ما هو الجهد العاكس ، وكيف يعمل ، واستخدام العاكس

تستخدم مصادر الطاقة الإلكترونية الخاصة التي تسمى العاكسات لتحويل التيار المباشر إلى تيار متردد. في أغلب الأحيان ، يقوم العاكس بتحويل جهد تيار مستمر من مقدار معين إلى جهد تيار متردد بحجم آخر.

لذلك ، فإن العاكس هو مولد للجهد المتغير بشكل دوري ، في حين أن شكل موجة الجهد يمكن أن يكون جيبيًا أو قريبًا من الجيب أو نبضيًا ... يتم استخدام العاكسات كأجهزة مستقلة وكجزء من أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS).

كجزء من مصادر الطاقة غير المنقطعة (UPS) ، تسمح العواكس ، على سبيل المثال ، بتلقي الطاقة المستمرة لأنظمة الكمبيوتر ، وإذا اختفى الجهد فجأة في الشبكة ، فسيبدأ العاكس على الفور في تزويد الكمبيوتر بالطاقة التي تم الحصول عليها من البطارية الاحتياطية. على الأقل سيكون لدى المستخدم الوقت لإيقاف تشغيل الكمبيوتر وإيقاف تشغيله.

تستخدم مصادر الطاقة الكبيرة غير المنقطعة محولات أكثر قوة مع بطاريات ذات سعة كبيرة يمكنها أن تستهلك الطاقة بشكل مستقل لساعات بغض النظر عن الشبكة ، وعندما تعود الشبكة إلى وضعها الطبيعي ، ستحول UPS تلقائيًا المستهلكين مباشرة إلى التيار الكهربائي وستبدأ البطاريات في الشحن.

الجانب الفني

في تقنيات تحويل الكهرباء الحديثة ، يمكن أن يعمل العاكس فقط كوحدة وسيطة ، حيث تتمثل وظيفته في تحويل الجهد من خلال تحويل عالي التردد (عشرات ومئات الكيلو هرتز). لحسن الحظ ، يمكن حل هذه المشكلة اليوم بسهولة ، لأنه من أجل تطوير وتصميم المحولات ، يتوفر كل من مفاتيح أشباه الموصلات القادرة على تحمل التيارات لمئات الأمبيرات ، والنوى المغناطيسية مع المعلمات الضرورية وأجهزة التحكم الدقيقة الإلكترونية المصممة خصيصًا للعاكسات (بما في ذلك الرنين).

تشمل متطلبات العاكسات ، بالإضافة إلى أجهزة الطاقة الأخرى: الكفاءة العالية والموثوقية وأصغر الأبعاد والوزن الممكنين. من الضروري أيضًا أن يتحمل العاكس المستوى المسموح به من التوافقيات الأعلى في جهد الدخل وعدم إنشاء ضوضاء دافعة عالية بشكل غير مقبول للمستخدمين.

في الأنظمة ذات المصادر "الخضراء" للكهرباء (الألواح الشمسية ، طواحين الهواء) لتزويد الكهرباء مباشرة إلى الشبكة العامة ، يتم استخدام محولات ربط الشبكة ، والتي يمكن أن تعمل بشكل متزامن مع الشبكة الصناعية.

أثناء تشغيل عاكس الجهد ، يتم توصيل مصدر الجهد الثابت بشكل دوري بدائرة الحمل بقطبية متغيرة ، بينما يتم تشكيل تردد التوصيلات ومدتها بواسطة إشارة تحكم تأتي من جهاز التحكم.

عادةً ما تؤدي وحدة التحكم في العاكس عدة وظائف: تنظيم جهد الخرج ، ومزامنة تشغيل مفاتيح أشباه الموصلات ، وحماية الدائرة من الحمل الزائد. بشكل عام ، تنقسم العواكس إلى: محولات قائمة بذاتها (محولات التيار والجهد) والعاكسات التابعة (المحركة بالشبكة ، والشبكة ، وما إلى ذلك)

دارة العاكس

يتم التحكم في مفاتيح أشباه الموصلات الخاصة بالعاكس بواسطة وحدة التحكم ولديها ثنائيات تحويل عكسي. يتم ضبط جهد خرج العاكس ، اعتمادًا على الطاقة الحالية للحمل ، عن طريق تغيير عرض النبضة تلقائيًا في محول التردد العالي ، في أبسط الحالات PWM (تعديل عرض النبض).

يجب أن تكون الموجات النصفية لجهد التردد المنخفض الناتج متناظرة بحيث لا تتلقى دوائر الحمل في أي حال مكونًا ثابتًا مهمًا (بالنسبة للمحولات يعد هذا أمرًا خطيرًا بشكل خاص) ، ولهذا فإن عرض النبض لكتلة LF (في أبسط حالة) ثابتة.

في التحكم في مفاتيح الخرج للعاكس ، يتم استخدام خوارزمية تضمن التغيير المتسلسل في هياكل دائرة الطاقة: مباشر ، ماس كهربائى ، عكسي.

بطريقة أو بأخرى ، تتميز قيمة قدرة التحميل اللحظية عند خرج العاكس بطابع الموجات ذات التردد المزدوج ، لذلك يجب أن يسمح المصدر الأساسي بمثل هذا النمط من التشغيل عندما تتدفق تيارات التموج خلاله ، ويتحمل مستوى مماثل من التداخل (عند إدخال العاكس).

إذا كانت العواكس الأولى ميكانيكية بشكل حصري ، فهناك اليوم العديد من الخيارات لدوائر العاكس أشباه الموصلات وهناك ثلاثة مخططات نموذجية فقط: جسر بدون محول ، دفع بطرف صفري للمحول ، جسر به محول.

تم العثور على دائرة الجسر غير المحولات في 500 VA إمدادات الطاقة غير المنقطعة ومحولات السيارات. تُستخدم الدائرة المنزلقة مع الطرف المحايد للمحول في UPS منخفضة الطاقة (لأجهزة الكمبيوتر) بسعة تصل إلى 500 VA ، حيث يكون جهد البطارية الاحتياطية 12 أو 24 فولت. تُستخدم دائرة الجسر مع المحول في مصادر قوية لإمدادات الطاقة غير المنقطعة (للوحدات وعشرات kVA).

إخراج الجهد الموجي

في محولات الجهد المستطيلة ، يتم تبديل مجموعة من مفاتيح تبديل الصمام الثنائي العكسي عند الخرج لإنتاج جهد متناوب عبر الحمل وتوفير وضع دوران متحكم به في الدائرة الطاقة التفاعلية.

ما يلي مسؤول عن تناسب جهد الخرج: المدة النسبية لنبضات التحكم أو تحول الطور بين إشارات التحكم للمجموعات الرئيسية. في وضع دوران الطاقة التفاعلية غير المنضبط ، يؤثر المستخدم على شكل وحجم جهد خرج العاكس.

في محولات الجهد مع خرج على شكل خطوة ، يشكل المحول المسبق عالي التردد منحنى جهد خطي أحادي القطب ، يقترب تقريبًا في شكله من موجة جيبية تبلغ مدتها نصف فترة جهد الخرج. تقوم دائرة الجسر LF بعد ذلك بتحويل منحنى الخطوة أحادي القطب إلى نصفين من منحنى ثنائي القطب يشبه إلى حد كبير موجة جيبية.

في محولات الجهد ذات الشكل الجيبي (أو شبه الجيبي) للإخراج ، يولد المحول المسبق عالي التردد جهدًا ثابتًا قريبًا من السعة للإخراج الجيبي المستقبلي.

تشكل دائرة الجسر بعد ذلك متغيرًا منخفض التردد من جهد ثابت ، عن طريق عدة PWMs ، عندما يتم فتح كل زوج من الترانزستورات في كل نصف دورة لتشكيل موجة جيبية ناتجة عدة مرات لفترة زمنية تختلف وفقًا للقانون التوافقي . يستخرج مرشح تمرير الترددات المنخفضة شرطًا من الشكل الموجي الناتج.

دوائر التحويل المسبق HF في المحولات

أبسط دوائر التحويل المسبق عالية التردد في المحولات ذاتية التوليد. إنها بسيطة للغاية من حيث التنفيذ الفني وهي فعالة جدًا في الطاقة المنخفضة (حتى 10-20 واط) لتزويد الأحمال غير الضرورية لعملية إمداد الطاقة. تردد المذبذبات لا يزيد عن 10 كيلو هرتز.

يتم الحصول على ردود فعل إيجابية في مثل هذه الأجهزة عن طريق تشبع الدائرة المغناطيسية للمحول. لكن بالنسبة للمحولات القوية ، فإن مثل هذه المخططات غير مقبولة ، لأن الخسائر في المفاتيح تزداد ، وتكون الكفاءة منخفضة في النهاية.أيضا ، أي ماس كهربائى عند الخرج يقطع التذبذبات الذاتية.

أفضل الدوائر للمحولات الأولية عالية التردد هي flyback (حتى 150 واط) ، وسحب الدفع (حتى 500 واط) ، ونصف الجسر والجسر (أكثر من 500 واط) لوحدات التحكم PWM ، حيث يصل تردد التحويل إلى المئات كيلو هرتز.

أنواع العواكس وأنماط التشغيل

تنقسم محولات الجهد أحادية الطور إلى مجموعتين: مع موجة جيبية نقية عند الخرج وموجة جيبية معدلة.تسمح معظم الأجهزة الحديثة بشكل مبسط لإشارة الشبكة (موجة جيبية معدلة).

تعتبر الموجة الجيبية النقية مهمة للأجهزة التي تحتوي على محرك كهربائي أو محول عند الإدخال ، أو إذا كان جهازًا خاصًا يعمل فقط مع موجة جيبية نقية عند الإدخال.

تُستخدم المحولات ثلاثية الطور عمومًا لتوليد تيار ثلاثي الطور للمحركات الكهربائية ، على سبيل المثال لإمداد الطاقة ثلاث مراحل محرك غير متزامن... في هذه الحالة ، ترتبط ملفات المحرك مباشرة بمخرج العاكس. من حيث القوة ، يتم اختيار العاكس بناءً على قيمة الذروة للمستخدم.

بشكل عام ، هناك ثلاث طرق لتشغيل العاكس: البدء ، المستمر ، والحمل الزائد. في وضع بدء التشغيل (شحن السعة ، بدء تشغيل الثلاجة) يمكن للطاقة مضاعفة تصنيف العاكس في جزء من الثانية ، وهذا مقبول لمعظم الطرز. الوضع المستمر - المقابل للقيمة المقدرة للعاكس. وضع التحميل الزائد - عندما تكون طاقة المستخدم 1.3 ضعف الطاقة المقدرة - في هذا الوضع ، يمكن أن يعمل العاكس المتوسط ​​لمدة نصف ساعة تقريبًا.