ما هي أنواع محولات التردد المختلفة؟

محولات التردد تغير عدد المرات التي تتدفق فيها الكهرباء لتناسب المعدات. هذه الأجهزة مهمة للغاية في المصانع والطائرات والسفن. أنها تساعد في توفير الطاقة ودعم أنظمة الطاقة الخضراء. هناك ثلاثة أنواع رئيسية: الدوران ، الحالة الصلبة ، والستاتية. يقوم الناس أيضًا بتجميعهم من خلال كيفية عملهم ، وكيفية التحكم فيها ، وكيفية تخزين الطاقة. يساعد اختيار الصحيح محول التردد الشركات على توفير المال واتباع القواعد.

تقنيات محول التردد

محولات التردد الدوار

تستخدم محولات التردد الدوار المحركات والمولدات الكهربائية معًا. أنها تغير وتيرة الطاقة الكهربائية. تحتوي هذه الآلات على أجزاء متحركة تربط المدخلات والمخرجات. يمكن لمحولات الدوارة التعامل مع الكثير من الطاقة. أنها تعمل بشكل جيد في أماكن صعبة مثل السكك الحديدية والمصانع الثقيلة. الناس يستخدمونها حيث يجب أن تكون الطاقة ثابتة وموثوقة.

تساعد المحولات الدوارة على الحفاظ على أنظمة الطاقة مستقرة. يستخدمون الطاقة المخزنة في أجزاء الغزل الخاصة بهم. تظهر الدراسات أن المحولات الدوارة تنهار أقل من الأنواع الثابتة. على سبيل المثال ، في خط سكة حديد السويد ، عملت محولات الدوار بشكل أفضل واستمرت لفترة أطول. ولكن ، يمكن أن يواجهوا مشاكل مثل التواء في العمود. يقوم المهندسون بإصلاح هذه مع أنظمة التحكم الخاصة.

الميزات الرئيسية:

• يعالج الكثير من القوة والوظائف الصعبة

• موثوقة مع عدد أقل من الأعطال

• يحتاج إلى رعاية منتظمة بسبب نقل الأجزاء

التطبيقات النموذجية:

• السكك الحديدية

• المصانع

• محطات الطاقة

محولات تردد الحالة الصلبة

تستخدم الحالة الصلبة محولات تردد الأجزاء الإلكترونية مثل الترانزستورات والثنائيات. أنها تغير وتيرة الكهرباء. هذه المحولات لا تحتوي على أجزاء متحركة. هذا يجعلهم أصغر وأخف وزنا وأسهل لرعاية. أصبحت محولات الحالة الصلبة شائعة في الثمانينات. الآن ، يتم استخدامها كثيرًا ، خاصة بالنسبة لسلطة 400 هرتز في الولايات المتحدة.

تكلفة محولات تردد الحالة الصلبة أقل للشراء وتشغيلها من أنواع الدوران. أنها لا تصنع الانبعاثات وتحتاج إلى مساحة أقل. تستخدم التصميمات الجديدة أنظمة التحكم الذكية. يمكنهم الاتصال بشبكات الشيكات في الوقت الفعلي والإصلاحات المبكرة. تساعد أدوات الذكاء الاصطناعي في تخمين المدة التي ستستمر فيها هذه المحولات. هذا يجعلها جيدة لشواحن السيارات الكهربائية وأنظمة الطاقة الخضراء.

الميزات الرئيسية:

• صغيرة وخفيفة

• لا يحتاج إلى رعاية قليلة ولا انبعاثات

• تساعد أدوات الذكاء الاصطناعى في التنبؤ بمدة استمرارها

التطبيقات النموذجية:

• المطارات والطائرات

• مراكز البيانات

• أنظمة الطاقة الخضراء

محولات التردد الثابت

تستخدم محولات التردد الثابت ، التي تم تجميعها أحيانًا مع أنواع الحالة الصلبة ، إلكترونيات الطاقة لتغيير الترددات. ليس لديهم أجزاء متحركة. هذه المحولات هي الآن النوع الأكثر شيوعًا. في عام 2023 ، شكلوا 68.2 ٪ من السوق. يركز تصميمهم على أن يكون موثوقًا وفعالًا وسهل العناية به.

تُظهر الاختبارات أن محولات التردد الثابت يمكن أن تبدأ آلات كبيرة بأقل طاقة. يستخدمون المرشحات الخاصة لخفض الضوضاء الكهربائية والعمل بشكل أفضل. تتيح لك المحولات الثابتة أيضًا التحكم في قوة بدء التشغيل جيدًا. هذا يساعد على حماية الآلات.

الميزات الرئيسية:

• لا توجد أجزاء متحركة ، موثوقة للغاية

• يحتاج إلى رعاية قليلة

• يعمل بكفاءة ويتحكم بشكل جيد

التطبيقات النموذجية:

• المصانع

• الصناعات العملية

• محركات ومضخات كبيرة

ملاحظة: محولات التردد الثابت ، بما في ذلك محولات تردد 50 هرتز ، مهمة للغاية في صناعة اليوم. إنها موثوقة وسهلة العناية بها ، لذلك تختارها العديد من الشركات.

أنواع محولات التردد عن طريق الطريقة

محول تردد AC-AC

يقوم محول تردد AC-AC بتغيير جهد التيار المتردد وتكراره إلى آخر. لا يحول التيار المتردد إلى العاصمة أولاً. يستخدم هذا المحول مفاتيح خاصة لربط الإدخال والإخراج. محولات المصفوفة هي نوع شائع. يستخدمون شبكة من المفاتيح للتحكم في تدفق الكهرباء.

محولات AC-AC جيدة للتحكم في سرعة المحرك. كما أنها تساعد إمدادات الطاقة في المصانع. يمكن أن تساعد هذه المحولات في إرسال الطاقة عبر المسافات المتوسطة.

وأظهرت دراسة جديدة تصميم محول AC-AC جديد عمل بكفاءة 98 ٪. كان لديه عامل قوة 0.97. كما وجدت الدراسة انخفاض تشويه التوافقي الكلي وفقدان الطاقة أقل. هذا يعني أن المحول يوفر الطاقة ويعمل بشكل أفضل مع المحركات.

المزايا:

• كفاءة عالية وعامل الطاقة

• التحويل المباشر ، عدد أقل من الأجزاء

• حجم مضغوط

عيوب:

• نظام التحكم المعقد

• يحتاج إلى تبديل دقيق

• ارتفاع تكلفة التصميمات المتقدمة

الاستخدامات الشائعة:

• محركات السيارات

• إمدادات الطاقة الصناعية

• انتقال الطاقة متوسطة المسافات

محول تردد AC-DC-AC

يقوم محول تردد AC-DC-AC أولاً بتغيير طاقة التيار المتردد إلى العاصمة. ثم يغير العاصمة مرة أخرى إلى التيار المتردد بتردد جديد والجهد. تستخدم هذه العملية مقومًا وعاكسًا. تستخدم العديد من محولات التردد هذه الطريقة ، خاصة بالنسبة لمحركات السرعة المتغيرة.

تتيح لك محولات AC-DC-AC التحكم في الجهد والتردد بسهولة. هذا يساعد على تشغيل المحركات بسرعات مختلفة. كما أنها تجعل جودة الطاقة أفضل وأقل قطرات الجهد.

أنظمة التيار المتردد يمكن أن تغير الجهد مع المحولات. تحتاج أنظمة DC إلى المزيد من الخطوات ويصعب التحكم فيها. محولات AC-DC-AC أكثر تعقيدًا ولكنها تعطي تحكمًا أفضل وكفاءة في بعض الأحيان.

تشير الدراسات إلى أن محولات AC-DC-AC يمكن أن تجعل جودة الطاقة أفضل وإصلاح عامل الطاقة. على سبيل المثال ، يمكن لمحول AC-DC-AC أحادي الطور خفض تيار المحولات والحفاظ على جهد الإخراج ثابتًا. غالبًا ما تستخدم هذه المحولات في إمدادات الطاقة غير المنقطعة ومنظمات الجهد.

المزايا:

• الجهد المرن والتحكم في التردد

• جيد لمحركات السرعة المتغيرة

• يمكن تحسين جودة الطاقة

عيوب:

• تصميم أكثر تعقيدًا

• ارتفاع تكلفة بسبب أجزاء إضافية

• يحتاج إلى تبريد ومراقبة دقيق

الاستخدامات الشائعة:

• محركات محرك السرعة المتغيرة

• أنظمة UPS

• منظمات الجهد

نصيحة: اختر محول التردد الصحيح للوظيفة. محولات AC-AC هي الأفضل للتغييرات المباشرة البسيطة. تكون محولات AC-DC-AC أفضل عندما تحتاج إلى مزيد من التحكم وجودة طاقة أفضل.

أنواع تخزين الطاقة DC Link

محول تردد نوع الجهد

يستخدم محول تردد نوع الجهد رابط DC مع مكثف كبير لعقد الطاقة. يجلس المكثف بين المقوم والعاكس. يساعد على تسهيل التيار ويبقي الجهد ثابت. هذا يوقف طفرات الجهد التي يمكن أن تؤذي الأجزاء الحساسة. على سبيل المثال ، في مائلات الجر ، يقلل مكثف Link DC تموج الجهد ويبقي النظام آمنًا.

كما يجعل مكثف رابط DC النظام يعمل بشكل أفضل ويستمر لفترة أطول. في توربينات الرياح ، يقوم ارتباط DC بتنعيم جهد التيار المستمر قبل أن يذهب إلى العاكس. يتيح هذا الجهد الثابت للعاكس صنع مخرج AC نظيف. كما يقلل المكثف من الضوضاء الكهربائية ويحافظ على جودة الطاقة عالية.

يختار المهندسون المكثفات رابط DC من خلال النظر في بعض الأشياء. ويشمل ذلك مقدار الرسوم التي يمكن أن تحملها ، ومقدار تيار التموج الذي يمكن أن يتخذه ، وتصنيف الجهد ، ومدة استمراره. غالبًا ما يستخدمون أنواعًا مختلفة من المكثفات معًا للحصول على أفضل النتائج. يوضح الجدول أدناه أشياء مهمة حول مكثفات ارتباط DC:

محول تردد النوع الحالي

يستخدم محول تردد النوع الحالي محثًا في رابط DC لتخزين الطاقة كتيار. هذا التصميم يبقي الحالية ثابتة ويتحكم في كيفية تدفقه إلى العاكس. يساعد المحث على إيقاف ارتفاع الطاقة ويقلل تموجة التيار. محولات النوع الحالية مفيدة لاستخدام الطاقة الكبيرة واستخدام المصنع.

تظهر الأبحاث الجديدة أن محولات النوع الحالي الحديثة تستخدم أشباه الموصلات الخاصة مثل مفاتيح SIC و Hybrid. هذه التغييرات تجعلها تعمل بشكل أفضل وتعبئة المزيد من الطاقة في مساحة أقل. على سبيل المثال ، أظهرت دراسة حول المحولات عالية التردد مع مفاتيح هجين تبريد أفضل وفقدان الطاقة أقل. يستخدم المهندسون أيضًا محاثات خاصة لخفض خسائر تيار الدوامة ، مما يساعد المحول على البقاء باردًا ويعمل بشكل جيد.

يمكن أن تعمل محولات النوع الحالية بترددات عالية جدًا ، وأحيانًا ما يصل إلى مئات كيلوهيرتز. هذا يعني أجزاء أصغر وأداء أفضل. في أنظمة الطاقة الحقيقية ، مثل اتصالات شاطئ السفينة ، تساعد محولات النوع الحالية في مطابقة ترددات الطاقة والتعامل مع الأحمال الكبيرة بأمان.

يمكن لعاكس تردد التيار المستمر استخدام إما تخزين الطاقة الجهد أو النوع الحالي ، اعتمادًا على ما يجب القيام به. يغير الاختيار حجم المحول ، ومدى نجاحه ، ومدة استمراره.

طرق التحكم في محول التردد

V/F التحكم

يسمى التحكم V/F أيضًا Volts-Per-Hertz Control. يحافظ على الجهد والتردد في نفس النسبة. هذه الطريقة جيدة للوظائف الحركية البسيطة. الناس يستخدمونها في المعجبين والمضخات والناقلات. مهندسون مثل التحكم V/F لأنه سهل الاستخدام. لا يحتاج إلى أجهزة استشعار خاصة. يساعد المحركات في التشغيل بسرعات مختلفة. لكنها لا تستطيع التحكم في عزم الدوران جيدًا. لذلك ، ليس من الأفضل للوظائف الصعبة.

التحكم في المتجهات

يسمى التحكم في المتجه أحيانًا التحكم الموجهة نحو الحقل. ويستخدم الرياضيات للتحكم في السرعة وعزم الدوران. هذه الطريقة تتحقق من موضع المحرك والتيار. التحكم في المتجه يعطي نتائج سريعة ودقيقة. إنه يعمل حتى لو تغير الحمل بسرعة. المصانع تستخدمه للروبوتات والرافعات والمصاعد. إنه أمر جيد عندما تحتاج إلى التحكم القوي والمحرك الدقيق.

التحكم في التردد التفاضلي

التحكم في التردد التفاضلي يغير تردد الإخراج حسب الحاجة. ينظر إلى الفرق بين ما تريد وما تحصل عليه. هذا يساعد على إبقاء النظام ثابتًا عندما تتغير الأمور بسرعة. تستخدم محطات الطاقة والشبكات الكبيرة هذه الطريقة. يساعد توازن إمدادات الطاقة والطلب. تحقق المهندسون من مدى تغيير التردد والجهد. كما ينظرون إلى مدى سرعة تفاعل النظام. يقومون بفحص الطاقة الاحتياطية أيضًا.

PWM والطرق ذات الصلة

يستخدم تعديل عرض النبض (PWM) مفاتيح سريعة للتحكم في الجهد والتردد. طرق أخرى مثل SPWM و SVPWM و PAM تعمل بطرق مماثلة. PWM يغير مدى عرض كل نبض الجهد. هذا يساعد على التحكم في القوة. تظهر الدراسات أن اختيار تردد PWM الصحيح يحفظ الطاقة. كما أنه يجعل النظام يعمل بشكل أفضل. على سبيل المثال ، جعلت وحدة التحكم الجديدة النظام رد فعل أسرع بكثير. كما خفضت تموج التيار. جعلت PWM المتزامنة عزم الدوران بشكل أفضل ومحركات أكثر هدوءا. وجد المهندسون أن تردد PWM بالقرب من 1 كيلو هرتز يعمل بشكل أفضل للعديد من محركات الأقراص.

نصيحة: PWM وأنواعها المتقدمة تساعد المحولات على تشغيل بهدوء وبارد. كما أنها تجعل من السهل التحكم في السرعة وعزم الدوران في المحركات الكهربائية.

أنواع العاكس التردد عن طريق التطبيق

الجهد المنخفض والجهد العالي

يتم استخدام محولات تردد الجهد المنخفض في المنازل والشركات الصغيرة. كما أنها تعمل في صناعة الضوء. هذه المحولات تتصل بشبكات الجهد المنخفض. وعادة ما يتعاملون مع الأحمال تحت 6 كيلوواط. يجب أن تتبع قواعد صارمة لمكافحة الجهد. غالبًا ما يستخدمون الطاقة التفاعلية للحفاظ على الشبكة ثابتة. الكفاءة أفضل في انخفاض مستويات الجهد DC. هذا يناسب ما تحتاجه معظم المنازل والشركات الصغيرة. محولات التردد عالية الجهد مخصصة للمصانع الكبيرة ومحطات الطاقة. كما أنها تستخدم في الصناعة الثقيلة. هذه المحولات إدارة الأحمال الأكبر. يجب أن يتعاملوا مع تغييرات جهد أكثر تعقيدًا وعامل الطاقة. يساعد كلا النوعين في مطابقة إمدادات الطاقة مع ما يحتاجه كل مكان.

نصيحة: اختر محولات منخفضة الجهد أو عالي الجهد بناءً على حجم الحمل ونوع الشبكة.

مرحلة واحدة وثلاثة مراحل

يعطي مائلات المرحلة الواحدة الطاقة للأحمال الصغيرة. يتم استخدامها لأشياء مثل الأجهزة المنزلية والآلات الصغيرة. يستخدمون إدخال AC أحادي الطور. هذا يجعلها بسيطة ورخيصة. تعمل العزف ثلاثية الطور على تشغيل الآلات الأكبر وأجهزة المصنع. يستخدمون ثلاث مراحل AC. هذا يعطي تشغيل أكثر سلاسة وتحديد معالجة الحمل. يوضح الجدول أدناه الاختلافات الرئيسية:

الغرض العام والأداء العالي

يتم صنع المحولات للأغراض العامة لوظائف المصنع العادية. أنها تعطي السيطرة الأساسية. أنها تعمل بشكل جيد للمضخات والمعجبين والناقلات. العزفون عالي الأداء مخصصون للوظائف الصعبة في الطائرات والجيش والصناعة الثقيلة. هذه العاكسات تعطي السيطرة المتقدمة والمزيد من القوة. كما أنها تعمل في نطاقات التردد الأوسع. على سبيل المثال ، يمكن أن تصل النماذج عالية الأداء إلى 400 هرتز أو أكثر. عادة ما يبقى المحولات للأغراض العامة بالقرب من 50-60 هرتز. المصانع تختار المحولات عالية الأداء للسرعة الدقيقة وعزم الدوران.

التردد العالي ، IGBT ، MOSFET

تؤثر الأجزاء الموجودة داخل المحولات على كيفية عملها. العزف المستند إلى IGBT مفيد للفولتية التي تزيد عن 400 فولت. وهي تعمل بشكل أفضل في الترددات التي تقل عن 100 كيلو هرتز. يمكنهم التعامل مع الكثير من الطاقة والبقاء باردين. العزف المستند إلى MOSFET أفضل في الترددات العالية والفولتية المنخفضة. هذا يجعلها رائعة لتبديل إمدادات الطاقة والإلكترونيات السريعة. يستخدم العزفون عالي التردد هذه الأجزاء لإعطاء طاقة نظيفة وثابتة في المختبرات والبحث. كما أنها تستخدم في الفضاء. يختار المهندسون الجزء الصحيح بناءً على الجهد والتردد والوظيفة.

ملاحظة: تبين الدراسات أن أشياء مثل الجهد والتيار ودرجة الحرارة تساعد في فرز وتحسين أداء العاكس. يساعد التعلم الآلي الآن على مشاهدة العاكسات المحاكمة وجعلها تعمل بشكل أفضل في النباتات الشمسية والأماكن الأخرى.

إن معرفة أنواع محولات التردد تساعد الأشخاص على اختيار واحد مناسب. كل نوع هو الأفضل لبعض الوظائف. يجب على الناس التفكير فيما يحتاجون إليه والقواعد المحلية قبل الشراء. يمكن للخبراء المساعدة في المشاريع الصعبة. التكنولوجيا الجديدة تجعل هذه الأجهزة أفضل وأسهل في الاستخدام.

التعليمات

ماذا يفعل محول التردد؟

محول التردد يغير عدد المرات التي تتدفق فيها الكهرباء. هذا يتيح للآلات العمل بالسرعة المناسبة أو القوة. المصانع والمنازل تستخدمها لتوفير الطاقة. كما أنها تساعد في حماية المعدات من الأضرار.

كيف يختلف محول التردد الدوار عن نوع الحالة الصلبة؟

يحتوي محول التردد الدوار على أجزاء متحركة مثل المحركات والمولدات. يستخدم محول الحالة الصلبة الأجزاء الإلكترونية ولا يحتوي على قطع متحركة. الأنواع الدوارة يمكن أن تتعامل مع المزيد من الطاقة. أنواع الحالة الصلبة أصغر وأسهل في العناية بها.

أين يستخدم الناس محولات التردد في أغلب الأحيان؟

يستخدم الناس محولات التردد في المصانع والقطارات والسفن والطائرات. كما أنها تساعد في مراكز البيانات وأنظمة الطاقة الخضراء. هذه الأجهزة تبقي الآلات تعمل بشكل جيد وتساعد على توفير الطاقة.

هل يمكن أن تساعد محولات التردد في توفير الطاقة؟

نعم ، تساعد محولات التردد في توفير الطاقة. سمحوا للمحركات والآلات فقط بالسرعة التي تحتاجها. هذا يقلل من الطاقة الضائعة ويخفض فواتير الكهرباء.