروري عادةً تحويل نموذج (APF) من نظام إحداثيات ثابت ثلاثي الأطوار إلى نظام إحداثيات متزامن متزامن.

وفي الوقت نفسه، وبسبب نظام الأسلاك المكونة من ثلاث مراحل؛ فإن هناك حاجة إلى النظر في تأثير مكون التسلسل الصفري على النظام، وذلك حتى يتم التمكن من اختيار نظام إحداثيات الدوران للتحكم في مكون التسلسل الصفري، حيث أن العلاقة بين نظام الإحداثيات الثابتة ثلاثية الطور ونظام الإحداثيات الدورية هي كما يلي:

وفي هذا البحث، يتم تحويل تيار الخرج (icj) والجهد الطرفي للخرج (ujo) لإمداد طاقة الطيران ووظائف التبديل (Sju ، Sjd ، APF) إلى نظام إحداثيات (dq0)، وذلك عن طريق تحويل الطاقة الثابت، كما ويتم تحويل النموذج الرياضي رباعي الأطوار (APF) إلى (dq0) نظام الإحداثيات على النحو التالي:

كما يمكن الرؤية من خلال الصيغة أن هناك اقتران بين تيار المحور (d) و تيار المحور (q) في نظام الإحداثيات (dq0)، ولا يقترن تيار المحور الصفري بتيار المحور (d) و (q)، وذلك بمقارنة النماذج الرياضية لـ (APF) في إحداثيات (dq0)، كما وجد أن الأخير متشابه باستثناء الاقتران الحالي في محوري (d) و (q).

استراتيجية التحكم في تتبع الحلقة الحالية لـ APF

بعد الكشف الدقيق عن التردد الكهربائي والتيار التوافقي، يتم الحصول على إشارة الأمر الحالية عن طريق الحساب، كما يرتبط أداء ارتباط التحكم في التتبع الحالي ارتباطاً مباشراً بتأثير التعويض التوافقي لنظام قدرة التردد المتغير للطيران، وغالباً ما يستخدم (APF) ثلاثي المستويات هيكل تحكم مزدوج الحلقة المغلقة يجمع بين حلقة خارجية للجهد وحلقة داخلية حالية.

كما تدرك الحلقة الداخلية الحالية بشكل أساسي تتبع الفرق غير الساكن لتيار الأمر ووظيفة الحلقة الخارجية للجهد هي الحفاظ على استقرار الجهد الجانبي (APF DC)، بحيث تهدف هذه المقالة بشكل أساسي إلى خصوصية نظام طاقة التردد المتغير للطيران وتصميم واختيار وحدة تحكم شبه العلاقات العامة بناءً على طريقة تحويل (Tustin) المعدلة مسبقاً.

وبالنسبة الى تحليل ومقارنة استراتيجية التحكم؛ فإن التحكم في الرنين هو طريقة تحكم تعتمد على مبدأ التحكم في النموذج الداخلي، بحيث يشير مبدأ النموذج الداخلي إلى أنه إذا كان بإمكان نظام الحلقة المغلقة تتبع إشارة معينة دون خطأ ثابت، لذلك؛ فإنه يحتاج إلى تضمين نموذج المجال (s) للإشارة المعينة في نظام الحلقة المفتوحة.

وبالنسبة للتحكم في العاكس أحادي الطور، تكون الإشارة المعينة هي إشارة التيار المتردد، وبشكل عام لا يحتوي كائن التحكم على نموذج المجال (s) لإشارة التيار المتردد، لذلك من الضروري إضافة نموذج إشارة التيار المتردد في عنصر التحكم النظام، كما أن نموذج (s) لإشارة التيار المتردد هو [s / (s2 + ω2)]، وهو بالضبط رابط التحكم في الرنين.

ومن خلال زرع نموذج إشارة التيار المتردد في نظام التحكم في الحلقة المفتوحة؛ فإنه يمكن تحقيق الكسب اللانهائي عند نقطة التردد المحددة، بحيث يمكن تتبع إشارة التيار المتردد بدون خطأ ثابت، كما تتميز وحدة التحكم في الرنين بكسب كبير ونطاق ضيق عند نقطة التردد المحددة، كما إنه حساس للغاية لتغيير تردد إشارة التيار المتردد ويسهل التسبب في تذبذب النظام، لذلك يُقترح وحدة التحكم شبه الرنانة لتقليل الكسب عند نقطة الطنين وتحسين عرض النطاق الترددي لنقطة الطنين.