تعديل عرض النبض للتيار PWM

عادةً ما يتم إجراء التبديل عدة مرات في الدقيقة في موقد كهربائي و”120 هرتز” في مصباح ضعيف ومن بضعة كيلو هرتز إلى عشرات كيلو هرتز لمحرك، كما تكون قيمة تردد التبديل لمكبرات الصوت “Amplifier” وإمدادات طاقة الكمبيوتر من عشرة إلى مئات كيلوهرتز، حيث تُعرف نسبة وقت التفعيل إلى الفترة الزمنية للنبضة بدورة العمل، وإذا كانت دورة العمل قليلة فهذا يعني انخفاض الطاقة.

ما هو تعديل عرض النبض للتيار PWM؟

تعديل عرض النبضة “PWM”: هو أسلوب شائع الاستخدام للتحكم بشكل عام في طاقة التيار المستمر إلى جهاز كهربائي، وأصبح عملياً بواسطة مفاتيح الطاقة الإلكترونية الحديثة، ومع ذلك فإنّها تجد مكانها أيضاً في فرامات التيار المتردد.

يتم مراقبة متوسط ​​قيمة التيار الموفر للحمل عن طريق موضع التبديل ومدة حالته، حيث إذا كانت فترة التفعيل للمفتاح أطول مقارنة بفترة إيقاف التشغيل، فإنّ الحمل يستقبل طاقة أعلى نسبياً، وبالتالي يجب أن يكون تردد تبديل “PWM” أسرع.

يُعتبر فقدان الطاقة في جهاز التبديل منخفضاً جداً، ونظراً للكمية الضئيلة تقريباً من التيار المتدفق في حالة إيقاف تشغيل الجهاز وكمية ضئيلة من انخفاض الجهد في حالة إيقاف التشغيل، وتستعمل الضوابط الرقمية أيضاً تقنية “PWM”، كما تم استعمال “PWM” في أنظمة اتصال محددة، حيث تم استعمال دورة عملها لنقل المعلومات عبر قناة اتصالات.

يمكن استخدام “PWM” لضبط المقدار الإجمالي للطاقة المسلمة إلى حمل دون خسائر يتم تكبدها عادةً عندما يكون نقل الطاقة مقيداً بوسائل مقاومة، والعيوب هي النبضات التي تهينها دورة العمل وتردد التبديل وخصائص الحمل، ومع تردد تبديل عالٍ بما فيه الكفاية، وعند الحاجة وباستعمال مرشحات إلكترونية سلبية زائدة يمكن تحسين قطار النبض واستعادة متوسط ​​شكل الموجة التماثلية، كما يتم تطبيق أنظمة التحكم “PWM” عالية التردد بشكل سهل باستعمال مفاتيح تغيير أشباه الموصلات.

كما لا يتم هدر أي طاقة تقريباً بواسطة المفتاح في حالة التشغيل أو الإيقاف، ومع ذلك خلال التحولات بين حالات التشغيل والإيقاف يكون كل من الجهدوالتيار غير صفري، وبالتالي يتم هدر قدر كبير من الطاقة في المفاتيح، كما يكون تبديل الحالة بين التشغيل الكامل والإيقاف الكامل سريعاً جداً، وأحياناً أقل من “100 نانوثانية” بالنسبة إلى أوقات التشغيل أو الإيقاف المثالية، وبالتالي فإنّ متوسط ​​هدر الطاقة منخفض جداً مقارنة بالطاقة التي يتم توفيرها حتى عند ترددات التحويل العالية يستخدم.

• “PWM” هي اختصار لـ “Pulse Width Modulation”.

استخدام PWM لتوصيل طاقة التيار المستمر للتحميل:

تشترط معظم العمليات الصناعية أن يتم تشغيلها وفقاً لمعايير محددة تتعلق بسرعة محرك الأقراص، كما تشترط أنظمة القيادة الكهربائية المستعملة في العديد من التطبيقات الصناعية أداءً أعلى وموثوقية وسرعة متختلفة نظراً لسهولة التحكم فيها، ويُعد التحكم في سرعة محرك التيار المستمر مهماً في التطبيقات التي تكون فيها الدقة والحماية جوهرية، والغرض من جهاز التحكم في سرعة المحرك هو أخذ إشارة تصف السرعة المطلوبة وقيادة المحرك بهذه السرعة.

يُدل تعديل عرض النبضة “PWM” على التحكم في المحرك طريقة لنقل الطاقة من خلال سلسلة من النبضات بدلاً من الإشارة المتغيرة باستمرار أي تماثلية، ومن خلال زيادة عرض النبضة أو تخفيضه يعمل جهاز التحكم بتنظيم تدفق الطاقة إلى عمود المحرك، كما يعمل الحث المحدد بالمحرك كمرشح، حيث يقوم بحفظ الطاقة أثناء دورة “ON” وخلال إطلاقها بمعدل يتوافق مع إشارة الإدخال أو الإشارة المرجعية ولا تصب الطاقة في الحمل بكمية تردد التبديل، ولكن عند التردد المرجعي.

تستخدم الدائرة للتحكم في سرعة محرك التيار المستمر باستعمال تقنية “PWM”، كما تُستخدم وحدة المراقبة في المحرك “DC” متقلبة السرعة من سلسلة “12 فولت IC المؤقت 555″، كمولد نبض “PWM” لتنظيم سرعة المحرك “DC12 فولت” و”IC 555″ هي شريحة” Timer” الشائعة المستعلمة في صنع دوائر المؤقت.

يطلق عليه “555” لأنّ هناك ثلاثة مقاومات” 5 كيلو أوم” بالداخل، كما يتكون “IC” من مقارنين وسلسلة مقاومة و”Flip Flop” ومرحلة إنتاج، كما إنّه يعمل في أوضاع مختلفة وهي مستقر وأحادي، حيث يتفعل مولد نبضي طلقة واحدة ووضع ثنائي الاستقرار، أي عندما يتم تشغيله يرتفع الناتج لفترة اعتماداً على قيم مقاوم التوقيت “Timer” والمكثف، وفي الوضع “AMV” يعمل “IC” كجهاز هزاز متعدد التشغيل الحر.

ويتحول الإنتاج إلى ارتفاع ومنخفض باستمرار لإعطاء ناتج نابض كمذبذب، في الوضع الثنائي المعروف باسم مشغل “Schmitt” يعمل “IC”، مثل “Flip-flop” مع ناتج مرتفع أو منخفض على كل مشغل وإعادة تعيينه.

في هذه الدائرة يتم استعمال “IRF540 MOSFET”، وهذا هو “N” لقناة تحسين “MOSFET”، كما إنّها لوحة “MOSFET” ذات طاقة متطورة تم إنتاجها واختبارها ومضمونة؛ لتحمل مستوى معين من الطاقة في وضع التشغيل، كما تم إنتاج وحدات “MOSFET” لطاقة هذه لتطبيقات، مثل تبديل المنظمين ومحولات التبديل ومحركات الأجهزة ومحركات الترحيل “relay drivers”، وكذلك محركات ترانزستورات التحويل ثنائية القطب عالية الطاقة التي تحتاج إلى سرعة عالية وقوة محرك بوابة منخفضة.

يمكن تفعيل هذه الأنواع مباشرةً من الدوائر المتكاملة، كما يمكن تحسين جهد العمل لهذه الدائرة بالنسبة لضروريات محرك التيار المستمر، كما يمكن أن تعمل هذه الدائرة من “5-18VDC”، وعند التحكم في سرعة محرك التيار المستمر بواسطة تقنية “PWM” يغير دورة العمل، والتي من خلالها تتحكم في سرعة المحرك، و”IC 555″ متصل في وضع مستقر يشتغل بدون هزاز متعدد، كما تتكون الدائرة من ترتيب مقياس الجهد واثنين من الثنائيات، والتي تستخدم لتغيير دورة العمل والحفاظ على التردد ثابتاً.

ونظراً لتنوع مقاومة المقاوم المتغير أو مقياس الجهد “potentiometer”، تختلف دورة عمل النبضات المطبقة على “MOSFET”، وبالتالي تتفاوت طاقة التيار المستمر إلى المحرك وبالتالي تزداد سرعته مع زيادة دورة العمل.

• “AMV” هي اختصار لـ “Annulus Master Valve”.

• “IC” هي اختصار لـ “Integrated circuit”.

• “DC” هي اختصار لـ “Direct Current”.

استخدام PWM لتوصيل طاقة التيار المتردد للتحميل:

تُعد محولات أشباه الموصلات “semiconductor” الجديدة مثل “MOSFETs” أو الترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة “IGBTs” عناصر مثالية تماماً، وبالتالي يمكن بناء وحدات تحكم عالية الكفاءة، وعادةً ما يكون لمحولات التردد المستخدمة للتحكم في محركات التيار المتردد كفاءة أفضل من “98%”، ويكون تعديل مصادر الطاقة بجودة أقل بسبب تقليل كميات جهد الناتج ودائماً ما تكون هناك ضرورة إلى أقل من “2 فولت” للمعالجات الدقيقة، ولكن لا يزال من الممكن تحقيق كفاءة تزيد عن “70%” إلى “80%”.

هذا النوع من التحكم في التيار المتردد يعرف بقوة طريقة زاوية إطلاق النار المتأخرة، كما إنّه أرخص ويولد الكثير من الضوضاء والتوافقيات الكهربائية مقارنةً بالتحكم الحقيقي في “PWM”، والذي ينتج عنه ضوضاء قليلة جداً، وفي العديد من التطبيقات، مثل التدفئة الصناعية والتحكم في الإضاءة والمحركات الحثية ذات البداية الناعمة.

وكذلك وحدات التحكم في السرعة للمراوح والمضخات تتطلب جهد تيار متردد متغير من مصدر تيار متردد ثابت تم استخدام التحكم في زاوية الطور للمنظمين على نطاق واسع لهذه المتطلبات، كما يتيح بعض المزايا مثل البساطة والقدرة على التحكم في كمية كبيرة من الطاقة اقتصادياً.

• “IGBTs” هي اختصار لـ “Insulated-gate bipolar transistor”.