تويت
مبدل تيار
Current converter - -
مبدل التيار
مبدل التيار current inverter هو جسر إلكتروني مكون من عناصر ثايرستورية نصف ناقلة semi - conductor، يأخذ التيار المستمر من المنبع ويحقنه في الحمل، كما يعمل على تبديله commutate دورياً من طور إلى طور آخر في الحمل، بحيث يصبح متناوباً. بناء عليه يطلق أيضاً على نظام مبدل التيار المستمر إلى تيار متناوب بـ DC-AC converter. وقد يكون المبدل أحادي الطور أو ثلاثي الطور. ويعمل مبدل التيار على تبديل قطبية التيار، وذلك خلافاً لمبدل التوتر الذي يعمل على تبديل قطبية التوتر . voltage inverter
وقد يطلق عليه اسم معرجinverter في بعض الأحيان. يرتبط اسم المبدل أو المعرج بخواص المنبع والحمل ومواصفاتهما، ويمكن من هذه الخواص استنتاج طبيعة التبديل الواجب تحقيقه من خلال عناصر أنصاف النواقل المستخدمة.
أنواع المبدلات:
تميز ثلاثة أنواع من المبدلات وفقاً لطريقة تشغيلها:
1 ـ مبدل التوتر voltage inverter
2 ـ مبدل التيار current inverter
3 ـ المبدل المهتز resonant inverter
تستخدم الأنواع الثلاثة لتحويل التوتر أو التيار المستمر إلى توتر أو تيار متناوب، وقد سُميَّت مبدلات التيار أو التوتر لأنها تغذى من منبع تيار / أو توتر مستمر. و أخذت المبدلات المهتزة اسمها بسبب أن عملية التبديل نتيجة حدوث اهتزاز أو طنين في دارة الحمل.
إن طبيعة المنبع المستمر هي التي تفرض نوعية الحمل المتناوب، وعليه فإن مبدلات التيار (C.I) يجب أن تغذي حمل توتر، كما أن مبدلات (معرجات) التوتر (V.I) يجب أن تغذي حمل تيار. يتم عادةً تحقيق منبع التيار (الشكل 1) باستخدام جسور تقويم مع إضافة كبيرة على التسلسل مع خرج جسر التقويم المستمر، وذلك بهدف الحفاظ على تيار حمل ثابت. كما أن تحقيق منبع توتر (الشكل 2) يتم باستخدام جسور تقويم وإضافة مكثف ذي سعة كبيرة على التفرع مع الخرج المستمر، بقصد الحفاظ على توتر ثابت مهما تغير الحمل.
في بدايات استخدام مبدلات التيار، أو مبدلات التوتر كان تشغيل القاطع الإلكتروني يستمر طوال فترة نصف الدور الموجب (أو السالب). لكن بعد تطور بنية العناصر الإلكترونية وتطور أسلوب القياس أمكن تقطيع فترة تشغيل العنصر الواحد في أثناء نصف الدور ، والعمل على تشغيله وفصله عدة مرات (من 5 إلى50 مرة) في نصف الدور الواحد، وسمي هذا النظام بنظام تعديل عرض النبضة pulse width modulation . إن الغاية الأساسية من هذا النظام هي تخفيف الفاقد في العناصر الإلكترونية وتحديد رتبة التوافقيات ومطالها في توتر الخرج وتياره، وهذا بدوره ينقص المفاقيد و التوافقيات في الحمل ويحسن من أداء المحركات الكهربائية المربوطة إلى المبدلات.
1 ـ مبدأ عمل مختلف المبدلات:
يمثل الشكل (3) بنية مبدل أحادي الطور، تحتوي دارته أربعة قواطع هي (K1, K2, K3, K4) وتوتر الدخل مستمر E، والحمل مختلط له نهايتان، O & O`. سيتم في النصف الأول للدور (أي الفترة 0) توصيل القواطع K1 & K3 وفصل القواطع K4 & K2. عندئذٍ سيرتبط طرف الحمل O إلى القطب الموجب للمنبع النقطة (a) عبر القاطع K1 وسيمر فرضاً تيار موجب. وسيتم في النصف الثاني للدور (أي الفترة T/2 < t < T) فصل القاطعين K1 وK3 وتوصيل القاطعين K2 وK4 سيتصل عندئذٍ طرف الحمل O بالقطب السالب النقطة (b) للمنبع عبر K4 وسيمر التيار في الحمل باتجاه معاكس للحالة الأولى، و بالمقابل الطرف في نصف الدور الأول كان متصلاً بالقطب السالب النقطة (b) عبر K3، ونصف الدور الثاني اتصلت بالقطب الموجب (a) مباشرة عبر K2.
2ـ مبدل التيار أحادي الطور monophase current inverter:
تختلف بنية مبدلات التيار عن بنية مبدلات التوتر، من حيث طريقة التبديل أو فصل العنصر الذي كان موصلاً ونقله لحالة الحجز أو الفصل.
يبين الشكل (4) بنية معرج التيار أحادي الطور، ويُلاحظ من الشكل أن هذا النوع من المبدلات لا يحتاج إلى وضع ديودات حرة على التفرع لكل عنصر قطع أو تبديل خلافاً لمعرجات التوتر. ويمكن القول إن المكثف هو العنصر الأساسي المستخدم لتحقيق التبديل أو الحجز للثايرستور المستخدم كعنصر قطع في هذه المبدلات.
لدى تطبيق نبضات القدح على الثايرستورين Th1 وTh3 عند الزمن t = 0 يمر التيار الموجب في الحمل وتشحن المكثفات C1 وC2 بقطبية حيث إن الطرف اليساري لـ C1 وC2 يكون موجباً ، عند لحظة بدء نصف الدور الثاني (T/2) (والتي يمكن التحكم بها حسب تردد العمل المطلوب) يتم تطبيق نبضات قدح على الثايرستورين Th2 وTh4 مما يؤدي إلى تشغيلهما، وعليه فإن تشغيل الثايرستور Th2 سيعمل بمساعدة المكثف C1 على فصل الثايرستور Th1، كما أن تشغيل الثايرستور Th4 سيعمل على فصل الثايرستور Th3 بمساعدة المكثف C2. و بالتالي سيمر في الحمل تيار سالب معاكس بالاتجاه لنصف الدور الأول . وهكذا بالتتابع ، وحسب التردد المرغوب العمل عنده يمكن إجراء عمليات التبديل للتيار في الحمل من موجب إلى سالب ، وهذا سبب تسميته بمبدل التيار؛ لأن التيار في الحمل سيكون ثابتاً ومنبع التيار سيقدم هذا التيار الثابت في كل نصف دور .
3ـ معرج التيار ثلاثي الطور ذو التبديل الذاتي Three phase current inverter:
يتكون المعرج الثلاثي الطور (الشكل 5) من ستة ثايرستورات (Th1…Th6) وستة مكثفات تبديل (C1…C6)، الثايرستور Th3 يفصل Th1 والثايرستور Th5 يفصل Th3 والثايرستور Th1 يفصل Th5 وبالمقابل الثايرستور Th6 يفصل Th4 وTh2 يفصل Th6وهكذا Th4 سيفصل Th2. المكثفات تشحن حسب مراحل القدح، وتتابع قدح العناصر سيكون كما يأتي (Th1-Th2 …Th3-Th6)، الزاوية بين نبضة قدح كل ثايرستور والآخر تساوي 60 º درجة كهربائية.
وليس ضرورياً أن يكون عرض نبضات القدح مساوياً120 º وقد لايتجاوز 90 º.
تُغذِّي مثل هذه المعرجات عموماً المحركات التحريضية ذات القفص السنجابي، وهي تعمل على تغيير سرعة دوران المحرك بدءاً من التوقف وصولاً لسرعة أكبر من السرعة الاسمية، وتستطيع في الوقت نفسه تغيير التوتر المطبق على المحرك.
يتم تغيير التوتر عادةً عن طريق التحكم بجسر التقويم (منبع التيار المستمر)، في حين يتم تغيير التردد عن طريق التحكم بتتابع نبضات القدح المطبقة على الثايرستورات المشكلة للمبدل .
تم تطوير هذه المبدلات باستخدام مبدلات ثايرستورية ذات جسر تبديل إضافي، في هذه الحالة يستخدم جسر ثايرستوري مكوَّن من ستة ثايرستورات مع ثلاثة مكثفات تبديل عوضاً عن ست مكثفات كما سبق.
هاشم ورقوزق
Current converter - -
مبدل التيار
مبدل التيار current inverter هو جسر إلكتروني مكون من عناصر ثايرستورية نصف ناقلة semi - conductor، يأخذ التيار المستمر من المنبع ويحقنه في الحمل، كما يعمل على تبديله commutate دورياً من طور إلى طور آخر في الحمل، بحيث يصبح متناوباً. بناء عليه يطلق أيضاً على نظام مبدل التيار المستمر إلى تيار متناوب بـ DC-AC converter. وقد يكون المبدل أحادي الطور أو ثلاثي الطور. ويعمل مبدل التيار على تبديل قطبية التيار، وذلك خلافاً لمبدل التوتر الذي يعمل على تبديل قطبية التوتر . voltage inverter
وقد يطلق عليه اسم معرجinverter في بعض الأحيان. يرتبط اسم المبدل أو المعرج بخواص المنبع والحمل ومواصفاتهما، ويمكن من هذه الخواص استنتاج طبيعة التبديل الواجب تحقيقه من خلال عناصر أنصاف النواقل المستخدمة.
 |
 |
| الشكل (1) منبع التيار | الشكل (2) منبع التوتر |
تميز ثلاثة أنواع من المبدلات وفقاً لطريقة تشغيلها:
1 ـ مبدل التوتر voltage inverter
2 ـ مبدل التيار current inverter
3 ـ المبدل المهتز resonant inverter
تستخدم الأنواع الثلاثة لتحويل التوتر أو التيار المستمر إلى توتر أو تيار متناوب، وقد سُميَّت مبدلات التيار أو التوتر لأنها تغذى من منبع تيار / أو توتر مستمر. و أخذت المبدلات المهتزة اسمها بسبب أن عملية التبديل نتيجة حدوث اهتزاز أو طنين في دارة الحمل.
إن طبيعة المنبع المستمر هي التي تفرض نوعية الحمل المتناوب، وعليه فإن مبدلات التيار (C.I) يجب أن تغذي حمل توتر، كما أن مبدلات (معرجات) التوتر (V.I) يجب أن تغذي حمل تيار. يتم عادةً تحقيق منبع التيار (الشكل 1) باستخدام جسور تقويم مع إضافة كبيرة على التسلسل مع خرج جسر التقويم المستمر، وذلك بهدف الحفاظ على تيار حمل ثابت. كما أن تحقيق منبع توتر (الشكل 2) يتم باستخدام جسور تقويم وإضافة مكثف ذي سعة كبيرة على التفرع مع الخرج المستمر، بقصد الحفاظ على توتر ثابت مهما تغير الحمل.
في بدايات استخدام مبدلات التيار، أو مبدلات التوتر كان تشغيل القاطع الإلكتروني يستمر طوال فترة نصف الدور الموجب (أو السالب). لكن بعد تطور بنية العناصر الإلكترونية وتطور أسلوب القياس أمكن تقطيع فترة تشغيل العنصر الواحد في أثناء نصف الدور ، والعمل على تشغيله وفصله عدة مرات (من 5 إلى50 مرة) في نصف الدور الواحد، وسمي هذا النظام بنظام تعديل عرض النبضة pulse width modulation . إن الغاية الأساسية من هذا النظام هي تخفيف الفاقد في العناصر الإلكترونية وتحديد رتبة التوافقيات ومطالها في توتر الخرج وتياره، وهذا بدوره ينقص المفاقيد و التوافقيات في الحمل ويحسن من أداء المحركات الكهربائية المربوطة إلى المبدلات.
1 ـ مبدأ عمل مختلف المبدلات:
يمثل الشكل (3) بنية مبدل أحادي الطور، تحتوي دارته أربعة قواطع هي (K1, K2, K3, K4) وتوتر الدخل مستمر E، والحمل مختلط له نهايتان، O & O`. سيتم في النصف الأول للدور (أي الفترة 0) توصيل القواطع K1 & K3 وفصل القواطع K4 & K2. عندئذٍ سيرتبط طرف الحمل O إلى القطب الموجب للمنبع النقطة (a) عبر القاطع K1 وسيمر فرضاً تيار موجب. وسيتم في النصف الثاني للدور (أي الفترة T/2 < t < T) فصل القاطعين K1 وK3 وتوصيل القاطعين K2 وK4 سيتصل عندئذٍ طرف الحمل O بالقطب السالب النقطة (b) للمنبع عبر K4 وسيمر التيار في الحمل باتجاه معاكس للحالة الأولى، و بالمقابل الطرف في نصف الدور الأول كان متصلاً بالقطب السالب النقطة (b) عبر K3، ونصف الدور الثاني اتصلت بالقطب الموجب (a) مباشرة عبر K2.
 |
| الشكل (3) مبدأ عمل المبدل عموماً |
 |
| الشكل (4) معرج تيار جسري أحادي الطور |
يبين الشكل (4) بنية معرج التيار أحادي الطور، ويُلاحظ من الشكل أن هذا النوع من المبدلات لا يحتاج إلى وضع ديودات حرة على التفرع لكل عنصر قطع أو تبديل خلافاً لمعرجات التوتر. ويمكن القول إن المكثف هو العنصر الأساسي المستخدم لتحقيق التبديل أو الحجز للثايرستور المستخدم كعنصر قطع في هذه المبدلات.
لدى تطبيق نبضات القدح على الثايرستورين Th1 وTh3 عند الزمن t = 0 يمر التيار الموجب في الحمل وتشحن المكثفات C1 وC2 بقطبية حيث إن الطرف اليساري لـ C1 وC2 يكون موجباً ، عند لحظة بدء نصف الدور الثاني (T/2) (والتي يمكن التحكم بها حسب تردد العمل المطلوب) يتم تطبيق نبضات قدح على الثايرستورين Th2 وTh4 مما يؤدي إلى تشغيلهما، وعليه فإن تشغيل الثايرستور Th2 سيعمل بمساعدة المكثف C1 على فصل الثايرستور Th1، كما أن تشغيل الثايرستور Th4 سيعمل على فصل الثايرستور Th3 بمساعدة المكثف C2. و بالتالي سيمر في الحمل تيار سالب معاكس بالاتجاه لنصف الدور الأول . وهكذا بالتتابع ، وحسب التردد المرغوب العمل عنده يمكن إجراء عمليات التبديل للتيار في الحمل من موجب إلى سالب ، وهذا سبب تسميته بمبدل التيار؛ لأن التيار في الحمل سيكون ثابتاً ومنبع التيار سيقدم هذا التيار الثابت في كل نصف دور .
3ـ معرج التيار ثلاثي الطور ذو التبديل الذاتي Three phase current inverter:
 |
| الشكل (5) مبدل تيار (معرج تيار) ثلاثي الطور |
وليس ضرورياً أن يكون عرض نبضات القدح مساوياً120 º وقد لايتجاوز 90 º.
تُغذِّي مثل هذه المعرجات عموماً المحركات التحريضية ذات القفص السنجابي، وهي تعمل على تغيير سرعة دوران المحرك بدءاً من التوقف وصولاً لسرعة أكبر من السرعة الاسمية، وتستطيع في الوقت نفسه تغيير التوتر المطبق على المحرك.
يتم تغيير التوتر عادةً عن طريق التحكم بجسر التقويم (منبع التيار المستمر)، في حين يتم تغيير التردد عن طريق التحكم بتتابع نبضات القدح المطبقة على الثايرستورات المشكلة للمبدل .
تم تطوير هذه المبدلات باستخدام مبدلات ثايرستورية ذات جسر تبديل إضافي، في هذه الحالة يستخدم جسر ثايرستوري مكوَّن من ستة ثايرستورات مع ثلاثة مكثفات تبديل عوضاً عن ست مكثفات كما سبق.
هاشم ورقوزق