تاريخ تطوير العاكس

بصفتي "معارف قديمة" في مجال التحكم الصناعي، كانت محولات التردد نشطة في العديد من الصناعات لعقود من الزمان. فهي تتحمل مسؤولية تنظيم سرعة المحرك، وتلعب دورًا لا غنى عنه في تحسين عمليات الإنتاج والحفاظ على الطاقة. من وجهة نظر مهنية، فهي في الواقع نوع من معدات التحكم في الطاقة التي تستخدم تقنية التردد المتغير وتقنية الإلكترونيات الدقيقة للتحكم في سرعة محرك التيار المتردد عن طريق تغيير تردد مصدر طاقة محرك التيار المتردد.

إذن، ما هي أهمية محول التردد لتنظيم سرعة المحرك؟ لماذا يكون التحكم في سرعة محرك التيار المتردد "ليس سوى ذلك"؟ فيما يتعلق بأهمية العاكس الترددي، فسوف نفهم عملية ميلاده وتطوره من الجوانب التالية.

عملية الميلاد والتطوير

خلفية العصر قبل ميلاد العاكس

في الإنتاج الصناعي، يعد استخدام المحركات للتحكم الدقيق في سرعة وموضع الأشياء أو المكونات عملية ضرورية. على سبيل المثال: معدات الرفع، ومعدات النول، وأحزمة نقل المواد، واللف والفك، وما إلى ذلك، وأنواع أخرى من الآلات والمعدات.

عندما تكون تقنية التحكم في سرعة المحرك لا تزال غير ناضجة، لا يمكن للناس استخدام سوى بعض المساعدات الميكانيكية لحل مشكلة التحكم في حركة الأشياء، مثل علب التروس، والقوابض، وما إلى ذلك، والتي لا يمكن تعديلها ميكانيكيًا. في حالة المحرك، من أجل تحقيق غرض رياضي معين، من الضروري استبدال علبة التروس، أو تغيير نسبة التروس، أو تبديل القابض. هذه العملية لا تستغرق وقتًا طويلاً فحسب، بل إنها أيضًا خسارة كبيرة للآلة.

استخدام المحركات للتحكم بدقة في سرعة وموضع الأشياء أو المكونات هو عملية ضرورية

في نوع آخر من سيناريوهات تطبيق التحكم في السوائل، يدفع المحرك المكره للدوران، وبالتالي دفع تدفق الغاز أو السائل أو توليد ضغط الغاز والضغط الهيدروليكي المقابل. في المرحلة المبكرة، لا يمكن التحكم في سرعة المحرك بحرية، ولا يمكن تحقيق التحكم في تدفق السوائل والضغط إلا من خلال فتح وإغلاق الصمام في خط الأنابيب، وهو مضيعة للطاقة الكهربائية.

في العصر الذي لا يوجد فيه عاكس تردد، نظرًا لأنه لا يمكن تعديل سرعة المحرك بحرية، من أجل تحقيق أغراض حركة معينة، يتعين على الآلة التقليدية إضافة العديد من الملحقات، مما لا يزيد فقط من تعقيد النظام الإجمالي والتكلفة، بل يحد أيضًا من مساحة الأداء والتطوير للجهاز، من أجل حل هذه المشاكل، كان إدخال تقنية التحكم في سرعة المحرك البسيطة والفعالة نقطة ساخنة ونقطة ألم في أبحاث النقل الصناعي.

في العصر الذي لا يوجد فيه عاكس تردد العاكس

معضلة تنظيم سرعة المحرك

كان التركيز في تنظيم سرعة المحرك في وقت مبكر دائمًا على محرك التيار المستمر. أحد الأسباب الرئيسية هو أن الناس يدركون أولاً تقنية التصحيح، والخصائص الميكانيكية لمحرك التيار المستمر مناسبة جدًا أيضًا لمشاهد معينة. أبسط طريقة لضبط جهد المحرك هي ربط المقاومات. كلما زادت المقاومة، زاد انخفاض الجهد، وقلت سرعة محرك التيار المستمر.

كلما زادت المقاومة، زاد انخفاض الجهد

ومع ذلك، فإن عيوب محرك التيار المستمر واضحة جدًا أيضًا. على سبيل المثال، تتطلب حلقة المجمع وفرشاة الكربون صيانة منتظمة، وعملية تصنيع محرك التيار المستمر معقدة، وتكلفة التصنيع عالية. وهذا يعني أن محركات التيار المستمر ليست مناسبة لمجموعة واسعة من تطبيقات المحرك.

محركات التيار المستمر ليست مناسبة لمجموعة واسعة من تطبيقات المحرك

مقارنة بمحركات التيار المستمر، فإن محركات التيار المتردد أبسط بكثير في البنية الداخلية، بدون محول وهياكل أخرى. فهي سهلة التصنيع ومستقرة، ومناسبة للتطبيقات عالية السرعة وعالية الجهد والتيار العالي. الشيء الوحيد الذي يحتاج إلى حل هو مشكلة التحكم في سرعة محرك التيار المتردد.

تطور عاكس التردد

نيكولا تيسلا يخترع محرك التيار المتردد

في عام 1888، تم تقديم محركات التيار المتردد والتيار المتردد، ولكن بعد فترة طويلة، لم تتمكن محركات التيار المتردد من العمل إلا بسرعة ثابتة واحدة أو أكثر بسبب أسبابها البنيوية. سرعتها تتناسب طرديًا مع التردد وتتناسب عكسيًا مع عدد أزواج الأقطاب.

n = 60 f（1 - s）/ p

يمكن ملاحظة من الصيغة أعلاه أن معدل الانزلاق “s” وزوج الأقطاب “p” هما المعلمات المميزة المتأصلة للمحرك. لا يمكن تغييرها بعد تصنيع المحرك. إذا كنت تريد ضبط السرعة بحرية، فما عليك سوى تغيير تردد الإدخال لمصدر الطاقة “f”. لا توجد وسيلة أساسية لضبط تردد جهد الشبكة بحرية قبل ولادة العاكس.

معدل الانزلاق “s” وزوج القطب “p” هي المعلمات المميزة المتأصلة للمحرك

في الثمانينيات، مع تطور تكنولوجيا أشباه الموصلات، وخاصة المعالجات الدقيقة والثايرستورات، تم استخدام المعالجات الدقيقة للتحكم في حالة التوصيل للثايرستورات. وبهذه الطريقة، يمكن استخدام المعالج الدقيق للتحكم في إغلاق التوصيل لعناصر التبديل الجسرية العلوية والسفلية، ويمكن إجراء التشغيل المستمر وفقًا لتوقيت محدد، بحيث يمكن تحويل التيار المباشر إلى تيار متناوب، وهو ما نسميه غالبًا تقنية العاكس؛ وفي الوقت نفسه، يمكننا ضبط دورة تشغيل مكون الطاقة للفتح والإغلاق، مما يعني أنه يمكن تحقيق تعديل تردد خرج العاكس.

أخيرًا، بالاقتران مع تقنية التصحيح، يمكننا تحويل التردد القياسي للشبكة بسرعة إلى التردد المقابل والتيار المتردد للجهد المقابل وفقًا لسعة وتردد مصدر الطاقة المطلوب، وبالتالي تغيير تردد إدخال المحرك لتحقيق التحكم في تعديل سرعة محرك التيار المتردد. بعد فترة طويلة من التطور التكنولوجي والجهود الدؤوبة من العلماء، تمت ترقية العاكس الترددي وتطوره في تطبيق واحد، وأصبح تدريجيًا ما نراه اليوم.

منتجات VEICHI

دعونا نفهم تطور العاكس من البداية، ثم نقدم تطور تقنية تحويل التردد. يمكن تقسيمها بشكل أساسي إلى المراحل الثلاث التالية.

1. استبدال إلكترونيات الطاقة

مع التطور المستمر لأجهزة أشباه الموصلات، نستخدم جهازًا يتم التحكم فيه بالكامل بدلاً من الثايرستور شبه المتحكم فيه (SCR) لتغيير شكل الموجة الناتجة إلى شكل موجة PWM بتعديل عرض النبضة، مما يقلل بشكل كبير من المكونات التوافقية، ويزيد نطاق سرعة المحرك غير المتزامن، ويتم تقليل تقلب عزم الدوران.

يمكن أن يصل تردد تشغيل IGBT عمومًا إلى ما بين 10 و20 كيلو هرتز. وبالمقارنة مع BJT لـ BJT ثلاثي الأقطاب، فإن تردد التشغيل أعلى بمقدار مرتبة واحدة، وخاصة من حيث بعض مؤشرات الجهد والتيار، والتي تجاوزت استخدام BJT، مثل تحمل زيادة التيار، وذروة حجب الجهد وما إلى ذلك. وبسبب استخدام IGBTs، يمكن زيادة تردد الناقل وحتى يمكن تشكيل شكل موجة PWM المطلوب، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من الضوضاء التوافقية. لذلك، في تطبيقات العاكس الحالية، حلت IGBT بشكل أساسي محل BJT.

تعتبر IPM وحدة طاقة ذكية؛ فهي تستخدم IGBT كجهاز تبديل، والذي لا يدمج جهاز تبديل الطاقة ودائرة القيادة فحسب. بل يدمج أيضًا دوائر اكتشاف الأعطال مثل الجهد الزائد والتيار الزائد والسخونة الزائدة، ويمكنه إرسال إشارات اكتشاف إلى وحدة المعالجة المركزية. حتى في حالة حدوث حادث تحميل أو استخدام غير سليم، يمكن ضمان خلو IPM نفسها من التلف.

وحدة IGBT

2. تطوير طرق التحكم

تعتمد طريقة التحكم السابقة في العاكس على نسبة الجهد الثابت وهي التحكم V/f. V هي القيمة الفعالة للجهد. يمكن لتغيير V/f فقط ضبط تدفق الحالة المستقرة وعزم الدوران للمحرك. من أجل تحسين عزم الدوران في ظل ظروف التردد المنخفض، يلزم تعزيز عزم الدوران. عادة، يتم تعويض الجهد، ويمكن لبعضها تعويض انخفاض جهد لف الجزء الثابت بتغييرات الحمل.

لاحقًا، ظهر في العاكس طريقة تحكم جديدة - التحكم المتجه. مبدأها الأساسي هو إنشاء نموذج للمحرك DC المكافئ، ويتم تحليل تيار الجزء الثابت للآلة غير المتزامنة إلى مكون الإثارة ومكون عزم الدوران بشكل منفصل. يعد التحكم في متجه الإثارة هو الأكثر أهمية، لذلك يُطلق على التحكم المتجه التحكم الموجه في المجال، ويكون التحكم في عزم الدوران غير مباشر.

رسم تخطيطي لهيكل نظام التحكم المتجهيتطلب التحكم المتجه عمليات تحويل الإحداثيات والحاجة إلى اكتشاف إشارة السرعة الفعلية، لذلك يلزم وجود مستشعر السرعة للتغذية الراجعة التي تعد تحكم متجه حلقة مغلقة. بعد ذلك، يتم اقتراح مخطط متجه للتحكم في المتجه بدون مستشعر للسرعة، والذي يتم حسابه بناءً على جهد الطور وتيار الطور للتشغيل الفعلي للمحرك ومعلمات لفائف الجزء الثابت والدوار، ثم يتم حساب قيم ملاحظة تدفق الدوار وتيار عزم الدوران، وبالتالي تحقيق التحكم المتجه للمجال الموجه.

هناك طريقة أخرى للتطوير بالتوازي مع التحكم المتجه تسمى التحكم المباشر في عزم الدوران (DTC)، والتي تؤكد على التحكم المباشر في عزم الدوران. تعتمد الطريقة على جهد وتيار المحرك المقاس لحساب القيمة المقدرة لتدفق وعزم دوران المحرك، وبعد التحكم في عزم الدوران، يمكن أيضًا التحكم في سرعة المحرك.

3. التنويع الوظيفي

يعتمد عاكس التردد الحالي على معالج دقيق قوي للغاية، بالإضافة إلى المهام الأساسية لتنظيم سرعة تحويل تردد المحرك، هناك أيضًا مجموعة متنوعة من الوظائف المضمنة. على سبيل المثال:

(1) التسارع والتباطؤ التلقائي.
(2) تشغيل البرنامج.
(3) عملية توفير الطاقة التلقائية.
(4) التعلم الذاتي لمعلمات المحرك.
(5) عملية التحكم في PID.
(6) وظائف الاتصال والتغذية الراجعة.

في سبعينيات القرن العشرين، اقترح مهندسو شركة سيمنز لأول مرة نظرية التحكم في ناقل المحرك غير المتزامن لحل مشكلة التحكم في عزم دوران المحرك المتردد. بالنسبة للتحكم المباشر في عزم الدوران، اعتقدت الأدبيات العامة أنه تم تدريسه من قبل البروفيسور م. ديبنبروك من جامعة الرور وإي. تاكاهاشي من اليابان وتم اقتراحه بشكل منفصل في عام 1985. يمكن ملاحظة أن نتائج أبحاث التحكم في المحرك في الدول الأجنبية أقدم من تلك الموجودة في الصين، كما تدخل منتجات العاكس الخاصة بهم مجال رؤية الجمهور قبل علاماتنا التجارية المحلية.

VEICHI

الآن، مع التعلم المستمر والبحث من قبل العديد من المهندسين في هذا المجال في الصين، فإن صناعة العاكس المحلية، من حيث العلامة التجارية والأداء والسعر، قد أرضت إلى حد كبير حالة تطوير الصناعة الصينية. باعتبارها شركة متخصصة في البحث والتطوير والإنتاج وصيانة محولات التردد، تركز VEICHI على البحث في هذا المجال، وتصنع كل منتج من منتجات عكس التردد بعناية للمساهمة في مستقبل التصنيع الذكي 2025.