يُذكركم موردو وحدات تغذية الطاقة بأن مُحوّلات التردد غالبًا ما تواجه مشاكل مُختلفة أثناء تصحيح الأخطاء والاستخدام، ومن بينها ارتفاع الجهد الكهربي الأكثر شيوعًا. بعد حدوث ارتفاع الجهد الكهربي، ولتجنب تلف الدائرة الداخلية، تُفعّل وظيفة الحماية من ارتفاع الجهد الكهربي في مُحوّل التردد، مما يُؤدي إلى توقفه عن العمل، وبالتالي تعطل الجهاز.
لذلك، يجب اتخاذ تدابير للحد من الجهد الزائد ومنع حدوث الأعطال. ونظرًا لاختلاف تطبيقات محولات التردد والمحركات، تتباين أسباب الجهد الزائد، لذا يجب اتخاذ التدابير المناسبة وفقًا للحالة.
توليد الجهد الزائد في محول التردد والكبح المتجدد
يشير ما يسمى بالجهد الزائد لمحول التردد إلى الموقف الذي يتجاوز فيه جهد محول التردد الجهد المقدر بسبب أسباب مختلفة، والتي تتجلى بشكل أساسي في جهد التيار المستمر لحافلة التيار المستمر لمحول التردد.
أثناء التشغيل العادي، يكون جهد التيار المستمر لمحوّل التردد هو القيمة المتوسطة بعد تصحيح الموجة الكاملة ثلاثي الأطوار. عند حسابه بناءً على جهد خط 380 فولت، يكون متوسط جهد التيار المستمر Ud=1.35U = 513 فولت.
عند حدوث زيادة في الجهد، يتم شحن مكثف تخزين الطاقة على ناقل التيار المستمر. عندما يصل الجهد إلى حوالي 700 فولت (حسب الطراز)، يتم تفعيل حماية محول التردد من زيادة الجهد.
هناك سببان رئيسيان للجهد الزائد في محولات التردد: الجهد الزائد للطاقة والجهد الزائد المتجدد.
يشير مصطلح "زيادة الجهد" إلى تجاوز جهد ناقل التيار المستمر القيمة المُصنّفة نتيجةً لجهد مصدر الطاقة الزائد. في الوقت الحالي، يصل جهد دخل معظم مُحوّلات التردد إلى 460 فولت، لذا فإنّ زيادة الجهد الناتجة عن مصدر الطاقة نادرة للغاية.
المسألة الرئيسية التي تمت مناقشتها في هذه المقالة هي تجديد الجهد الزائد.
الأسباب الرئيسية لتوليد الجهد الزائد المتجدد هي كما يلي: عندما يتباطأ حمل GD2 (عزم دولاب الموازنة)، يكون وقت التباطؤ الذي يحدده محول التردد قصيرًا جدًا؛
يتعرض المحرك لقوى خارجية (مثل المراوح وآلات الشد) أو أحمال كامنة (مثل المصاعد والرافعات) عند خفضه. ونتيجةً لهذه الأسباب، تكون السرعة الفعلية للمحرك أعلى من السرعة المطلوبة لمحول التردد، مما يعني أن سرعة دوار المحرك تتجاوز السرعة المتزامنة. في هذا الوقت، يكون معدل انزلاق المحرك سالبًا، ويكون اتجاه لف الدوار الذي يقطع المجال المغناطيسي الدوار معاكسًا لاتجاه حالة المحرك. إن عزم الدوران الكهرومغناطيسي الناتج عنه هو عزم الكبح الذي يعيق اتجاه الدوران. وبالتالي، يكون المحرك الكهربائي في حالة توليد فعلي، ويتم "تجديد" الطاقة الحركية للحمل إلى طاقة كهربائية.
تُشحن الطاقة المتجددة إلى مكثف تخزين طاقة التيار المستمر للعاكس عبر الصمام الثنائي الحر للعاكس، مما يؤدي إلى ارتفاع جهد ناقل التيار المستمر، وهو ما يُسمى بالجهد الزائد المتجدد. يكون عزم الدوران الناتج أثناء عملية تجديد الجهد الزائد معاكسًا لعزم الدوران الأصلي، وهو عزم الكبح. وبالتالي، فإن عملية تجديد الجهد الزائد هي أيضًا عملية كبح متجدد.
بمعنى آخر، يؤدي التخلص من الطاقة المتجددة إلى زيادة عزم الكبح. إذا لم تكن الطاقة المتجددة كبيرة، فإن العاكس والمحرك لديهما سعة كبح متجددة تبلغ 20، وسيستهلكان هذا الجزء من الطاقة الكهربائية. إذا تجاوزت هذه الطاقة سعة استهلاك محول التردد والمحرك، فسيتم شحن مكثف دائرة التيار المستمر بشكل زائد، وسيتم تفعيل وظيفة الحماية من الجهد الزائد لمحول التردد، مما يؤدي إلى توقف التشغيل. لتجنب هذا الوضع، من الضروري التخلص من هذه الطاقة في الوقت المناسب، مع زيادة عزم الكبح، وهو الغرض من الكبح المتجدد.
إجراءات لمنع ارتفاع جهد المحولات الترددية
نظراً لاختلاف أسباب ارتفاع الجهد، تختلف الإجراءات المُتخذة. بالنسبة لظاهرة ارتفاع الجهد الناتجة عن ركن السيارة، إذا لم تكن هناك متطلبات خاصة لوقت أو موقع ركن السيارة، يُمكن حلها عن طريق إطالة زمن تباطؤ مُحوّل التردد أو ما يُعرف بـ"الركن الحر". يُشير ما يُسمى بالركن الحر إلى فصل مُحوّل التردد لوحدة التبديل الرئيسية، مما يسمح للمحرك بالانزلاق بحرية والتوقف.
إذا كانت هناك متطلبات معينة لوقت وقوف السيارة أو موقع وقوف السيارة، فيمكن استخدام وظيفة الكبح المستمر.
وظيفة الكبح المستمر هي إبطاء المحرك إلى تردد معين، ثم تطبيق طاقة التيار المستمر على لفائف الجزء الثابت للمحرك لتشكيل مجال مغناطيسي ثابت.
يقطع لفّ دوار المحرك هذا المجال المغناطيسي، ويولّد عزم كبح، يُحوّل الطاقة الحركية للحمل إلى طاقة كهربائية، ويستهلكها على شكل حرارة في دائرة دوار المحرك. لذلك، يُعرف هذا النوع من الكبح أيضًا باسم الكبح المُستهلك للطاقة. تتضمن عملية الكبح بالتيار المستمر عمليتين: الكبح المُتجدد والكبح المُستهلك للطاقة. تتراوح كفاءة هذه الطريقة في الكبح بين 30% و60% فقط من كفاءة الكبح المُتجدد، كما أن عزم الكبح صغير نسبيًا. ونظرًا لأن استهلاك الطاقة في المحرك قد يُسبب ارتفاع درجة حرارته، فلا ينبغي أن يكون وقت الكبح طويلًا جدًا.
علاوة على ذلك، يتم ضبط تردد بدء التشغيل، وزمن الكبح، وجهد الكبح لفرامل التيار المستمر يدويًا، ولا يمكن تعديلها تلقائيًا بناءً على مستوى الجهد المتجدد. لذلك، لا يمكن استخدام فرملة التيار المستمر للجهد الزائد الناتج أثناء التشغيل العادي، ويمكن استخدامها فقط للكبح أثناء ركن السيارة.
بالنسبة للجهد الزائد الناتج عن GD2 المفرط (عزم دولاب الموازنة) للحمل أثناء التباطؤ (من سرعة عالية إلى سرعة منخفضة دون توقف)، يمكن اعتماد طريقة تمديد وقت التباطؤ بشكل مناسب لحلها. في الواقع، تستخدم هذه الطريقة أيضًا مبدأ الكبح المتجدد. يتحكم تمديد وقت التباطؤ فقط في سرعة شحن العاكس من خلال الجهد المتجدد للحمل، وذلك للاستفادة بشكل معقول من سعة الكبح المتجددة للعاكس نفسه. أما بالنسبة للأحمال التي تتسبب في أن يكون المحرك في حالة متجددة بسبب القوى الخارجية (بما في ذلك إطلاق الطاقة الكامنة)، نظرًا لأنها تعمل بشكل طبيعي في حالة الكبح، فإن الطاقة المتجددة عالية جدًا بحيث لا يستهلكها محول التردد نفسه. لذلك، من المستحيل استخدام كبح التيار المستمر أو تمديد وقت التباطؤ.
مقارنةً بفرامل التيار المستمر، يتميز الكبح المتجدد بعزم كبح أعلى، ويمكن التحكم في مقدار عزم الكبح تلقائيًا بواسطة وحدة كبح محول التردد وفقًا لعزم الكبح المطلوب للحمل (أي مستوى الطاقة المتجددة). لذلك، يُعد الكبح المتجدد الأنسب لتوفير عزم كبح للحمل أثناء التشغيل العادي.
طريقة تحويل التردد للكبح المتجدد:
1. نوع استهلاك الطاقة:
تتضمن هذه الطريقة توصيل مقاومة كبح على التوازي في دائرة التيار المستمر لمحول التردد، والتحكم في تشغيل/إيقاف ترانزستور الطاقة من خلال استشعار جهد ناقل التيار المستمر. عندما يرتفع جهد ناقل التيار المستمر إلى حوالي 700 فولت، يُوصل ترانزستور الطاقة، ويمرر الطاقة المتجددة إلى المقاومة ويستهلكها على شكل طاقة حرارية، مما يمنع ارتفاع جهد التيار المستمر. ونظرًا لعدم قدرته على الاستفادة من الطاقة المتجددة، فإنه ينتمي إلى نوع استهلاك الطاقة. وكنوع استهلاك للطاقة، يختلف عن فرملة التيار المستمر في أنه يستهلك طاقة على مقاومة الكبح خارج المحرك، وبالتالي لن يسخن المحرك بشكل زائد وسيعمل بشكل أكثر تواترًا.
2. نوع امتصاص ناقل التيار المستمر المتوازي:
مناسب لأنظمة الدفع متعددة المحركات (مثل آلات التمدد)، حيث يتطلب كل محرك محول تردد، وتشترك محولات التردد المتعددة في محول جانبي للشبكة، وجميع العاكسات متصلة بالتوازي مع ناقل تيار مستمر مشترك. في هذا النظام، غالبًا ما يعمل محرك واحد أو عدة محركات بشكل طبيعي في حالة الكبح. يتم سحب المحرك في حالة الكبح بواسطة محركات أخرى لتوليد طاقة متجددة، والتي يمتصها المحرك في الحالة الكهربائية عبر ناقل تيار مستمر متوازي. إذا لم يتم امتصاصها بالكامل، فسيتم استهلاكها من خلال مقاومة كبح مشتركة. يتم امتصاص الطاقة المتجددة هنا جزئيًا واستخدامها، ولكن لا يتم إرجاعها إلى شبكة الكهرباء.
3. نوع ردود الفعل للطاقة:
محول الطاقة العاكس الشبكي ذو التغذية الراجعة للطاقة قابل للانعكاس. عند توليد الطاقة المتجددة، يُعيد المحول القابل للانعكاس الطاقة المتجددة إلى الشبكة، مما يسمح باستغلالها بالكامل. لكن هذه الطريقة تتطلب استقرارًا عاليًا لمصدر الطاقة، وعند انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ، يحدث انعكاس وانقلاب.