15 حقيقة أساسية حول محركات التردد المتغير (محرك تردد متغير) للمهندسين الكهربائيين
1. ما هو محول التردد؟
محوّل التردد هو جهاز تحكم يستخدم آلية تحويل أجهزة أشباه الموصلات الكهربائية لتحويل طاقة التردد إلى طاقة كهربائية بتردد مختلف. ويُمكّن من تحقيق وظائف مثل التشغيل السلس لمحركات التيار المتردد غير المتزامنة، وتنظيم سرعة التردد المتغير، وتحسين دقة التشغيل، وتغيير معامل القدرة، والحماية من التيار الزائد/الجهد الزائد/الحمل الزائد.
2. الاختلافات بين تعديل عرض النبضة و بام
تعديل عرض النبضة هو اختصار لـ نبض عرض تعديل (تعديل عرض النبضة)، وهي طريقة تعديل تضبط كمية الخرج وشكل الموجة بتغيير عرض سلسلة النبضات وفقًا لقاعدة معينة. بام هو اختصار لـ نبض السعة تعديل (تعديل سعة النبضة)، وهي طريقة تعديل تضبط قيمة الخرج وشكل الموجة بتغيير سعة سلسلة النبضات وفقًا لقاعدة معينة.
3. لماذا يتغير جهد المحول الترددي بشكل متناسب مع التردد؟
عزم الدوران الكهرومغناطيسي لأي محرك هو نتيجة التفاعل بين التيار والتدفق المغناطيسي. يجب ألا يتجاوز التيار القيمة الاسمية، وإلا سيرتفع حرارة المحرك. لذلك، إذا انخفض التدفق المغناطيسي، سينخفض معه عزم الدوران الكهرومغناطيسي، مما يؤدي إلى انخفاض سعة الحمل.
من الصيغة E=4.44*K*F*N*Φ، يتضح أنه أثناء التحكم في سرعة التردد المتغير، تتغير الدائرة المغناطيسية للمحرك ضمن نطاق واسع مع تردد التشغيل مؤثرات صوتية. هذا قد يُسبب تشبعًا شديدًا للدائرة المغناطيسية للمحرك، مما يؤدي إلى تشوه شديد في شكل موجة تيار الإثارة وتوليد طفرات تيار ذروة عالية جدًا.
لذلك، يجب تغيير التردد والجهد بشكل متناسب. أي أنه أثناء تغيير التردد، يتم التحكم في جهد خرج مُحوِّل التردد للحفاظ على ثبات التدفق المغناطيسي للمحرك، وتجنب حدوث ضعف المجال المغناطيسي والتشبع المغناطيسي. تُستخدم طريقة التحكم هذه غالبًا في مُحوِّلات التردد الموفرة للطاقة للمراوح والمضخات.
4. كيف يتغير عزم المحرك عندما يتغير V و f بشكل متناسب؟
عندما ينخفض التردد، ينخفض الجهد بشكل متناسب. ولأن معاوقة التيار المتردد تنخفض بينما تبقى مقاومة التيار المستمر ثابتة، يميل عزم الدوران الناتج عند السرعات المنخفضة إلى الانخفاض. لذلك، عند الترددات المنخفضة، ومع مراعاة نسبة الجهد/التردد، يلزم زيادة جهد الخرج قليلاً للحصول على عزم بدء تشغيل معين. يُسمى هذا التعويض "البدء المُحسَّن". يمكن استخدام طرق مختلفة، بما في ذلك الطرق التلقائية، أو اختيار وضع الجهد/التردد، أو ضبط مقياس الجهد.
٥. ينص الدليل على نطاق سرعة يتراوح بين ٦٠ و٦ هرتز (١٠:١). هل يعني هذا أنه لا يوجد خرج طاقة أقل من ٦ هرتز؟
يمكن أن يكون تردد خرج الطاقة أقل من 6 هرتز، ولكن بناءً على عوامل مثل ارتفاع درجة حرارة المحرك وعزم بدء التشغيل، يكون الحد الأدنى لتردد التشغيل حوالي 6 هرتز. عند هذا التردد، يمكن للمحرك إخراج عزم الدوران المُصنّف دون التسبب في مشاكل ارتفاع درجة الحرارة بشكل كبير. يتراوح تردد الخرج الفعلي (تردد بدء التشغيل) للعاكس بين 0.5 و3 هرتز، حسب الطراز.
6. ماذا يعني "open حلقه؟
يستخدم نظام التحكم ذي الحلقة المغلقة كاشف سرعة (بي جي) لإعادة تغذية السرعة الفعلية إلى وحدة التحكم. يُطلق على النظام الذي يعمل بدون كاشف سرعة اسم نظام الحلقة المفتوحة. معظم محولات التردد متعددة الأغراض مفتوحة الحلقة، على الرغم من أن بعض الطرز توفر كاشف سرعة كخيار. يحسب نظام التحكم ذي الحلقة المغلقة بدون مستشعر السرعة الفعلية للمحرك بناءً على نموذج رياضي وتدفق مغناطيسي، باستخدام مستشعر سرعة افتراضي لإنشاء نظام تحكم ذي حلقة مغلقة.
7. ماذا لو انحرفت السرعة الفعلية عن السرعة المحددة؟
في حالة التشغيل بنظام الحلقة المفتوحة، حتى لو أصدر العاكس ترددًا محددًا، ستختلف سرعة المحرك ضمن نطاق الانزلاق المقدر (1%-5%) عند تعرضه لحمل. في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية في التحكم بالسرعة، حيث يجب أن يكون التشغيل قريبًا من السرعة المحددة حتى مع اختلافات الحمل، يمكن استخدام عاكس مزود بوظيفة التغذية الراجعة بي جي (اختياري).
8. إذا تم استخدام محرك مع بي جي، فهل تتحسن دقة السرعة بعد التغذية الراجعة؟
تُحسّن المحولات المزوّدة بوظيفة التغذية الراجعة بي جي الدقة. ومع ذلك، تعتمد دقة السرعة على دقة بي جي نفسها ودقة تردد خرج المحول.
9. ماذا تعني وظيفة منع التوقف؟
إذا كان زمن التسارع المُعطى قصيرًا جدًا، فإن التغير في تردد خرج العاكس سيتجاوز بكثير التغير في السرعة (التردد الزاوي الكهربائي)، مما يؤدي إلى تعطل العاكس بسبب التيار الزائد وتوقفه عن العمل. تُسمى هذه الحالة "توقف". لمنع التعطل والسماح للمحرك بمواصلة العمل، يجب الكشف عن مقدار التيار للتحكم في التردد. عندما يكون تيار التسارع كبيرًا جدًا، يجب إبطاء معدل التسارع بشكل مناسب. وينطبق الأمر نفسه أثناء التباطؤ. ويشكل الجمع بين الاثنين دالة "توقف".
10. ما أهمية النماذج التي يمكن فيها ضبط أوقات التسارع والتباطؤ بشكل منفصل، والنماذج التي يمكن فيها ضبط أوقات التسارع والتباطؤ معًا؟
تُعدّ النماذج التي يُمكن فيها ضبط التسارع والتباطؤ بشكل منفصل مناسبةً للتطبيقات التي تتطلب تسارعًا قصير المدة وتباطؤًا بطيئًا، أو لأدوات الآلات الصغيرة التي تتطلب دورة إنتاج دقيقة. أما في تطبيقات مثل محركات المراوح، حيث تكون أوقات التسارع والتباطؤ أطول، فيمكن ضبط كلٍّ من أوقات التسارع والتباطؤ معًا.
11. ما هي وظائف الحماية التي يمتلكها محول التردد؟
يمكن تقسيم وظائف الحماية إلى الفئتين التاليتين:
(1) تصحيح الظروف غير الطبيعية تلقائيًا، مثل منع توقف التيار الزائد ومنع توقف الجهد الزائد المتجدد.
(2) حجب إشارة التحكم تعديل عرض النبضة لجهاز أشباه الموصلات الكهربائية بعد اكتشاف أي خلل، مما يؤدي إلى توقف المحرك تلقائيًا. ومن الأمثلة على ذلك: قطع التيار الزائد، وقطع الجهد الزائد المتجدد، وارتفاع درجة حرارة مروحة تبريد أشباه الموصلات، والحماية من انقطاع التيار الكهربائي الفوري.
12. لماذا يتم تنشيط وظائف حماية المحول الترددي عند توصيل الحمل باستخدام القابض؟
عند استخدام قابض لتوصيل حمل، يتحول المحرك فجأةً من حالة خالية من الحمل إلى حالة انزلاق عالية. ويؤدي التيار الكبير المتدفق عبره إلى تعطل العاكس بسبب التيار الزائد، مما يجعله غير قادر على العمل.
13. لماذا يتوقف العاكس عن العمل عندما تبدأ المحركات الكبيرة في نفس المصنع في العمل معًا؟
عند بدء تشغيل المحرك، يتدفق تيار بدء يتوافق مع سعته. يؤدي هذا إلى انخفاض جهد المحول على جانب الجزء الثابت للمحرك. ويكون لهذا الانخفاض في الجهد تأثير أكبر عندما تكون سعة المحرك كبيرة. تُصدر العاكسات المتصلة بالمحول نفسه تقديرًا بانخفاض الجهد أو التوقف اللحظي، مما يؤدي أحيانًا إلى تفعيل وظيفة الحماية (اي بي اي) وتوقف المحرك.
14. هل من الممكن توصيل المحرك مباشرة إلى عاكس التردد الثابت دون استخدام التشغيل الناعم؟
يُمكن تشغيل المحرك بترددات منخفضة جدًا. أما إذا كان التردد عاليًا، فإن الظروف تُشبه التشغيل المباشر من مصدر طاقة رئيسي. سيتدفق تيار بدء كبير (6-7 أضعاف التيار المُصنّف)، ولأن العاكس يقطع التيار الزائد، فلن يتمكن المحرك من التشغيل.
١٥. هل يُمكن استخدام مُحوّل تردد لتشغيل مُحرّك أحادي الطور؟ هل يُمكن استخدام مُزوّد طاقة أحادي الطور؟
عمومًا، لا. بالنسبة للمحركات أحادية الطور المزودة بمفتاح تشغيل للتحكم في السرعة، يحترق الملف المساعد عند التشغيل دون نقطة التشغيل؛ أما بالنسبة للمحركات التي تعمل بالمكثف أو التي تعمل بالمكثف، فسيؤدي ذلك إلى انفجار المكثف. عادةً ما تكون محولات التردد ثلاثية الطور، ولكن بعض الطرز ذات السعة الصغيرة يمكن تشغيلها بمصدر طاقة أحادي الطور.
