التحكم في التحريض للمولد المتزامن باستخدام المجزِّئ
المحتويات
مبدأ عمل الآلة المتزامنة باستخدام المقطّع
تطوير آلة متزامنة إضافي باستخدام المقطّع
خاتمة آلة متزامنة باستخدام المقطّع
الدروس الرئيسية:
تعريف التحكم في التحريض: يُعرَف التحكم في التحريض بأنه إدارة التحريض الحقولي المباشر في الآلة المتزامنة للتحكم في أدائها.
مبدأ العمل: يشمل مبدأ عمل الآلة المتزامنة باستخدام المقطّع رفع الجهد وتثبيته عبر إشارات PWM لتحقيق التحريض المطلوب.
مزايا المقطّع: يوفر استخدام المقطّع للتغذية الحقولية كفاءة عالية وحجم صغير ومراقبة سلسة والاستجابة السريعة.
مكونات دارة المقطّع: تشمل المكونات الرئيسية MOSFET وإشارة عرض النبضة ومحول التيار المستمر والمكثف والملف ووحدات الحماية مثل MOV والمفتاح الكهربائي.
تحسينات مستقبلية: يمكن أن تشمل التحسينات المستقبلية التحكم في الحلقة المغلقة للأحمال المتغيرة ومكونات دقيقة لتحسين الأداء وتقليل تأثيرات الحرارة.
تعتبر الآلة المتزامنة آلة كهربائية متعددة الاستخدامات تستخدم في مجالات مختلفة، مثل توليد الطاقة والحفاظ على السرعة الثابتة وتصحيح معامل القوة. معامل القوة يتم التحكم فيه عن طريق إدارة التحريض الحقولي المباشر. يركز هذا البحث على كيفية التحكم بكفاءة في التحريض الحقولي للآلة المتزامنة.
تواجه طرق التحريض المباشر التقليدية مشاكل تبريد وصيانة بسبب حلقات الانزلاق والفراشي والمحولات، خاصة مع زيادة تقييمات المولد. تهدف أنظمة التحريض الحديثة إلى تقليل هذه المشاكل من خلال تقليل عدد نقاط الاتصال المتحركة والفراشي.
قد أدى هذا الاتجاه إلى تطوير التغذية الحقولية الثابتة باستخدام المقطّع. تستخدم الأنظمة الحديثة أجهزة الشبكات شبه الموصلة مثل الدايود و الثايستورات و الترانزستورات. في الإلكترونيات القوية، يتم معالجة كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية، ومعظم الأجهزة هي محولات AC/DC.
عادة ما يتراوح نطاق الطاقة من عشرات إلى عدة مئات من الواط. في الصناعة، يعتبر نظام التحكم في السرعة المتغيرة أحد التطبيقات الشائعة لـ الموتورات الحثية. يتم تصنيف أنظمة تحويل الطاقة بناءً على أنواع الطاقة الإدخالية والإخراجية.
AC إلى DC (محول التيار المستمر)
DC إلى AC (معكوس)
DC إلى AC (محول DC إلى DC)
AC إلى AC (محول AC إلى AC)
يتناول ذلك كلًا من المعدات الدوارة والسكونية لتوليد ونقل واستخدام كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية. محول DC-DC هو دارة إلكترونية تقوم بتحويل مصدر التيار المستمر من مستوى جهد إلى آخر.
مزايا محولات الإلكترونيات القوية هي كالتالي-
كفاءة عالية بسبب الخسائر المنخفضة في أجهزة الشبكات شبه الموصلة.
موثوقية عالية لأنظمة الإلكترونيات القوية.
حياة طويلة وصيانة أقل بسبب عدم وجود أجزاء متحركة.
مرونة في التشغيل.
استجابة ديناميكية سريعة مقارنة بأنظمة المحول الكهروميكانيكية.
هناك أيضًا بعض العيوب الهامة لمحولات الإلكترونيات القوية مثل التالي-
دوائر الإلكترونيات القوية لها ميل لإنتاج التوافقيات في نظام التغذية وكذلك في دارة الحمل.
محولات AC إلى DC و DC إلى AC تعمل بـ معامل قوة منخفض تحت ظروف تشغيل معينة.
تجدد الطاقة صعب في أنظمة محولات الإلكترونيات القوية.
في هذا المشروع، يتم التحكم في الجهد المتوسط عبر حقل الآلة المتزامنة باستخدام مقطّع تعزيزي. المقطّع التعزيزي هو محول DC إلى DC يوفر جهد خرج أعلى ومتحكم به من جهد إدخال DC ثابت.
MOSFET هو جهاز شبكات شبه موصلة إلكتروني يعمل كمفتاح متحكم به بالكامل (مفتاح يمكن التحكم في تشغيله وإيقافه). MOSFET يُستخدم كجهاز التبديل في دارة المقطّع التعزيزي. يتم تشغيل الطرف العتبة لمفتاح MOSFET بواسطة إشارة عرض النبضة. والتي يتم توليدها باستخدام متحكم دقيق. تم أخذ جهد التغذية للمقطّع من محول التيار المستمر ثنائي الفاز.
هذه طريقة التحكم في التحريض فعالة للغاية وصغيرة الحجم، بسبب استخدام دارات الإلكترونيات القوية. في العديد من التطبيقات الصناعية، مثل التحكم في الطاقة التفاعلية، وتحسين معامل القوة لـ خط النقل يجب تغيير التحريض الحقولي.
يأخذ هذا الدافع الطاقة من مصدر DC ثابت ويحولها إلى جهد DC متغير. تقدم أنظمة المقطّع مراقبة سلسة وكفاءة عالية واستجابة سريعة ومرافق التجدد. بشكل أساسي، يمكن اعتبار المقطّع كمكافئ DC لمحول AC حيث يتصرفان بطريقة متطابقة. بما أن المقطّع يشمل مرحلة تحويل واحدة، فهو أكثر كفاءة.
مبدأ عمل الآلة المتزامنة باستخدام المقطّع
لفهم تفاصيل خطة المشروع دعونا نعتبر هذا الرسم البياني الكتل التالي:
من الرسم البياني أعلاه يمكننا القول أنه لجهد إدخال 230V لمحول التيار المستمر الكامل، يكون الجهد الخارج 146 (تقريبًا) جهد المجال للآلة هو 180V لذا يجب علينا رفع الجهد عبر المقطّع التعزيزي. الآن يتم تغذية الجهد DC المعدل إلى حقل الآلة المتزامنة. يمكن تغيير الجهد الخارج للمقطّع بتغيير نسبة الدورة الزمنية لفعل ذلك يجب علينا صنع مولد نبضات ذو عرض نبضة قابل للتعديل، ويمكن القيام بذلك بمساعدة متحكم دقيق.
يمكن توليد إشارة نبضية في المتحكم الدقيق عن طريق مقارنة إشارة تسلسل عشوائي بمقدار ثابت ولكن لتجنب تأثير التحميل فمن الأفضل استخدام عزل كهربائي ولذلك نحن نستخدم مقرِّب ضوئي. تم استخدام مكثف في دارة المقطّع لازالة الاهتزاز من الجهد الخارج. تم تعيين أن الملف المستخدم في دارة المقطّع يجب أن يكون قادرًا على التعامل مع 2-3 أمبير من التيار خلال فترة القصر الكهربائي. بالإضافة إلى الجهد الخارج المطلوب، يجب تصميم الدارة بحيث يمكنها تحمل أي حالة عطل.
للحماية من الجهد الزائد، سنستخدم مقاومات أكسيد المعادن (MOV) التي تعتمد مقاومتها على الجهد.
للحماية من التيار الزائد، يمكن استخدام محدود التيار الأولي المفتاح الكهربائي.
لتحسين جودة الموجة يمكن استخدام دارة فلترة أساسية L أو LC عند الخرج من محول التيار المستمر. يجب أن يكون للدايود الذي تم استخدامه وقت استعادة عكسي أقل هنا يمكن استخدام دايود استعادة سريع.
قيم مكونات الدارة التي تم استخدامها
جهد DC الإدخال = 100V
جهد النبضة = 10V، نسبة الدورة الزمنية = 40%
تردد القطع = 10 كيلو هرتز
R = 225 أوم (كما تم حسابه من تصنيف الآلة)
L = 10 ملي هنري
C = 1 بيكومتر
البيانات المستخرجة من الخرج
الجهد الخارج: 174 V (متوسط)
تيار الحمل: 0.775 A (متوسط)
تيار المصدر: 0.977 A
تطوير آلة متزامنة إضافي باستخدام المقطّع
لا يزال هناك الكثير من مجالات التطوير المستقبلية التي ستزيد من قيمة النظام وأعماله.
التحكم في الحلقة المغلقة
في المناطق التطبيقية التي يتعامل فيها المستخدم مع الأحمال المتغيرة، يحتاج إلى نظام تحكم في الحلقة المغلقة للحفاظ على التحريض الثابت. سيتم مقارنة الجهد المرجعي والجهد الخارج الفعلي أولاً وسيتم توليد إشارة الخطأ. ستقرر هذه الإشارة الخطأ نسبة الدورة الزمنية للمقطّع.
تخفيض تأثير الحرارة
استخدام المكثف الدقيق ودايود التحويل يمكن أن يحسن الأداء بالتأكيد، لكنه سيزيد من تكلفة المشروع.
خاتمة آلة متزامنة باستخدام المقطّع
في مشروعنا، قمنا بتصميم وتنفيذ نظام تحكم في التحريض منخفض التكلفة وسهل الاستخدام باستخدام المقطّع. المستخدمون المستهدفون للنظام هم الصناعات التي تتطلب نظام تحكم سلس وكفوء وصغير يوفر نطاقًا واسعًا من تباين الجهد. هذا النوع من المشاريع مفيد حقًا في المجالات الصناعية في الدول النامية مثل الهند، حيث تعتبر أزمة الطاقة مصدر قلق كبير.
تعلمنا الكثير من خلال المشروع. حصلنا على درس في العمل الجماعي والتنسيق والقيادة أثناء المرور عبر مراحل مختلفة من تطوير المشروع. تحدانا تعقيد التقنيات اللازمة لبناء النظام. ساعدنا ذلك على الربط والتطبيق المعرفي الذي حصلنا عليه في برنامج الهندسة.
لم يكن لدى أي منا خبرة في التحكم الإلكتروني في المحرك قبل المشروع. كان علينا تعلم مفاهيم وتقنيات مختلفة بسرعة وتطبيقها في النظام. قدم المشروع أيضًا فرصة لنا لجمع الخبرة في توليد إشارات النبضات و MOSFET القوي منطقة التحكم. لقد أغنى تجربة المشروع معرفتنا وطورت مهاراتنا الفنية بشكل كبير.
