يُذكركم موردو معدات دعم مُحوِّلات التردد بأن مُحوِّلات التردد تُستخدم على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي اليوم. تُوفّر المعدات المُتحكَّم بها مُحوِّلات التردد الطاقة بشكل ملحوظ، مما يُؤهِّل العديد من المُصنِّعين الصناعيين.
لتحقيق ميزات مثل التوقف السلس، والتشغيل السلس، وتنظيم السرعة المستمر، أو متطلبات خاصة لزيادة أو خفض السرعة، يلزم وجود جهاز تنظيم سرعة يُسمى محول التردد في المحركات غير المتزامنة الحديثة. تستخدم الدائرة الرئيسية للجهاز دوائر تيار متردد-تيار مستمر-تيار متردد بتردد تشغيل يتراوح بين 0 و400 هرتز. يتراوح جهد خرج محول التردد العالمي منخفض الجهد بين 380 و460 فولت، وتتراوح طاقة الخرج بين 0.37 و400 كيلوواط.
اختر محول التردد المناسب
غالبًا ما تنشأ المشاكل التي تنشأ أثناء استخدام مُحوِّلات التردد، مثل التشغيل غير الطبيعي، وتعطل المعدات، وما إلى ذلك، مما يؤدي إلى توقف الإنتاج وخسائر اقتصادية غير مبررة، نتيجةً لاختيار وتركيب مُحوِّلات التردد بشكل غير صحيح. لذلك، من الضروري اختيار مُحوِّل تردد اقتصادي وعملي يُلبي بشكل أفضل الشروط والمتطلبات الأساسية للإنتاج والعمليات.
باعتباره الهدف الرئيسي للمحرك لمحول التردد، يجب اختيار المحرك ليتوافق مع معلمات عمل المحرك عند اختيار نوع محول التردد.
(1) مطابقة الجهد: يتطابق الجهد المقدر لمحول التردد مع جهد حمل المحرك.
(2) مطابقة التيار: تعتمد سعة محول التردد على التيار المقنن الذي يخرجه باستمرار. عند اختيار محول تردد للمحركات التي تتطلب تنظيم السرعة، من الضروري اختيار محول تردد بتيار مقنن مستمر أكبر من التيار المقنن للمحرك عند التشغيل بمعلمات مقننة، وبهامش كمي؛ بالنسبة لمحولات التردد العامة التي تحتوي على أكثر من 4 أقطاب، لا يعتمد الاختيار على سعة المحرك، بل على معيار التحقق من مقعد التيار للمحرك؛ حتى إذا كان الحمل على المحرك خفيفًا نسبيًا وكان التيار أقل من التيار المقنن لمحول التردد، فلا يمكن أن تكون سعة محول التردد المحدد صغيرة جدًا مقارنة بالمحرك.
(3) مطابقة السعة: اعتمادًا على خصائص الحمل المختلفة للمحرك، توجد متطلبات مختلفة لاختيار سعة محول التردد.
طريقة التحكم في محول التردد
تتضمن طرق التحكم الرئيسية لمحولات التردد حاليًا ما يلي:
(1) استخدم الجيل الأول نظام التحكم U/f=C، المعروف أيضًا باسم طريقة التحكم بتعديل عرض النبضة الجيبية (SPWM). تتميز هذه الطريقة ببنية دائرة تحكم بسيطة، وتكلفة منخفضة، وخصائص ميكانيكية ممتازة، وصلابة عالية، مما يُلبي متطلبات تنظيم السرعة بسلاسة في أنظمة النقل العامة. ومع ذلك، تُقلل هذه الطريقة من عزم الدوران الأقصى للخرج عند الترددات المنخفضة بسبب انخفاض جهد الخرج، مما يُؤدي إلى انخفاض الاستقرار عند السرعات المنخفضة. ومن خصائصها أنه بدون جهاز التغذية الراجعة، تكون نسبة السرعة ni أقل من 1/40، ومع التغذية الراجعة، تكون ni=1/60. وهي مناسبة للمراوح والمضخات العامة.
(2) يعتمد الجيل الثاني على التحكم في متجه مساحة الجهد (طريقة مسار التدفق المغناطيسي)، والمعروفة أيضًا باسم طريقة التحكم SVPWM. تعتمد هذه الطريقة على التأثير الكلي لتوليد أشكال موجية ثلاثية الطور، حيث يتم توليد أشكال موجية تعديل ثلاثية الطور دفعة واحدة والتحكم فيها عن طريق تقطيع المضلعات إلى دوائر تقريبية. ولتجنب تأثير مقاومة الجزء الثابت عند السرعات المنخفضة، يعمل جهد والتيار الخارجان في حلقة مغلقة لتحسين الدقة الديناميكية والاستقرار. خصائصه: لا يحتوي على جهاز تغذية راجعة، نسبة السرعة ni = 1/100، وهو مناسب لتنظيم السرعة في الصناعات العامة.
(3) يعتمد الجيل الثالث على طريقة التحكم المتجه (VC). تُعادل هذه الطريقة بشكل أساسي محرك التيار المتردد بمحرك التيار المستمر، وتتحكم بشكل مستقل في مكونات السرعة والمجال المغناطيسي. من خلال التحكم في التدفق المغناطيسي للدوار وتحليل تيار الجزء الثابت للحصول على مكونين، عزم الدوران والمجال المغناطيسي، يمكن تحقيق تحكم متعامد أو منفصل من خلال تحويل الإحداثيات. خصائصها: نسبة السرعة ni = 1/100 بدون تغذية راجعة، ni = 1/1000 مع تغذية راجعة، وعزم بدء 150% عند السرعة صفر. يمكن ملاحظة أن هذه الطريقة قابلة للتطبيق على جميع أنظمة التحكم في السرعة، وعند تزويدها بتغذية راجعة، فهي مناسبة للتحكم عالي الدقة في ناقل الحركة.
(4) طريقة التحكم المباشر في عزم الدوران (DTC). يُعد التحكم المباشر في عزم الدوران (DTC) طريقة أخرى عالية الأداء للتحكم في سرعة التردد المتغير، ويختلف عن التحكم المتجه (VC). يتم الحصول على بيانات التدفق المغناطيسي وعزم الدوران باستخدام نماذج محاكاة التدفق المغناطيسي ونماذج عزم الدوران الكهرومغناطيسي، ومقارنتها بالقيم المعطاة لتوليد إشارات حالة مقارنة التباطؤ، ثم تبديل حالة التبديل من خلال التحكم المنطقي لتحقيق التحكم في التدفق المغناطيسي الثابت والتحكم في عزم الدوران الكهرومغناطيسي. لا يتطلب هذا النظام محاكاة التحكم في محركات التيار المستمر، وقد طُبقت هذه التقنية بنجاح على محركات التيار المتردد للقاطرات الكهربائية الجرّية. خصائصه: بدون جهاز تغذية راجعة، نسبة السرعة ni = 1/100، مع تغذية راجعة ni = 1/1000، ويمكن أن يصل عزم البدء إلى 150% إلى 200% عند السرعة الصفرية. مناسب لبدء التشغيل الشاق والأحمال الكبيرة ذات تقلبات عزم الدوران الثابتة.
متطلبات بيئة التثبيت
(1) درجة حرارة البيئة: تشير درجة حرارة بيئة مُحوِّل التردد إلى درجة الحرارة قرب المقطع العرضي له. ونظرًا لأن مُحوِّلات التردد تتكون أساسًا من أجهزة إلكترونية عالية القدرة شديدة التأثر بدرجات الحرارة، فإن عمر مُحوِّل التردد وموثوقيته يعتمدان بشكل كبير على درجة الحرارة، التي تتراوح عادةً بين -10 و+40 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري مراعاة تبديد حرارة مُحوِّل التردد نفسه والظروف البيئية القاسية التي قد تحدث، وعادةً ما يتطلب الأمر هامشًا معينًا لدرجة الحرارة.
(2) الرطوبة البيئية: يحتاج المحول الترددي إلى رطوبة نسبية لا تزيد عن 90% في البيئة المحيطة به (مع عدم وجود تكاثف على السطح).
(3) الاهتزاز والصدمات: أثناء تركيب وتشغيل مُحوِّل التردد، يجب توخي الحذر لتجنب الاهتزاز والصدمات. لتجنب تلف مفاصل اللحام والأجزاء المفكوكة من المكونات الداخلية لمُحوِّل التردد، مما قد يُسبب ضعف التوصيل الكهربائي أو حتى حدوث أعطال خطيرة، مثل قصر الدائرة. لذلك، يُشترط عادةً أن يكون تسارع الاهتزاز في موقع التركيب أقل من 0.6 جي، ويمكن إضافة مواد مقاومة للزلازل، مثل المطاط الممتص للصدمات، في أماكن خاصة.
(4) موقع التركيب: يتأثر أقصى تيار وجهد خرج مسموح به لمحوّل التردد بسعة تبديد الحرارة. عندما يتجاوز الارتفاع 1000 متر، تنخفض سعة تبديد الحرارة لمحوّل التردد، لذا يُشترط عادةً تركيبه على ارتفاع أقل من 1000 متر.
(5) المتطلبات العامة لموقع تركيب محول التردد هي: لا تآكل، لا غازات أو سوائل قابلة للاشتعال أو الانفجار؛ خالية من الغبار والألياف العائمة والجسيمات المعدنية؛ تجنب أشعة الشمس المباشرة؛ لا تداخل كهرومغناطيسي.
يُعدّ البحث في مجال تنظيم سرعة التردد المتغير حاليًا من أكثر الأعمال نشاطًا وقيمةً في مجال أبحاث نقل الكهرباء. وتتمتع صناعة محولات التردد بإمكانيات هائلة، إذ تُستخدم على نطاق واسع في صناعات مثل تكييف الهواء والمصاعد والمعادن والآلات. وستتطور محركات تنظيم سرعة التردد المتغير ومحولات التردد المقابلة لها بسرعة.