النظام التفاعلي أحادي الطور لتحميل المحولات الكهربائية UPS

أهمية النظام التفاعلي أحادي الطور لتحميل المحولات الكهربائية

خلال السنوات القليلة الماضية، حظيت المشاكل المرتبطة بجودة الطاقة باهتمام كبير، بحيث يتأثر تلف المعدات وإنهاء عمليات التصنيع بشكل مختلف بسبب الانقطاعات وتدهور الجهد غير المتوقع، وذلك من أجل مواجهة المشاكل المرتبطة بآثار التدهور والانقطاع، بحيث يتم تركيب نظام (UPS) بشكل عام لتوفير الطاقة المستمرة للأحمال الصناعية الحساسة.

وعلاوة على ذلك؛ فإنه  يتم تصنيف نظام (UPS) إلى ثلاثة أنواع على أساس تشغيله وتكوينه، بحيث تتكون هذه الأنواع الثلاثة من الإنترنت وغير المتصل والتفاعل عبر الخط ، ومع ذلك ومن بين هذه الأنواع؛ فقد كان نظام (UPS) التفاعلي دائماً هو الخيار المفضل للمستهلكين الصناعيين، وذلك نظراً لكفاءته العالية وقدراته العالية على تعويض الطاقة مقارنة بطوبولوجيا (UPS) غير المتصلة بالإنترنت.

في حالة نظام (UPS) التفاعلي؛ فإنه يتم تقسيمه إلى قسمين مختلفين، وفي الهيكل الأول يتم توصيل المحرِّضات في سلسلة بالحمل الحرج والمنفعة كما هو معروض في الشكل التالي (1-A)، ومع ذلك في طوبولوجيا أخرى، سيتم إرفاق محول ثنائي بالتوازي مع المرفق ويعمل بشكل مختلف أثناء التزامات الطاقة العادية وغير المنتظمة.

وفي ظروف الطاقة العادية، يعمل كشاحن بطارية، ومع ذلك عند حدوث المخالفات؛ فإنه يعمل كعاكس لتزويد الطاقة الاحتياطية للحمل، كما أن الإنجاز الرئيسي لهذا الهيكل هو قمع المركبات التوافقية الحالية المدخلة، ومع ذلك، سيكون هناك مقدار صغير جداً من تعويض القدرة التفاعلية، وذلك نظراً لدمج محول ثلاثي المنافذ بين الحمل والمنفعة للعزل، بحيث يزداد حجم النظام.

كما يُطلق أيضاً على طوبولوجيا (UPS) التفاعلية الخطية القائمة على نظام تعويض متسلسل متوازي نظام UPS “تحويل دلتا”، بحيث يحسن الأداء وله العديد من المزايا مقارنة بأنظمة (UPS) التقليدية، وعلاوة على ذلك؛ فهو يتألف من محولين أحدهما موازٍ للحمل والآخر مرتبط في سلسلة مع الأداة المساعدة من خلال محول متسلسل، وذلك كما هو موضح في الشكل (1-B).

وخلال الظروف العادية، يتم إعطاء الطاقة مباشرة للحمل من المرافق، ومع ذلك يوفر المحول المتوازي تشغيل شحن البطارية وتحسين عامل الطاقة والتحكم في التوافقيات الحالية للإدخال، وعلى العكس من ذلك، يعمل محول الطاقة المتصل بالتسلسل كمنظم للجهد للتخفيف من مشاكل انخفاض الجهد وارتفاعه.

ومع ذلك وأثناء حالات عدم الموثوقية؛ فإنه يتم فصل الحمل عن الأداة المساعدة من خلال مفتاح التحويل ويتم تشغيله بواسطة البطارية من خلال المحول الكهربائي المتوازي، وبالتالي يوفر نظام (UPS) هذا كفاءة أعلى عند مقارنته بالطوبولوجيا التقليدية.

التطبيقات الصناعية الخاصة بالنظام التفاعلي أحادي الطور

في معظم التطبيقات الصناعية، يتم استخدام نظام (UPS) التفاعلي الخطي لتشغيل أحمال متعددة في وقت واحد، بحيث تتكون هذه الأحمال من محولات الحمل لأغراض العزل ومطابقة الجهد الكهربائي، كما ويتم استخدام نظام (UPS) لتنشيط الأحمال من خلال محولات الحمل المقابلة لها.

وبسبب عمليات الإنتاج والتنبؤات، قد يتم تشغيل هذه الأحمال وإيقافها بشكل دوري، كما ويتم تنشيط المحولات المثبتة قبلها وإلغاء تنشيطها في وقت واحد، بحيث يصور الشكل التالي (2) نظام (UPS) التفاعلي أحادي الطور الذي يعمل على تنشيط الأحمال المتعددة.

هنا سيظهر قدر كبير من التيار العابر على خرج نظام (UPS) التفاعلي بمجرد تنشيط المحول، حيث أن هناك عوامل مختلفة تؤثر على ضخامة هذا التيار الكهربائي مثل الظروف التشغيلية للمحول وخصائصه المغناطيسية، كما ينتج عن إنتاج تيار التدفق لنظام (UPS) التفاعلي الخطي انخفاضاً كبيراً في الجهد وبالتالي يؤدي إلى تشغيل أجهزة حماية التيار الزائد للنظام.

كما أن هذا يتسبب في تعليق التطبيقات والعمليات، لكن وعلى الجانب الآخر، يمكن أن يتسبب تيار التدفق العابر وذلك في فترة زمنية محددة، وفي تعطل الجهاز وبشكل عام، قد يتعرض المستهلك الصناعي لأضرار اقتصادية كبيرة خلال أي من هذه الحالات.

في السنوات الأخيرة، تم اقتراح الكثير من الحلول للتخفيف من تدفق تيار المحولات، بحيث يمكن أيضاً اعتماد هذه التقنيات لنظام (UPS) التفاعلي أحادي الطور عند تنشيط الأحمال المتعددة المقترنة بالمحول، كما يعتبر تركيب المقاومات المتسلسلة وتشغيلها أثناء تشغيل محول الحمل هو الحل المناسب للنوع السعوي لتيار الاندفاع.

وفي ظل هذه الحالة، يمر تيار محدود من المقاوم ويشحن المكثف حتى يصل الجهد عبره إلى نقطة تسمح للمقاوم بالخروج من الدائرة عن طريق مفتاح، بحيث تكتمل هذه العملية بمجرد أن يكون الاختلاف في الإمكانات بين المكثف الكهربائي والجهد الذروي للمصدر قريباً بشكل كافٍ، ومن ثم؛ فإن التيار داخل المكثف يظل ضمن الحدود.

بالنسبة لتيارات الاندفاع الاستقرائي، تتغير التأثيرات بشكل كبير. من المحتمل أن يقلل المقاوم المتسلسل من حجم تيار الاندفاع، ومع ذلك سيكون هناك بعض المخالفات في شكل الموجة، وذلك بمجرد تحويل المقاوم عن طريق مفتاح، وكما في حالة تيار الاندفاع السعوي؛ فإن الظروف التي كانت ستحدث بدون المقاوم ستوجد الآن، وإن كان ذلك على نطاق أقل.

كما أن الحل البديل خاصة للنوع الاستقرائي لتيار التدفق هو تركيب محث إضافي في سلسلة مع الملف الأولي للمحول، بحيث يوفر هذا المحث المتسلسل مقاومة تكميلية ويحد من التيار عند الجزء الرئيسي من محول الحمل، وعلى الرغم من أن هذه التقنية تحل ظاهرة تدفق التيار العابر لتيارات الاندفاع الحثي، إلا أنها قد لا تساعد في الحصول على عدم تناسق الشكل الموجي.

كما أن هناك حل آخر هو تصميم محول به مستوى تدفق أقل من ضعف مستوى التشبع الأساسي في ظل ظروف الحالة المستقرة، ومن ثم عندما يقوم العاكس بحقن جهد الحمل؛ فإنه لن يتشبع محول الحمل كما ويتم القضاء على فرص تدفق التيار الكهربائي، ومع ذلك؛ فإن هذه الطريقة تزيد من حجم وتكلفة النظام.

ولتقليل كمية تيار التدفق المرتبط بأنظمة (UPS) التفاعلية أحادية الطور، يمكن استخدام طريقة تتضمن تكثيف جهد العاكس عند اكتشاف تيار الاندفاع أو تشغيل العاكس في المرحلة المناسبة، وفي هذه التقنية، تُستخدم دوائر التحكم والطاقة لحقن جهد العاكس بزاوية (90) درجة، وعلى الرغم من أن هذه التقنية تقلل من حجم التيار العابر.

ومع ذلك، يصبح تنفيذه معقداً أو غير عملي في بعض الأحيان للتطبيقات الصناعية، وبدلاً من ذلك هناك استراتيجية تحكم معقدة تتضمن عملية تعويض تعويض التدفق التي تعمل في إطار متزامن للتحكم في تدفق محول الحمل، ومع ذلك؛ فإن ظاهرة اندفاع التيار لم تحل وتبقى عند حجم مخفض.

لذلك؛ فإنه يمكن القضاء على حدوث تدفق التيار المرتبط بالأحمال المقترنة بالمحول لنظام (UPS) التفاعلي أحادي الطور باستخدام عاكس يتم التحكم فيه بشكل توافقي، وذلك على الرغم من أنه يمكن استخدام أي من أنظمة التحكم في النطاق الترددي العالي المعقدة لهذا الغرض، ومع ذلك؛ فإن عاكس نظام (UPS) المقترح يستخدم مخطط تحكم حالي يتم تنفيذه في إطار مرجعي ثابت.