اقرأ في هذا المقال
أهمية محول تعزيز الخدمة لتطبيقات الجهد الكهربائي العالي
في الآونة الأخيرة، يتم تعزيز (DC Microgrids) باستمرار لتلبية الحاجة إلى زيادة الطلب المستمر على الطاقة ولقد وجدت مصادر الطاقة المتجددة مثل الخلايا الكهروضوئية وخلايا الوقود وأنظمة طاقة الرياح اهتماماً ملحوظاً لتصبح مصدر القوت من جانب العرض النهائي في هذه الشبكات الصغيرة، وعلاوة على ذلك؛ فإنه يمكن أن تعمل مصادر التوليد المذكورة أعلاه أيضاً كنسخة احتياطية في نظام الطاقة التقليدي.
ومع ذلك؛ فإن محطات توليد الطاقة هذه لها جهد طرفي منخفض مثل (48) فولت في الطاقة الشمسية الكهروضوئية، الأمر الذي يتطلب على الفور تدخل المحولات لجعل الجهد مناسباً للتكامل المناسب مع الشبكة الصغيرة، وهو الأكثر شيوعاً، بحيث يعمل محول (DC-DC) كوحدة اتصال في هذه المرحلة، كما أنه يتفاوت جهد الناقل في شبكة ميكروية (DC) حوالي (400) فولت إلى (1200) فولت لتطبيقات الجهد العالي جداً.
ومثال على ذلك أنظمة الجر والسكك الحديدية الخفيفة أو (360-400) فولت للتطبيقات المنزلية أو التجارية، ومن الجدير بالذكر أن المحول الفعال هو مطلب لا مفر منه لشبكة صغيرة تعمل، بحيث لا يعد محول التعزيز التقليدي وحدة كافية لخدمة الغرض من دمج طرف الجهد المنخفض مع ناقل جهد عالي جداً لشبكة ميكروية (DC) حيث يجب تشغيله عند نسبة تشغيل كبيرة للغاية (90٪ أو أعلى).
ومع ذلك؛ فإن تشغيل محول التعزيز التقليدي عند نسبة التشغيل الكبيرة يمثل خطراً على صحة المحول وبالتالي على النظام بأكمله، كما يتم ملاحظة طفرات الجهد الكهربائي والخسائر المتزايدة والمزيد من (EMI) وقضايا الاسترداد العكسي في الثنائيات كنتيجة للتشغيل عند بعض نسبة الخدمة العالية جداً، لذلك كان هناك طلب دائماً على محول ذي مكاسب عالية متأصلة عند نسبة تشغيل منخفضة ومتوسطة.
لذلك اتبع الباحثون هذه المشكلة المحددة للغاية لينتهي بهم الأمر ببنية مضغوطة لمحول تعزيز فعال ذو مكاسب عالية، وبالتالي تم بالفعل الإبلاغ عن العديد من الهياكل في الدراسات لرفع مكاسب محول (DC-DC) وجعلها مناسبة لتطبيقات الجهد العالي في (DC Microgrids)، بحيث تشتمل هذه المحولات بشكل أساسي على النوع المعزول وغير المعزول من الهياكل، بحيث تستخدم المعزولة محولات ولها هياكل من النوع الأمامي والخلفي والدفع والسحب.
ومع القدرة الكامنة على تحسين الكسب؛ يعاني المحول المعزول من تموجات تيار المدخلات العالية والتشبع الأساسي وأحياناً ارتفاعات الجهد عبر المفاتيح، علاوة على ذلك؛ فإن هذه المحولات ضخمة ومكلفة بسبب تحويلها متعدد المراحل وإدخال المحولات، أيضاً في بعض الأحيان يتم البحث عن دوائر التثبيت الإضافية ودوائر الضغط لتخفيف ارتفاعات الجهد عبر المفاتيح، خاصةً إذا كان العزل ممكناً وليس إلزامياً؛ فمن الأفضل مراعاة النوع غير المعزول من المحولات الكهربائية.
محول Super Boost من Split Duty (SDSBC)
دائرة الطاقة: يتم عرض تكوين الهيكل المقترح في الشكل التالي (1)، وهو يتألف من محول قائم على ثلاثة مفاتيح (SA ، SB ، SC) مع أربعة محاثات متطابقة (LA1 ، LA2 ، LB1 ، LB2) وثماني صمامات ثنائية (DA1 و DA2 و DB1 ، DB2 و DC و D1 و D2 و Do)، وأربعة مكثفات (C1 ، C2 ، CA1 ، CB1) مع الحمل (R) والمكثف (Co) عند الجزء الناتج.
بحيث يتم تحقيق التحكم في المفتاح في ثلاثة أوضاع تشغيل مثل أن (SA ، SB) يتم تشغيلهما بواسطة نفس نبضة البوابة ويتم استخدام إشارة منفصلة لتشغيل وإيقاف المفتاح الثالث (SC. k1 ، k2) هما نسبتا الواجب ذات الصلة لنبضات البوابة، كما يُفترض أن تردد التبديل والفترة الزمنية التقريبية والمقابلة للمفاتيح هي (f ، T) على التوالي.
ومع ذلك، لإجراء تحليل أبسط؛ فإنه يتم أخذ بعض الافتراضات المهمة في الاعتبار دون فقدان الأصالة والسلوك الحقيقي للمحول، كما يُفترض أن تكون الأجهزة الموجودة في الدائرة مثالية بحيث لا تحتوي الثنائيات على انخفاض في الجهد الأمامي عبرها ومن المفترض أن تكون المكثفات والمحاثات بلا خسارة مع (ESR) تافهة ولا تحتوي المفاتيح على مقاومة حالة التشغيل فيها أثناء وضع التوصيل، علاوة على ذلك؛ فإن محاثات المحول لها نفس القيم، أي [LA1 = LA2 = LB1 = LB2 = Lx].
تحليل المحول أثناء (CCM)
في الشكل التالي (2)، تم توضيح الخصائص النموذجية للمحول أثناء (CCM)، وفي هذا الوضع، يبقى تيار المحرِّض مستمراً طوال دورة التبديل، بحيث يتم فهم تحليل الدائرة خلال هذا الوضع في ثلاثة أوضاع توصيل (الأول والثاني والثالث)، كما أنه يتم تحقيقها من خلال تسلسل تبديل مختلف.
الوضع الأول [t0 – t1] : يوضح الشكل التالي (3) دائرة الطاقة المكافئة للمحول أثناء الوضع- (I) وفي هذا الوضع، يتم تشغيل مفتاحي (SA ، SB) مع إبقاء (SC – OFF)، حيث إن تشغيل الدائرة يكون ممغنطاً جميع المحاثات الأربعة في وقت واحد بالتوازي مع نفس مصدر الإدخال (Vs) والثنائيات (DA1 ،DA2 ،DB1 DB2 ،D1 ،D2)، وهي متحيزة للأمام مما يتيح شحن جميع المكثفات والمحاثات إلى جهد الإمداد والمكثف، كما يوفر (Co) الطاقة للحمل للحفاظ على جهد خرج ثابت.
الوضع الثاني [t1 – t2]: يتم تحقيق وضع التشغيل هذا عن طريق تشغيل مفتاح (SC) مع إيقاف تشغيل (SA ، SB) الخاص الفولتية المطورة عبر المكثفات (C1 ، C2) التي تجعل الثنائيات (D1 ، D2) منحازين عكسيين على التوالي، بحيث يظهر المسار الذي يتبعه التيار الكهربائي في الشكل التالي (4)، كما يوفر (Capacitor Co) الطاقة مرة أخرى للحمل (R) وتحتوي الدائرة على معادلات الجهد والتيار التالية.
الوضع الثالث [t2 – t3]: يوضح الشكل التالي (5) دائرة الطاقة المكافئة للمحول في الوضع (III)، وهذا هو وضع إيقاف التشغيل للمحول حيث لا يتم تشغيل أي مفتاح، وفي هذا الوضع؛ فإن جهد الدخل (Vs)، وذلك جنباً إلى جنب مع جميع المحاثات الأربعة والمكثفات الأربعة، بحيث تزود الطاقة للحمل (R) والمكثف (Co)، كما تحدد المعادلات التالية الجهد والسلوك الحالي للدائرة خلال هذا الوضع.
وأخيراً تم اقتراح محول دفع فائق جديد من (Split duty)، بحيث يعمل المحول المقترح بشكل جيد مع تطبيقات الجهد العالي ذات الخدمة المنخفضة خاصةً لتفاعل الشبكة الصغيرة للتيار المستمر للمصادر المتجددة، بحيث يتم تحقيق أعلى جهد بين جميع الأبحاث التي تمت مقارنتها عند الإخراج بالتزامن مع إجهاد الجهد المنخفض عبر المفاتيح. يتم تقليل فقد التوصيل في المفاتيح والثنائيات خسائر الاسترداد العكسي بسبب الاعتماد المباشر على دورات العمل.
كما أن المرونة الواضحة في التحكم واختيار نسبة العمل من بين العديد من التركيبات الممكنة هي مزايا إضافية، كما يتم إجراء تحليل المحول في (CCM) و (DCM) ويتم الحصول على علاقات الجهد جنباً إلى جنب مع شروط الحدود لضمان المكونات المناسبة والتردد لأسلوب التشغيل المطلوب.
