بفضل خبرتنا التي تزيد عن 25 عامًا، نحن ملتزمون بتوفير مجموعة كاملة من حلول إلكترونيات الطاقة.
الفرق بين مقوم التيار ذي 12 نبضة ومقوم التيار ذي 6 نبضات
أولاً : الاشتقاق النظري
مبدأ مقوم النبضة 1.6:
يشير مصطلح "6 نبضة" إلى مقوم الجسر الكامل المكون من 6 ثايرستورات (thyristors)، وذلك لوجود 6 نبضات تبديل للتحكم في 6 ثايرستورات على التوالي، لذلك يسمى مقوم 6 نبضات.
عند تجاهل عملية تبديل الثايرستور الجسري ثلاثي الأطوار ونبضات التيار، وبافتراض أن مفاعلة جانب التيار المتردد تساوي صفرًا، وأن محاثة التيار المستمر لا نهائية، وأن زاوية تأخير التشغيل a تساوي صفرًا، فإن متسلسلة فورييه لتيار جانب التيار المتردد هي:
يمكن استنتاج ما يلي من الصيغة (1-1):
هل يحتوي التيار على 6 كيلو أوم؟ 1 (حيث k عدد صحيح موجب) توافقيات فرعية، أي 5، 7، 11، 13... القيمة الفعالة لكل توافقية تتناسب عكسياً مع رقم التوافقية، ونسبة القيمة الفعالة للموجة الأساسية هي مقلوب رقم التوافقية.
الشكل 1.1: شكل موجة جهد وتيار الدخل لطور A ذي 6 نبضات، محاكاة بواسطة الحاسوب
2. مبدأ عمل مقوم النبضات الاثنتي عشرة:
يشير مصطلح "12 نبضة" إلى مقوم النبضات الأصلي ذي الـ 6 نبضات، والذي يتم تركيبه على أساس طرف الإدخال، ثم يتم إضافة محول إزاحة الطور بعد إضافة مجموعة من مقومات النبضات الـ 6، بحيث يتم إكمال تيار ناقل التيار المستمر بواسطة 12 مقوم ثايرستور، ولذلك يسمى أيضًا مقوم النبضات الـ 12.
كما هو موضح في الشكل التالي، فإن دائرتي التقويم ثلاثي الأطوار I و II تشكلان دائرة تقويم ذات 12 طورًا من خلال توصيلات مختلفة للمحول.
مخطط تخطيطي لمقوم 12 نبضة (يتكون من 26 نبضة متوازية)
يُنتج جسران تقويميان مرئيان التوافقيات الفرعية 5، 7، 17، 19،... حيث تلغي التوافقيات الفرعية بعضها بعضًا، ويتم حقن التوافقي 12 كيلوهرتز فقط في الشبكة؟ 1 (حيث k عدد صحيح موجب) توافقي، أي 11، 13، 23، 25 وتوافقيات أخرى، وقيمته الفعالة تتناسب عكسيًا مع رقم التوافقي، ونسبة القيمة الفعالة للموجة الأساسية هي مقلوب رقم التوافقي.
الشكل 1.2: شكل موجة جهد وتيار الدخل للمرحلة A من نظام UPS ذي 12 نبضة، محاكاة بواسطة الحاسوب
2. تحليل البيانات المقاسة.
الحساب المذكور أعلاه يمثل الحالة المثالية، متجاهلاً العديد من العوامل، مثل عملية التبديل، ونبضات تيار جانب التيار المستمر، وزاوية تأخير التشغيل، ومفاعلة جانب التيار المتردد، وما إلى ذلك. لذلك، توجد بعض الاختلافات بين القيمة المقاسة والقيمة المحسوبة. جدول حساب التوافقيات النظري:
| الرقم التوافقي | الخامس | السابع | الحادي عشر | الثالث عشر | السابع عشر | التاسع عشر | الثالث والعشرون |
| 6 محتوى توافقي للنبضة | 20% | 14% | 9% | 8% | 6% | 5% | 4% |
| محتوى التوافقيات النبضية 12 | 0% | 0% | 9% | 8% | 0% | 0% | 4% |
نموذج لجدول بيانات قياس التوافقيات في نظام UPS عالي الطاقة:
| التردد التوافقي | الخامس | السابع | الحادي عشر | الثالث عشر | السابع عشر | التاسع عشر | الثالث والعشرون |
| 6 محتوى توافقي للنبضة | 32% | 3% | 8% | 3% | 4% | 2% | 2% |
| محتوى التوافقيات النبضية 12 | 1% | 1% | 9% | 4% | 1% | 1% | 2% |
يتضح من الجدولين أعلاه أن محتوى التوافقيات في مقوم الست نبضات يصل إلى 5 توافقيات، بينما يصل محتوى التوافقيات في مقوم الاثنتي عشرة نبضة إلى 11 توافقية، وهو ما يتوافق مع نتائج الحسابات النظرية. وقد كانت القيمة المقاسة للتوافقية الخامسة في مقوم الست نبضات أكبر من القيمة المحسوبة، بينما كانت القيمة المقاسة للتوافقية الحادية عشرة في مقوم الاثنتي عشرة نبضة مساوية للقيمة المحسوبة.
ثالثًا، التحليل التوافقي وتدابير التحسين
قد تتسبب التوافقيات في تلف كابلات التوزيع، وتسخين المحولات، وتقليل جودة الاتصال، وسوء تشغيل مفاتيح الهواء، وارتفاع التيار الكهربائي للمولد، وغيرها من العواقب السلبية؛ وتنقسم التوافقيات إلى تسلسل + (3k+1 مرة، k هو 0 وعدد صحيح موجب)، وتسلسل - (3k+2 مرة، k هو 0 وعدد صحيح موجب)، وتسلسل 0 (3k مرة، k هو عدد صحيح موجب).
يؤدي تيار التسلسل الموجب إلى تفاقم الخسارة، ويؤدي تيار التسلسل السالب إلى عكس اتجاه دوران المحرك وارتفاع درجة حرارته، ويؤدي تيار التسلسل الصفري إلى زيادة تيار الخط المركزي بشكل غير طبيعي.
يتضح من القيمة المقاسة أن مقوم الست نبضات يحتوي على 5 توافقيات كحد أقصى، ويمكن تركيب 5 مرشحات لكبح هذه التوافقيات. أما مقوم الاثنتي عشرة نبضة فيحتوي على 11 توافقية كحد أقصى، ويمكن إضافة 11 مرشحًا لكبحها. يوضح الشكل التالي مبدأ عمل المرشح:
فيما يلي جدول مقارنة التوافقيات لنوع معين من أجهزة UPS عالية الطاقة بعد تركيب المرشح:
| التردد التوافقي | الثالث | الخامس | السابع | الحادي عشر | الثالث عشر | السابع عشر | التاسع عشر | المجموع |
| متطلبات المؤشر IEC6000-3-4 | 21.6% | 10.7% | 7.2% | 3.1% | 2% | 1.2% | 1.1% | 25% |
| 6 محتوى توافقي للنبضة | 32% | 3% | 8% | 3% | 4% | 2% | أكثر من 30% | |
| مقوم سداسي النبضات + مرشح خماسي التمريرات | 2% | 1% | 7% | 2% | 3% | 2% | 9% | |
| محتوى التوافقيات النبضية 12 | 1% | 1% | 9% | 4% | 1% | 1% | 10% | |
| مقوم ذو 12 نبضة + مرشح ذو 11 تمريرة | 1% | 1% | 3% | 2% | 1% | 1% | 4.5% |
كما يتضح من الجدول أعلاه، فإن إضافة المرشحات لها تأثير واضح للغاية على كبح التوافقيات.
تجدر الإشارة إلى ما يلي: يمكن لتكوين مرشح التوافقيات 6 نبضات + 5 أن يحقق متطلبات التوافقيات بنسبة 9% تقريبًا، ولكن نظرًا لكبر سعة مرشح التوافقيات 5 (250 هرتز)، فعندما يكون حمل جهاز UPS خفيفًا (أقل من 15% من الحمل المقنن)، سيتجاوز تيار دخل المقوم جهد الدخل. وإذا ما تم تحفيز ملف إثارة المولد ذاتيًا، فمن السهل حدوث تأثير التغذية الراجعة الموجبة للمحرك، مما يؤدي إلى ارتفاع جهد خرج المولد بشكل غير طبيعي، وبالتالي دخوله في حالة الحماية وتوقفه. لذلك، لا يُنصح باستخدام مخطط مرشح التوافقيات 6 نبضات + 5 عند انخفاض حمل جهاز UPS. عند انخفاض الحمل الفعلي، يمكن إزالة مرشح التوافقيات 5 من المقوم.
يمكن للمقوم ذي الـ 12 نبضة أن يصل أيضًا إلى حوالي 10٪ من مؤشر التوافقيات الحالي، ولكن لا توجد دائرة مكثف LC كبيرة، لتجنب تأثير التغذية الراجعة الإيجابية مع إثارة المولد.
يمكن تحقيق مؤشر توافقي حالي أقل من 4.5% باستخدام مقوم 12 نبضة + جهاز توافقي 11. يتوافق محتوى التوافقيات الفردية والتوافقيات الكلية مع متطلبات المؤشر في معيار IEC61000-3-4.
الجدول 1: إدخال بيانات المحتوى التوافقي للتيار تحت ظروف تحميل مختلفة
| أدخل إجمالي المحتوى التوافقي | بدون حمولة | حمولة 25% | حمولة 50% | حمولة >75% |
| 6 نبضات | 86% | 65% | 50% | أكثر من 30% |
| مرشح 6 نبضات + مرشح 5 تمريرات | أكثر من 50% | 30% | 15-20% | 10-12% |
| 12 نبضة | 20% | 15% | 12% | 9.5% |
| مرشح 12 نبضة + مرشح 11 تمريرة | 12 ~ 15% | 8 ~12% | 5 ~ 8% | 4.5% |
الجدول 2: جدول المحتوى التوافقي الكلي لتيار الإدخال لجهاز UPS بقدرة 400 كيلو فولت أمبير مزود بمرشح 12 نبضة + 11 تمريرة من طراز معين
نسبة التحميل | مكون التوافقيات للبطارية THDI% | القيمة المطلقة للتيار التوافقي الكلي |
| 100% | 4.5% | 33A |
| 75% | 5% | 28A |
| 50% | 8% | 29A |
| 40% | 10% | 29A |
| 30% | 12% | 27A |
إن القيمة المطلقة للتيار التوافقي هي التي تؤثر على الشبكة، وليس نسبته المئوية. وكما هو موضح في الجدول أعلاه، تكون القيمة المطلقة للتيار التوافقي في أعلى مستوياتها عند الحمل الكامل؛ أما في حالة نصف الحمل أو الحمل الخفيف، فلا تتجاوز القيمة المطلقة للتيار التوافقي 100% من قيمته عند الحمل الكامل. يتميز مرشح التوافقيات 12 نبضة + 11 بتقليل تأثير التوافقيات الكلية لتيار الدخل إلى أدنى حد، كما أنه يتجنب عيوب "تعويض الخطأ" في المرشحات النشطة، وانخفاض كفاءة النظام، وذلك لأنه يُحدث أقل تلوث لشبكة الطاقة، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في التطبيقات التي تتطلب موثوقية عالية.
رابعاً، مقارنة الأداء:
| مشروع | مقوم 6 نبضات + مرشح 5 تمريرات | مقوم 12 نبضة + مرشح 11 درجة | المزايا التقنية لمقوم ذي 12 نبضة + مرشح ذي 11 مسارًا |
| 1- محتوى التوافقيات لتيار الإدخال المشع إلى شبكة الطاقة | く10% | く4.5% | يؤدي إدخال حمل مرشح المقوم إلى شبكة الطاقة الرئيسية إلى "تلوث" الشبكة، مما ينتج عنه تدفق عدد كبير من التوافقيات عالية الرتبة عبر نظام التغذية الكهربائية بأكمله. ولهذا السبب، قد يتسبب ذلك في زيادة التيار المار عبر الخط المركزي وارتفاع درجة حرارة حمل المحرك بشكل غير طبيعي. ولحل هذه المشكلات، يُوصى بتركيب مقوم ذي 12 نبضة ومرشح توافقي ذي 11 توافقية، لضمان وصول جودة التغذية الكهربائية لشبكة المستخدم إلى معيار "التغذية النظيفة". |
| 2. استهلاك الطاقة | أكبر | الأصغر | يحتوي تيار الإدخال المشع إلى شبكة الطاقة على نسبة توافقية صغيرة ستؤدي التوافقيات ذات الرتبة العالية إلى فقدان الحرارة في محول الطاقة المدخلة والكابل، مما ينتج عنه هدر الطاقة. |
| 3. تعطل المولد | سهل | لن يفعل | يتم تجنب تأثير التغذية الراجعة الإيجابية لملفات المجال. |
| 4. التسبب في خلل في تشغيل المفتاح | سهل | ليس بالأمر السهل | |
| 5. يحتاج الجزء الأمامي من وحدة UPS إلى سعة مولد كهربائي | كبير، وفقًا لسعة تتراوح بين 1.6 و2 ضعف سعة تكوين المولد | أصغر حجماً، وفقاً لسعة تتراوح بين 1.5 إلى 1.8 ضعف سعة تكوين المولد | يحتاج نظام UPS ذو مقوم 6 نبضات إلى أكثر من 1.8 ضعف سعة محرك الزيت لا تتطلب مقومات النبضات الاثنتي عشرة سوى 1.5 ضعف سعة محرك الزيت |
| 6. مفتاح إدخال UPS، وتكوين سعة الكابل | يضيف | لا زيادة | بسبب التيار الذروي الكبير لمدخل مقوم النبضات الستة، يجب تخفيض قدرة المحولات وقواطع الدائرة والكابلات وما إلى ذلك، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف الاستثمار. |
| 7. جهد تموج خرج المقوم | أكبر | أقل بنسبة 50% | يبلغ تموج جهد التيار المستمر الناتج عن مقوم الـ 12 نبضة 50% من تموج جهد التيار المستمر الناتج عن مقوم الـ 6 نبضات، مما يقلل بشكل كبير من تأثير التموج على البطارية أثناء الشحن، ويمكن أن يطيل عمر البطارية بشكل فعال. |
كما يتضح من الجدول أعلاه، تتفوق مقومات التيار ذات 12 نبضة على مقومات التيار ذات 6 نبضات في عدد من مؤشرات الأداء. وقد ظهرت تقنية مقومات التيار ذات 12 نبضة منذ سبعينيات القرن الماضي، وبعد تحسينات وتطويرات مستمرة، أصبحت تدريجياً التقنية المفضلة لمقومات التيار عالية القدرة.
وأخيرًا، كما ذُكر سابقًا، في حال توفر استثمار كافٍ، يُنصح باختيار مُقوِّم ذي 12 نبضة ومُرشِّح ذي 11 دورة. يُلبي هذا التكوين متطلبات الفئة الأولى لمكون التوافقيات في تيار الإدخال وفقًا لمعيار وزارة صناعة المعلومات (YD/T1095-2000) ومتطلبات مؤشر اللجنة الكهروتقنية الدولية IEC61000-3-4.
No.220 طريق هوايوان مدينة جينان الصين