حلول مشاكل التداخل الناتجة عن محولات التردد

Thread Content

يتكون محول التردد من دائرة تصحيح التيار ودائرة لإنتاج موجات جهد نبضية؛ حيث يتم تحويل التيار المتردد الوارد إلى جهد مستمر عبر دائرة التحويل ودائرة تصحيح التيار، ثم يتم تحويل هذا الجهد المستمر إلى جهد نبضي بعرض مختلف باستخدام دائرة التحويل العكسي (ويُطلق على ذلك جهد التحكم بعرض النبضة، PWM). يمكن استخدام جهد PWM هذا لتشغيل المحرك، مما يسمح بضبط عزم دوران المحرك وسرعته. يؤدي هذا المبدأ في العمل إلى ظهور ثلاثة أنواع من التداخلات الكهرومغناطيسية، وهي: 1. التداخل الناتج عن الأطوار المترددة. يولد دائرة التحويل تيارات مترددة، وهذه التيارات تسبب انخفاضًا في الجهد على مقاومة نظام التغذية، مما يؤدي إلى تشوه شكل الموجة الكهربائية. ويشكل هذا التشوه مشكلة للعديد من الأجهزة الإلكترونية، لأن معظم الأجهزة الإلكترونية يمكنها العمل فقط في ظل جهد كهربائي على شكل موجة جيبية. ومن أشكال التشوه الشائعة أن يصبح قمة الموجة الجيبية مسطحة. عندما يكون تيار الترددات المتناغمة ثابتًا، فإن تشوه الجهد يصبح أكثر حدة في حالة المصادر الكهربائية ذات القوة المنخفضة. ومن خصائص هذا التداخل أنه يؤثر على الأجهزة التي تعمل على نفس شبكة التوزيع، بغض النظر عن المسافة بين الجهاز وجهاز تغيير التردد. ٢. تداخل الإرسال بالترددات الراديوية: نظرًا لأن جهد الحمل عبارة عن نبضات، فإن المحول يستمد التيار من شبكة الكهرباء أيضًا على شكل نبضات. وتحتوي هذه التيارات النبضية على كميات كبيرة من المكونات ذات الترددات العالية، مما يؤدي إلى حدوث تداخلات راديوية. ومن خصائص هذا التداخل أنه يؤثر على الأجهزة التي تعمل على نفس شبكة الكهرباء، بغض النظر عن المسافة بين الجهاز والمحول. ٣. تداخل الإشعاعات راديوية: يأتي تداخل الإشعاعات راديوية من كابلات الإدخال وكابلات الخرج الخاصة بمحولات التردد. في حالات التداخل الناتج عن انتقال الموجات الراديوية المذكورة أعلاه، عندما يكون هناك تيار تداخل راديوي في كابل الإدخال للمحول، فإن الكابل يعمل كهوائي، مما يؤدي بالضرورة إلى انبعاث موجات كهرومغناطيسية، وبالتالي حدوث تداخل إشعاعي. الجهد PWM الذي يتم نقله عبر كابلات الخرج للمحول الترددي، يحتوي أيضًا على مكونات عالية التردد بكثرة، مما يؤدي إلى انبعاث موجات كهرومغناطيسية وبالتالي حدوث تداخلات راديوية. يتميز التداخل الناتج عن الإشعاع بأن ظاهرة التداخل تزداد سوءًا عندما تكون أجهزة إلكترونية أخرى قريبة من جهاز تغيير التردد. وفقًا للمبادئ الأساسية للخصائص الكهرومغناطيسية، يجب توافر ثلاثة عناصر لحدوث التداخل الكهرومغناطيسي: مصدر التداخل الكهرومغناطيسي، ومسار انتقال التداخل، والنظام الحساس لهذا التداخل. لمنع التداخل، يمكن استخدام وسائل مقاومة التداخل الخاصة بالأجهزة والبرمجيات. من بين هذه الإجراءات، يعتبر مقاومة التداخل في الأجهزة الفعلية أهم وأساسي إجراء لمكافحة التداخل. عادةً، يتم التعامل مع التداخل من خلال مكافحته وتقليل تأثيره، والمبدأ العام هو كبح جماح مصادر التداخل وقطع قنوات انتقال التداخل إلى النظام، بالإضافة إلى تقليل حساسية النظام تجاه إشارات التداخل. يمكن تطبيق تدابير محددة في الهندسة من خلال طرق مثل العزل والتصفية والحماية والتوصيل بالأرض. فيما يلي الخطوات الرئيسية لحل مشكلة التداخل في الموقع: 1. اتخاذ تدابير برمجية لمكافحة التداخل: وبالتحديد، يتم خفض تردد الحامل للمحول المتغير عبر واجهة المستخدم الخاصة به، بحيث يتم ضبط هذا القيمة ضمن نطاق مناسب. إذا لم ينجح هذا الأسلوب، فلا يبقى سوى اتخاذ تدابير مادية لمكافحة التشويش. 2. تنفيذ التوصيل الأرضي بشكل صحيح: من خلال الدراسة الميدانية المباشرة، يتضح أن حالة التوصيل الأرضي في الموقع غير مرضية. ويمكن للتوصيل الصحيح أن يساعد في كبح التداخلات الخارجية بفعالية ضمن النظام، كما يقلل من التداخل الذي تُسببه الأجهزة نفسها مع البيئة المحيطة، وهو أفضل حل للتغلب على مشاكل التداخل في أجهزة التحويل الترددي. على وجه التحديد، يجب القيام بالخطوات التالية: (1) يجب توصيل طرف الدائرة الرئيسية E للمحول الترددي بالأرض، ويمكن أن تكون هذه التوصيلة الأرضية مشتركة مع المحرك المتصل بهذا المحول، لكن لا يمكن أن تكون مشتركة مع أي أجهزة أخرى؛ بل يجب تركيب قطب أرضي منفصل، ويجب أن يكون موقع هذا القطب الأرضي بعيدًا قدر الإمكان عن مواقع التوصيل الأرضي للأجهزة الكهربائية ذات الجهد المنخفض. في الوقت نفسه، يجب ألا تقل مساحة مقطع سلك التأريض لجهاز تغيير التردد عن 4 مم²، كما يجب أن يكون طول السلك أقل من 20 مترًا. (2) يجب فصل أسلاك الأرض الخاصة بالمعدات الميكانيكية والكهربائية الأخرى، حيث يجب توفير قطب أرض منفصل لكل نوع من أسلاك الأرض، ثم يتم ربطها في النهاية بنقطة الأرض الكهربائية الموجودة في خزانة التوزيع. يجب أيضًا فصل أرضية التعزيل لإشارات التحكم عن أرضية التعزيل لأسلاك الدائرة الرئيسية، وتوفير قطب تأريض منفصل لكل منهما، ثم ربطهما في النهاية بنقطة التأريض الكهربائية في خزانة التوزيع. ٤. حجب مصادر التشويش: يعتبر حجب مصادر التشويش طريقة فعالة جداً للحد من التشويش. عادةً ما يتم حماية جهاز تغيير التردد نفسه باستخدام هيكل من الحديد، وذلك لمنع تسرب التداخلات الكهرومغناطيسية. لكن من الأفضل أن تكون خطوط الإخراج الخاصة بجهاز تغيير التردد محمية بأنابيب فولاذية، بالإضافة إلى استخدام حلقات مغناطيسية؛ حيث يتم لف هذه الحلقات بشكل موازٍ لمدة 3–4 دورات، وهو ما يساعد في كبح الترددات العالية. وخاصة عند استخدام إشارات خارجية (مثل إشارات 4–20 مللي أمبير الصادرة من وحدة التحكم) للتحكم في جهاز تغيير التردد، فيجب أن تكون خطوط الإشارات قصيرة قدر الإمكان (عادةً أقل من 20 مترًا)، ويجب استخدام كابلات مزدوجة المحور المحمية، بالإضافة إلى فصلها تمامًا عن خطوط الدائرة الرئيسية (AC380) وخطوط التحكم (AC220V). بالإضافة إلى ذلك، تتطلب خطوط المعدات الإلكترونية الحساسة في النظام استخدام كابلات مزدوجة الملف المعزول، وخاصة بالنسبة لإشارات الضغط. ويجب ألا توضع جميع خطوط الإشارة في النظام في نفس الأنبوب أو القناة مع خطوط الدائرة الرئيسية وخطوط التحكم. لكي يكون الحاجز فعالًا، يجب أن يكون طبقة الحماية متصلة بالأرض بشكل موثوق. 5. طرق التوصيل المنطقية هي كالتالي: (1) يجب أن تكون أسلاك الطاقة وإشارات الأجهزة بعيدة قدر الإمكان عن أسلاك مدخلات ومخرجات المحول المتغير التردد؛ (2) يجب تجنب توازي أسلاك الطاقة وإشارات الأجهزة الأخرى مع أسلاك مدخلات ومخرجات المحول المتغير التردد ； إذا لم تنجح الطرق المذكورة أعلاه، فاستمر في اتباع الخطوات التالية. ٦. عزل التداخلات: يُقصد بعزل التداخلات فصل مصدر التداخلات عن الأجزاء الحساسة للتداخلات في الدائرة الكهربائية، بحيث لا يكون هناك أي اتصال كهربائي بينهما. عادةً، يتم استخدام محول عزل على خطوط الطاقة بين مصدر الطاقة والمتحكمات ودوائر التضخيم مثل أجهزة الإرسال، وذلك لتجنب انتقال التشويش. يمكن استخدام محولات العزل هذه أيضًا لعزل الضوضاء. ٧. تركيب مرشحات في خطوط النظام: يهدف دور مرشحات الأجهزة إلى كبح الإشارات المزعجة التي قد تنتقل من جهاز تغيير التردد عبر خطوط الطاقة، وبالتالي التأثير سلبًا على الطاقة والمحركات. لتقليل الضوضاء الكهرومغناطيسية والخسائر، يمكن تركيب مرشح خرج على جانب خرج المحول؛ ولتقليل التداخل مع مصدر الطاقة، يمكن تركيب مرشح دخل على جانب الدخل للمحول. إذا كانت الخطوط تحتوي على أجهزة إلكترونية حساسة مثل وحدات التحكم وأجهزة الإرسال، فيمكن تركيب مرشحات لضوضاء الطاقة على خطوط الطاقة الخاصة بهذه الأجهزة لمنع انتقال التداخلات. يمكن تقسيم المرشحات حسب مكان استخدامها إلى: (1) مرشحات الإدخال، وهناك نوعان رئيسيان منها: أ) مرشحات الخطوط: تتكون في الغالب من ملفات كهربائية، وتعمل على تقليل التيارات التوافقية ذات الترددات العالية عن طريق زيادة المقاومة الكهربائية للخطوط في الترددات العالية. بـ، مرشح الإشعاع: يتكون بشكل أساسي من مكثفات عالية التردد، وهو يقوم بامتصاص المكونات التوافقية ذات الترددات العالية جداً التي تحمل طاقة إشعاعية. (2) يتكون مرشح الإخراج أيضًا من ملفات كهرومغناطيسية. يمكنه تقليل مكونات التوافقيات العالية في التيار الخارج بفعالية. ليس فقط يعمل على مقاومة التداخلات، بل يقلل أيضًا من العزم الإضافي الناتج عن التيارات التوافقية الناشئة عن التوافقيات ذات الأرقام العالية في المحرك الكهربائي. فيما يتعلق بإجراءات مقاومة التداخل عند مخرج جهاز تغيير التردد، يجب الانتباه إلى النقاط التالية: أ) لا يُسمح بتوصيل المكثفات عند مخرج جهاز تغيير التردد، وذلك لتجنب حدوث تيار شحن (أو تفريغ) ذو قيمة عالية في لحظة تشغيل (أو إيقاف) دائرة التحويل، مما قد يؤدي إلى تلف دائرة التحويل؛ ب) عندما يتكون مرشح الخرج من دائرة LC، يجب أن يكون الطرف المتصل بالمكثف في المرشح متصلاً بجانب المحرك. 8. استخدام المحولات الرجوعية: في تيار الإدخال للمحولات الترددية، تشكل الموجات التوافقية ذات التردد المنخفض (الموجة التوافقية من الدرجة الخامسة، والسابعة، والحادية عشرة، والثالثة عشرة، إلخ) نسبة كبيرة جدًا. وبالإضافة إلى إمكانية تأثيرها السلبي على أداء الأجهزة الأخرى، فإنها تستهلك كمية كبيرة من الطاقة غير الفعالة، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في عامل القدرة في الخطوط الكهربائية. إن توصيل المحولات الكهربائية في دائرة الإدخال هو طريقة فعالة لكبح التيارات التوافقية منخفضة التردد. بناءً على موقع التوصيل، هناك نوعان رئيسيان: (1) مفاعل التيار المتردد: يتم توصيله على التوالي بين مصدر الطاقة والجانب الداخل للمحول الترددي. ومن وظائفه الرئيسية ما يلي: أ) رفع عامل القدرة إلى مستوى (0.75-0.85) من خلال كبح التيارات التوافقية؛ ب) تقليل تأثير التيارات المفاجئة في الدائرة الخاصة بالإدخال على المحول؛ ج) تقليل تأثير عدم توازن جهد الطاقة. (2) مقاوم التيار المستمر: يتم توصيله على التوالي بين جسر التصحيح ومكثف التصفية. وظيفته بسيطة نسبيًا، وهي تقليل مكونات التوافقيات العالية في التيار الوارد. لكنه أكثر فعالية من مقاومات التيار المتردد في تحسين عامل القدرة، حيث يمكن أن يصل إلى 0.95، كما أن له مزايا مثل بساطة التركيب وصغر الحجم. الشكل 1 هو حل نموذجي للتغلب على تداخلات المحولات ذات التردد المتغير. كما هو موضح في الرسم، تتضمن تدابير مقاومة التداخل في المحولات ذات التردد المتغير بشكل أساسي تركيب مُقاومات تيار متردد ومرشحات عند مدخلات المحول، كما يتم استخدام كابلات معزولة للمدخلات والمخرجات. ويتم ربط طبقة العزل في جميع الكابلات بالأرض المستخدمة لحماية المُقاومات والمرشحات والمحول والمحرك، ويتم فصل نقطة الربط هذه عن باقي نقاط الربط، مع الحفاظ على مسافة كافية بينها. في الوقت نفسه، يجب عدم وضع كابلات الإشارة وكابلات الطاقة الخاصة بالمحولات بشكل موازٍ. بالإضافة إلى ذلك، لمنع تداخل محول التردد مع الإشارات ودوائر التحكم، يجب تزويد جهاز التحكم والأجهزة القياسية وأجهزة الحاسوب الصناعية بمصدر طاقة منفصل ومعزول.