في صناعة الطاقة والكهرباء، تُستخدم محولات التردد بشكل رئيسي لتوفير الطاقة وتحسين عمليات الإنتاج. وباعتبارها أجهزة موفرة للطاقة ومنظم سرعة للمحركات، تُستخدم على نطاق واسع في مجالات المعادن، والطاقة، وإمدادات المياه، والبترول، والكيماويات، والفحم، وغيرها. يتمثل جوهر وحدة التغذية الراجعة للطاقة في محول التردد في الانعكاس النشط. وتتمثل طريقة تطبيق وحدة التغذية الراجعة للطاقة في محول التردد العام في تغذية الشبكة بالطاقة المتجددة بواسطة عاكسات ثلاثية الطور متوازية غير متوازية عند مقوم غير متحكم به في المرحلة الأمامية لمحول التردد العام. تتكون الدائرة الرئيسية لوحدة التغذية الراجعة للطاقة بشكل رئيسي من جسر عاكس يتكون من الثايرستورات، وقواطع IGBT، ووحدات IPM، وبعض الدوائر الطرفية.
يُوصل طرف خرج جسر العاكس بأطراف الدخل R وS وT لمحول التردد عبر ثلاثة مفاعلات خانقة، بينما يُوصل طرف الدخل بالطرف الموجب للتيار المستمر لمحول التردد الشامل عبر صمام ثنائي عازل لضمان تدفق الطاقة في اتجاه واحد في اتجاه "شبكة جسر العاكس النشطة لمحول التردد". وظيفة مفاعل الخانق هي موازنة فرق الجهد، وتقييد التيار، وترشيحه، مما يؤدي دورًا رئيسيًا في تغذية الطاقة المتجددة إلى شبكة الكهرباء.
عملية عمل النظام هي: عندما يعمل المحرك، لا يعمل جهاز العاكس النشط، ويتم حظر جميع أنابيب مفتاح العاكس وتكون في حالة إيقاف التشغيل؛ عندما يكون المحرك في حالة توليد طاقة متجددة، يتم إرجاع الطاقة إلى الشبكة بواسطة المحرك، ويجب بدء تشغيل جهاز العاكس النشط للعمل.
يتم التحكم في تنشيط جهاز العاكس النشط أثناء التغذية الراجعة للطاقة من خلال قيمة جهد التيار المستمر Ud لمحول التردد. والأساس هو أنه عندما يكون المحرك في حالة كهربائية، يبقى جهد التيار المستمر لمحول التردد ثابتًا تقريبًا. وعندما يكون المحرك في حالة كبح توليد، تشحن الطاقة المتجددة لمحرك التيار المتردد مكثف تخزين الطاقة في وصلة التيار المستمر الوسطى لمحول التردد، مما يؤدي إلى ارتفاع جهد ناقل التيار المستمر. بمجرد اكتشاف قيمة Ud، يمكن تحديد حالة المحرك، ويمكن التحكم في جهاز العاكس النشط لتحقيق التغذية الراجعة للطاقة.
عندما يتم تغذية الطاقة مرة أخرى إلى جانب التيار المستمر بواسطة المحرك، مما يتسبب في تجاوز جهد ناقل التيار المستمر لجهد الذروة لخط شبكة الطاقة، سيتم إيقاف تشغيل جسر المقوم للمحول الترددي العالمي بسبب الجهد العكسي؛ عندما يستمر جهد ناقل التيار المستمر في الارتفاع ويتجاوز جهد التشغيل النشط المبدئي، يبدأ العاكس في العمل، ويعيد الطاقة إلى الشبكة من جانب التيار المستمر؛ عندما ينخفض جهد ناقل التيار المستمر إلى جهد التشغيل للعاكس، يتم إيقاف تشغيل العاكس النشط.
من خلال استخدام عاكس نشط لإرجاع الطاقة المتجددة التي يتم إنشاؤها أثناء تباطؤ المحرك والفرملة إلى شبكة الطاقة، يمكن لمحول التردد العالمي التغلب على الكفاءة المنخفضة والصعوبة في تلبية متطلبات الكبح السريع والدوران الأمامي / الخلفي المتكرر الناجم عن الاستخدام التقليدي لمقاومات الكبح، مما يسمح لمحول التردد العالمي بالعمل في أربعة أرباع.
1) نظام التحكم في ردود الفعل للطاقة
يجب أن يلبي نظام التحكم الكامل في ردود الفعل للطاقة شروط التحكم في الطور والجهد والتيار وما إلى ذلك، مما يتطلب أن تكون عملية ردود الفعل متزامنة مع طور الشبكة، ويجب أن يبدأ جهاز العاكس النشط فقط عندما يتجاوز جهد ناقل التيار المستمر قيمة معينة؛ يجب أن يكون النظام قادرًا على التحكم في حجم تيار ردود الفعل، وبالتالي التحكم في عزم الكبح للمحرك وتحقيق الكبح الدقيق.
2) نوعان من وحدات تغذية الطاقة لمحول التردد العالمي
في السابق، كانت الدائرة الرئيسية لوحدات تغذية الطاقة تتكون في الغالب من الثايرستورات وIGBTs. في السنوات الأخيرة، استخدمت بعض الأنواع الجديدة من وحدات تغذية الطاقة وحدات ذكية مثل IPM لتبسيط هيكل نظامها.
(1) وحدة تغذية الطاقة الثايرستورية:
تتكون الدائرة الرئيسية لتغذية الطاقة من أجهزة الثايرستور، وهي أيضًا وحدة تغذية طاقة مبكرة. لا تُستخدم فقط في محولات التردد، بل تُستخدم أيضًا في كبح بعض أنظمة التحكم في السرعة العكسية للتيار المستمر.
① حالة التشغيل الأمامية لمحول التردد العالمي: عندما يكون المحرك في حالة كهربائية، يعمل مُقوِّم محول التردد، بينما لا يعمل الثايرستور في وحدة تغذية الطاقة، ويكون في حالة قطع، ويعمل المُقوِّم في الاتجاه الأمامي. يتم تشغيل جزء العاكس القابل للتحكم، ويكون جزء التصحيح العكسي غير القابل للتحكم في حالة قطع، ويعمل العاكس في الاتجاه الأمامي.
② حالة التشغيل العكسي لمحول التردد العالمي: عندما يكون المحرك في حالة توليد، يكون مُقوِّم محول التردد في حالة قطع، ويتم تشغيل أجهزة الثايرستور في وحدة تغذية الطاقة. يستمر تشغيل جزء العاكس القابل للتحكم، بينما يكون جزء التصحيح العكسي غير القابل للتحكم في حالة تشغيل، ويعمل العاكس في الاتجاه المعاكس.
(2) وحدة تغذية الطاقة IGBT:
تتكون الدائرة الرئيسية لتغذية راجعة الطاقة من أجهزة IGBT، وهي الأكثر استخدامًا في محولات التردد العامة. لا يُمكن استخدام الصمام الثنائي الحر المدمج مع أجهزة IGBT كجهاز تقويم نظرًا لضعف الصمام الثنائي العازل المتصل بالتيار المستمر. يُفترض أن تكون تكلفته أعلى من تكلفة وحدة تغذية راجعة الطاقة الثايرستورية.
① حالة التشغيل الأمامية لمحول التردد العالمي: عندما يكون المحرك في حالة كهربائية، يعمل مُقوِّم محول التردد، بينما لا يتم تشغيل جهاز IGBT في وحدة تغذية الطاقة، ويكون في حالة قطع، ويعمل المُقوِّم في الاتجاه الأمامي. يتم تشغيل أجهزة IGBT في العاكس، ويكون جزء التصحيح العكسي غير المُتحكم فيه في حالة قطع، بينما يكون العاكس في وضع التشغيل الأمامي.
② حالة التشغيل العكسي لمحول التردد العالمي: عندما يكون المحرك في حالة توليد، يكون مُقوِّم محول التردد في حالة قطع، ويتم تشغيل جهاز IGBT في وحدة تغذية الطاقة. يستمر تشغيل أجهزة IGBT في العاكس، ويظل جزء التصحيح العكسي غير المُتحكم فيه قيد التشغيل، مما يؤدي إلى عمل العاكس في الاتجاه المعاكس.