مبدأ عمل مرشح التوافقي النشط: الاستشعار إلى تيار المصدر
ال مبدأ عمل مرشح التوافقيات النشط يستخدم حلقة تحكم مغلقة: يقيس تيار الحمل المشوه، يحسب المكونات غير المرغوب فيها المختارة، يوجه محول طاقة، ويحقن تيار معاوض في التوازي عند حافلة محددة. عند ذلك الحد، يحدد تيار الحمل وتيار الفلتر تيار المصدر، موصلين بين الاستشعار، وتوليد المرجع، وتتبع التيار، وحقن المقاوم في سلسلة تشغيل واحدة.
ما الذي يغيره مرشح التوافقي النشط على التوازي في نظام الطاقة
مرشح التوافقي النشط على التوازي يزود تيار تعويضي بالتوازي مع الحمل، مما يقلل من كمية التيار غير المرغوب فيه المختار التي يجب أن تمر عبر جانب المصدر من الحافلة المختارة.
لا يسحب الحمل غير الخطي التيار بشكل مباشر بنسبة إلى جهد التيار المتردد. على سبيل المثال، يمكن أن يسحب مدخل المقوم في محول التردد (VFD) التيار على شكل نبضات، لذلك يحتوي شكل موجة تيار الحمل على مكون أساسي بالإضافة إلى مكونات توافقية.
التيار التوافقي هو الجزء المرتبط بمكونات الموجة فوق الأساسية. يزود الفلتر النشط على التوازي نظيرًا مسيطرًا عليه من المكونات المختارة بدلاً من طلب المصدر العلوي أن يزودها جميعًا.
مرشح التوافقي النشط على التوازي هو مصدر تيار مسيطر عليه متصل بجانب ذلك الحمل. لا يحمل التيار كامل تيار الحمل بشكل متسلسل؛ بل يضيف مسار تيار آخر عند الحافلة المعاوضة.
أن مرشح الطاقة النشط, أو APF، يستخدم إلكترونيات طاقة مسيطر عليها بدلاً من شبكة سلبية ثابتة؛ يركز هذا المقال على شكل التيار على التوازي.
اختر اتفاقية العلامة قبل قراءة توازن التيار. عرف تيار المصدر وتيار الفلتر على أنهما يدخلان إلى الحافلة المعاوضة، مع خروج تيار الحمل نحو الحمل.
i_source + i_filter = i_load
وبالمثل, i_source = i_load - i_filter. بالنسبة لمكون الحمل المستهدف، فإن هذا الأسلوب المرجعي للفروع يمنح مكون المرشح نفس العلامة الجبرية لمكون الحمل؛ والطرح يمثل أن المرشح يزود ذلك المكون محليًا.
فكر في عدة مقومات تصحيح VFD متصلة بمجمع محطة واحدة. تواصل المحركات سحب التيار الذي تتطلبه عملياتها، بينما يوفر جهاز تصحيح التوافقيات العالي (AHF) مكونات التوافقيات والتيارات التفاعلية المختارة محليًا؛ ثم تنقل الموصلات العلوية المجموع المتبقي في ذلك المجمع.
| الكمية أو الوظيفة الوظيفية | ما يمثله | لماذا يجب أن يظل مميزًا |
|---|---|---|
| تيار الحمل المقاس | إشارة التيار التي يراقبها المستشعر عند حد معين | هو مدخل للمتحكم، وليس التصحيح نفسه |
| مرجع تيار التعويض | الهدف المتغير زمنيًا للمتحكم | يقول ما يجب أن ينتجه المحول بعد ذلك |
| تنظيم التيار المستمر (DC-bus) | وظيفته الحفاظ على حالة طاقة التيار المستمر القابلة للاستخدام للمحول | يدعم تركيب التيار ولكن ليس التيار المتردد المُحقن |
| تيار المرشح الفعلي | التيار الناتج عن المحول المفتاحي | يجب أن يتابع المرجع بشكل كافٍ ليؤثر على المجمع |
| تيار المصدر الناتج | المجموع الظاهر على جانب التوريد للحدود المختارة | هذا هو المكان الذي يتم فيه تقييم هدف التعويض |
القياس، الأمر، تيار المحول، والتيار المصدر تظل كميات منفصلة طوال مبدأ عمل مرشح التوافقيات النشط.
يقرأ على أنه مخطط مرشح توافقي نشط، تتسلسل الإشارة من إشارة تيار الحمل المقاسة إلى مرجع المتحكم، والتيار الفعلي للمرشح، والتيار الناتج عن المصدر.
الخطوة 1: يلتقط محول التيار إشارة تيار الحمل
يمنح محول التيار للمتحكم تمثيلًا للتيار عند حد كهربائي معرف؛ المحول نفسه لا يزيل التوافقيات أو يحقن تيار تصحيحي.
تحديد مكان محول التيار يقرر ما يمكن للمتحكم رؤيته. يمثل محول التيار في المغذي ومحول التيار في الحافلة الرئيسية حدود تعويض مختلفة حتى عندما يكون جهاز الاستشعار متطابقًا.
القطبية وتوافق الطور يحافظان على اتجاه الإشارة المقصود. ال دليل تركيب وأسلاك محول التيار لمرشح التوافقيات النشط يربط تلك القرارات بنسبة، وتوجيه، وأدلة التشغيل على مخطط الخط الأحادي.
بالنسبة للوافد الجديد الذي يقرأ مخطط كتلة البائع، التمييز الواضح بسيط: السهم من محول التيار إلى المتحكم هو معلومات. مسار التيار الثقيل من المحول إلى الحافلة هو فعل التعويض.
الخطوة 2: يبني المتحكم مرجع تيار التعويض
يعالج المتحكم الكميات الكهربائية المقاسة ويبني مرجع تيار التعويض: موجة الشكل المستهدفة التي يجب أن يزودها مرحلة الطاقة بعد ذلك.
من حيث الأجهزة، يقوم معالج الإشارة الرقمية أو متحكم آخر في الوقت الحقيقي بتحويل إدخال المستشعر إلى تيار مرجعي. هذا المرجع هو أمر، وليس التيار الفيزيائي الذي يتدفق في فرع المرشح.
تلك الوظيفة أكثر دقة من “كشف التوافقيات”. يجب على المتحكم تمييز مكونات التيار المرتبطة بهدفه المُعد، وتشكيل مرجع يحمل العلامة المطلوبة، والاستمرار في تحديث الأمر مع تغير الحمل.
قد تستخدم التصاميم المختلفة طرق إطار مرجعي متزامن، أو طرق p-q اللحظية، أو التحليل الطيفي، أو بنية تحكم أخرى. أسماء تلك الخوارزميات تصف طرق حساب الهدف؛ فهي لا تغير التسلسل الوظيفي المشترك للقياس، وتوليد المرجع، وتتبع التيار.
يجب على مهندس يقارن بين مخطط كتلة واحد موسوم بـ dq0 مع آخر موسوم بـ p-q طرح سؤالين منفصلين. ما هو هدف التيار الذي يتم حسابه، وكيف يتتبع المحول ذلك المرجع تحت ظروف الحمل والتزويد المتوقعة؟
تقدير إشارة التعويض، تنظيم حافلة التيار المستمر، والتحكم في تيار المحول هي وظائف مرتبطة لكنها متميزة. معًا يشكلون مبدأ عمل مرشح القدرة النشطة حتى عندما يختلف الخوارزم الداخلي والتنفيذ المادي.
الخطوة 3: ينتج حافلة التيار المستمر ومحول IGBT تيار الفلتر
يدعم تحكم حافلة التيار المستمر محول التبديل الذي يحول المرجع الرقمي إلى تيار مرشح تيار متردد حقيقي على الحافلة المعوضة.
حافلة التيار المستمر هي مخزن طاقة داخلي منظم للمحول. تمنح مرحلة الطاقة هامشًا كهربائيًا ضروريًا لتشكيل التيار، بينما تحافظ وظيفة تحكم منفصلة على جهد الرابط المستمر بالقرب من هدف التشغيل الخاص به.
عكس العاكس IGBT ليس مجرد مفتاح إلكتروني تشغيل/إيقاف للمقصورة. تتبدل أرجل أشباه الموصلات تحت سيطرة التيار بحيث يتبع خرج المحول أمر التيار التعويضي المتغير.
لهذا السبب أيضًا، فإن قول أن مرشح التوافقيات “يخزن التوافقيات” يعطي نموذجًا ذهنيًا خاطئًا. يقدر المتحكم تيارًا مرغوبًا، ويتبادل المحول باستمرار الطاقة الكهربائية مع نظام التيار المتردد أثناء تركيب ذلك التيار؛ لا يوجد مخزن لموجات التوافقيات المحتجزة ينتظر تفريغه.
يُغلق تتبع التيار الحلقة بين الأمر والعمل. يراقب المتحكم الاستجابة الكهربائية، ويعدل تبديل المحول، ويحدث الأمر مع تغير الحمل غير الخطي، بحيث يتبع التيار الفعلي للمرشح المرجع بدلاً من أن يظل موجة ثابتة.
الخطوة 4: يضاف تيار الفلتر وتيار الحمل عند الحافلة المختارة
مع توجيه جميع الأسهم الفرعية كما هو معرف أعلاه، يحدث الإلغاء من خلال جمع التيارات عند الحافلة المختارة: يعيد المرشح إنتاج مكونات التيار الحمل المختارة بنفس العلامة الجبرية، بحيث يقلل طرح تيار المرشح من مساهمتها في تيار المصدر.
افترض أن تيار الحمل يحتوي على مكون أساسي بالإضافة إلى عدة مكونات توافقيه. لا تزال المصدر تزود الطاقة الأساسية المطلوبة من قبل العملية، لكن فرع المرشح يمكنه حمل نظير مسيطر عليه من المكونات غير المرغوب فيها المختارة.
عبارة “متساوي ومعاكس” المألوفة تفترض أن تيارات الحمل والمرشح مرسومة باستخدام اتجاه مرجعي عالمي واحد. وفقًا لاتفاقية المرجع الفرعي المستخدمة هنا، فإن قيم المكونين لهما نفس العلامة الجبرية لأن الأسهم في فرع الحمل والمرشح تشير في اتجاهين متعاكسين بالنسبة للحافلة.
نقطة الربط المشترك، أو PCC، هي الحد الفاصل الكهربائي المتفق عليه حيث يقيم الفريق العلاقة بين تيارات المصدر، والحمل، والمرشح. بلغة بسيطة، هي الحافلة حيث يصبح السؤال: ما التيار الذي تراه الآن التوريد؟
يجيب توازن التيار أيضًا على سؤال المجتمع الشائع حول مكان ذهاب التوافقيات. لا ينقل المرشح حزمة تشويه مخزنة إلى مكان آخر؛ بل ينتج تيارًا مسيطرًا عليه مكوناته المختارة تقلل المكونات المقابلة في مجموع الجانب المصدر.
عندما يتغير الحمل، يتغير شكل الموجة المقاسة، ويُعاد حساب المرجع، ويتبع خرج المحول. التحديث الديناميكي هو الفرق المحدد بين مصدر تيار نشط مسيطر عليه وشبكة ثابتة مضبوطة.
لماذا يختلف الإلغاء النشط عن التصفية السلبية
تعمل مرشحات التوافقيات النشطة والسلبية من خلال آليات فيزيائية مختلفة: يقيس مرشح التوافقيات النشطة (AHF) ويولد تيارًا متغيرًا، بينما يستخدم المرشح السلبي ملفات حث ومكثفات ومقاومة لإنشاء مسارات مقاومة تعتمد على التردد.
هذا التمييز يحل السؤال المألوف، “هل مرشحات التوافقيات أيضًا بنوك مكثفات؟” قد يزود بنك المكثفات القدرة التفاعلية، وقد يتضمن مرشح سلبي مضبوط مكثفات، لكن لا يتحول أي منهما تلقائيًا إلى المحول المسيطر الموضح أعلاه.
| نقطة المقارنة | مرشح توافقي نشط على التوازي | مرشح توافقي سلبي مضبوط |
|---|---|---|
| الاتصال والعمل | يتصل على التوازي ويحقن التيار المطلوب | يوفر مسار مقاومة يعتمد على التردد من خلال مكونات سلبية |
| الاستجابة لحمولة متغيرة | يعيد حساب ويتابع مرجع تيار متغير | ضبطه يتم بواسطة قيم المكونات وتفاعل النظام |
| الكمية المسيطرة الرئيسية | تيار المحول يتبع مرجع محسوب | مقاومة الشبكة تشكل مسار الترددات المختارة |
| الاعتماد الرئيسي على التصميم | حدود القياس، هدف وحدة التحكم، سعة التيار، ديناميكيات المحول، والتكامل | تردد الضبط، تصنيفات المكونات، مقاومة الشبكة، الرنين، وظروف التبديل |
قد يتم تنسيق المعدات النشطة والسلبيّة أيضًا في منشأة واحدة لأن كل منها يعمل من خلال آلية كهربائية مختلفة.
للاتخاذ قرار اختيار كامل — بما في ذلك الضبط، الرنين، سلوك الحمل المتغير، والمقايضات في التركيب — استخدم مرشح التوافقي النشط مقابل مرشح التوافقي السلبي.
ما الذي لا يضمنه مصطلح “مساوٍ ومعاكس”
“وصف ”متساوٍ ومضاد” يصف علاقة المكون الفيزيائي عندما يشارك كل من التيارات في اتجاه مرجعي عالمي واحد؛ وهو ليس القاعدة الجبرية للأسهم الفرعية المستخدمة أعلاه. لا تزال التشويشات المتبقية تعتمد على الاستشعار، والتيار المعوض المتاح، استجابة وحدة التحكم، ظروف الشبكة، وحالة الحمل.
تتغير قراءة العداد مع نقطة القياس وحالة التشغيل. لذلك، لا يمكن لنتيجة عند لوحة واحدة أن تحسم حالة نقطة الاتصال الكهربائية (PCC) أو حالة الحمل المختلفة.
مهم قراءة التيار التوافقي الأدنى عند لوحة واحدة ليست دليلًا على أن وضع محول التيار (CT)، سعة الفلتر، أو هدف قبول نقطة الاتصال الكهربائية (PCC) قد تم تحديده — اربط النتيجة بالحدود المقاسة المحددة، حالة التشغيل التمثيلية، التيار المعوض المتاح، وطريقة القبول المتفق عليها.
التحليل الإجمالي للتشويش التوافقي، أو THD، هو ملخص مفيد لمحتوى التوافقيات في الموجة. وهو ليس إجابة مستقلة عن مكان وجود محول التيار، وما هو تصنيف التيار المطلوب، أو ما إذا تم استيفاء الحد التعاقدي.
استخدم دليل تحديد مكان ووصلات محول التيار (CT) لتحديد حدود القياس/التحكم قبل اعتبار القراءة تمثيلية. بمجرد تثبيت ذلك الحد، فإن دليل حساب حجم مرشح التوافقي النشط (APF) يحول الطلب المقاس إلى مدخلات سعة، و دليل اختيار AHF يطبق تلك المدخلات على المعدات ومعايير القبول.
نموذج حلقة تحكم صحيحة لا توفر بيانات الموقع اللازمة لاختيار المعدات. السجلات التمثيلية، مخطط خط واحد، قيود التركيب، ونقطة القبول المحددة تكمل القرار التالي.
كيف ينفذ عائلة منتجات CNBYG AHF/APF السلسلة
عائلة منتجات CNBYG AHF/APF تتبع نفس السلسلة الوظيفية الموضحة أعلاه: استشعار التيار الخارجي، استخراج رقمي لمكونات التيار المستهدفة، وتوليد وحقن التيار المعوض باستخدام ترانزستور IGBT.
ال عائلة منتجات CNBYG AHF/APF تقدم أشكالًا مركبة على الحائط وعلى الرفوف. عبر تلك الأشكال، يتم تغذية مدخل التيار الخارجي من خلال المعالجة الرقمية، التي تأمر التيار العاكس بحقنه في الحافلة.
قبل مقارنة سلسلة أو تصنيف CNBYG، حدد الحد الكهربائي، ملف التيار التوافقي التمثيلي، جهد النظام وتكوينه، حالات الحمل، معدات التعويض الموجودة، ظروف التركيب، وهدف القبول.
ال نظام جودة الطاقة ينظم المركز قياس وسياق النظام المستخدم قبل اختيار المعدات. توفر أدلة تحديد حجم التيار والملف التوجيهي المستوى التالي من التفاصيل بمجرد اكتمال السجل.
الأسئلة الشائعة
كيف يعمل مرشح التوافقي النشط خطوة بخطوة؟
يقيس التيار عند حد معين، يعالج الإشارة إلى مرجع التيار المعوض، يستخدم محولًا موجهًا لإنتاج التيار المرشح، يحقن ذلك التيار بشكل متوازي، ويحدث تحديث الأمر مع تغير الحمل. مع تحديد تيارات المصدر والمرشح نحو الحافلة، يزود المصدر تيار الحمل ناقص مساهمة المرشح.
ما الفرق بين مرشح التوافقي السلبي والنشط؟
يستخدم المرشح السلبي ملفات لولبية، مكثفات، ومقاومة لتشكيل مقاومة الشبكة عند ترددات مختارة. يقيس المرشح النشط الحالة الكهربائية ويأمر محول طاقة لتوليد تيار تعويضي متغير.
لماذا يُطلق على التيار المعوض اسم متساوٍ ومعاكس؟
تستخدم العبارة اتجاه مرجعي عالمي واحد، حيث يكون مكون المرشح الفيزيائي معارضًا للمكون الحملي المستهدف. باستخدام الأسهم في هذا المقال، يكون مكون المرشح نسخة من نفس الإشارة للمكون الحملي المستهدف، و i_source = i_load - i_filter يخصمه من تيار المصدر.
هل يقضي مرشح التوافقي النشط على جميع التوافقيات؟
لا يتبع نتيجة عامة من المبدأ وحده. يعتمد التيار المتبقي على حد القياس، المكونات المستهدفة، سعة التيار المتاحة، استجابة المتحكم والمحول، حالة الحمل، وتكامل النظام.
أين يتم توصيل مرشح التوافقي النشط؟
يربط مرشح التوافقي الشنطي المشترك بشكل متوازي مع الحمل أو الحافلة بحيث يمكنه حقن التيار. يجب أن يتطابق نقطة الاتصال الدقيقة وموقع CT مع حد التعويض المقصود وتصميم المشروع المعتمد.
ما هي الأنواع الأربعة للمرشحات النشطة؟
تصنيف عالي المستوى شائع هو الشنطي، التسلسلي، الهجين، ومكيف جودة الطاقة الموحد. تقوم المرشحات الشنطية بحقن التيار بشكل رئيسي بشكل متوازي؛ المرشحات التسلسلية تحقن الجهد، الترتيبات الهجينة تجمع بين الوظائف النشطة والسلبية، و UPQC ينسق بين الوظائف التسلسلية والشنطية.
هل يمكن لمُرشح التوافقي النشط أيضًا تصحيح معامل القدرة؟
بعض منتجات المرشح النشط يمكن أن تتضمن تعويض التيار التفاعلي أو تصحيح معامل القدرة كوظيفة مهيأة. سواء كانت تلك الوظيفة متاحة وكيفية مشاركة السعة يجب التأكد منها للمنتج والتطبيق المختار.
كيف يتم تحديد حجم المُرشح التوافقي النشط وما تكلفته؟
يبدأ التحديد بالحجم مع طلب التيار التوافقي المقاس تمثيليًا عند الحد الفاصل المقصود، ثم يأخذ في الاعتبار الجهد، حالة الحمل، الطوبولوجيا، التركيب، الظروف الحرارية، وهدف القبول. تتبع التكلفة سعة المعدات المطلوبة ودمج المشروع بدلاً من مخطط مبدأ العمل فقط؛ استخدم أدلة التحديد والاختيار المرتبطة لذلك القرار.
المراجع
للتحقق المركز، اقرأ لماذا لا يقلل مرشح التوافقي النشط من THD; استكشاف أخطاء إنذار مرشح التوافقي النشط; التحكم في المرشح بنظام الحلقة المفتوحة والحلقة المغلقة.