محول طوري

محول الطور هو جهاز يحول الطاقة الكهربائية أحادية الطور إلى متعددة الأطوار أو العكس. تُستخدم معظم محولات الطور لإنتاج طاقة كهربائية ثلاثية الأطوار من مصدر أحادي الطور، مما يسمح بتشغيل المعدات ثلاثية الأطوار في المواقع التي لا تتوفر فيها سوى خدمة كهربائية أحادية الطور. تُستخدم محولات الطور عندما لا تتوفر خدمة ثلاثية الأطوار من مزود الكهرباء أو عندما تكون تكلفة تركيبها باهظة. عادةً ما يفرض مزود الكهرباء رسومًا أعلى مقابل خدمة ثلاثية الأطوار نظرًا للمعدات الإضافية اللازمة، بما في ذلك المحولات والعدادات وأسلاك التوزيع، لإتمام عملية التركيب.

قد تعمل محركات الحث ثلاثية الأطوار بكفاءة على مصدر طاقة غير متوازن إذا لم تكن الأحمال ثقيلة. وهذا يسمح باستخدام تقنيات مختلفة غير مثالية. يمكن لمحرك أحادي الطور تشغيل مولد ثلاثي الأطوار، مما ينتج عنه مصدر ثلاثي الأطوار عالي الجودة، ولكن على حساب عمر النظام. مع وجود أنظمة متعددة لتحويل الأطوار، فإن أكثرها شيوعًا هي:

• تُصنع محولات الطور الدوارة من محرك كهربائي ثلاثي الأطوار أو مولد كهربائي يعمل في وضع الخمول، بالإضافة إلى دائرة تشغيل/إيقاف بسيطة. ومن المعروف أن محولات الطور الدوارة تزيد من تكاليف التشغيل، نظرًا لاستهلاكها المستمر للطاقة أثناء وضع الخمول، وهو أمر غير شائع في محولات الطور الأخرى. تُعتبر محولات الطور الدوارة حلاً ثنائي المحرك؛ حيث لا يكون أحد المحركين متصلاً بحمل كهربائي، ويُنتج الطاقة ثلاثية الأطوار، بينما يعمل المحرك الثاني الذي يُشغل الحمل على الطاقة المُنتجة. ^{[ 1 ]}
• يستخدم محول الطور الرقمي مقومًا وعاكسًا لإنشاء مسار طاقة ثالث، يُضاف إلى مساري مصدر الطاقة أحادي الطور لإنتاج طاقة ثلاثية الأطوار. على عكس محول التردد المتغير (VFD ) الذي يُحوّل الطور ، لا يُمكن لمحول الطور الرقمي تغيير التردد أو سرعة المحرك، لأنه يُولّد مسارًا واحدًا فقط. يستخدم محول الطور الرقمي معالج إشارة رقمية (DSP) لضمان تطابق جهد وتردد المسار الثالث المُولّد مع جهد وتردد مصدر الطاقة أحادي الطور الأصلي. يتميز هذا المحول بجهد خرج جيبي وتوازن ممتاز للجهد بين الأطوار. تُشرح تفاصيل إضافية حول هذه الطرق في براءات الاختراع التالية: Medagam et al. “Active Single Phase to Three Phase Power Converter” US Patent 10,333,420 و Meiners et al. “Phase Converter” US 6,297,971.
• تعمل تقنيات التحويل الثابت على "تشغيل" المحرك مؤقتًا بتوفير مستويات الطاقة اللازمة قبل العودة إلى مستويات الطاقة أحادية الطور. لا تُناسب هذه الأنظمة تشغيل عدة آلات أو آلات تتطلب سرعة دوران قصوى نظرًا لطبيعتها المؤقتة. في هذه الأنظمة، يجب تخفيض قدرة المحرك، كما أنها عُرضة لارتفاع درجة الحرارة.

يُعدّ محوّل الطور الدوّار وسيلة شائعة لتوليد الطاقة ثلاثية الأطوار في المناطق التي لا تتوفر فيها هذه الطاقة أو يتعذر توصيلها. يستخدم هذا المحوّل لوحة تحكّم مزوّدة بدائرة بدء ودائرة تشغيل لتوليد الطاقة دون زيادة الجهد. يستخدم المحرك ثلاثي الأطوار مغناطيسًا دوّارًا محاطًا بثلاث مجموعات من الملفات لتوليد الطور الثالث من الطاقة داخل المحرك الوسيط. بعض محوّلات الطور الدوّارة تُتحكّم بها رقميًا، مما يمكّنها من توليد طاقة يمكن تشغيلها على أحمال حساسة للجهد، مثل آلة CNC أو آلة اللحام أو أي حمل آخر يُتحكّم به بواسطة الحاسوب.

لا يقوم محول الطور الدوار بتغيير الجهد، ولكن يمكن إقرانه بمحول لرفع الجهد أو خفضه حسب الحاجة. 

يقوم محول الطور الرقمي بتحويل مصدر طاقة أحادي الطور إلى مصدر طاقة ثلاثي الأطوار. ويُستخدم معالج الإشارة الرقمية (DSP) للتحكم في أجهزة إلكترونيات الطاقة لتوليد جهد ثالث، والذي يُضاف إلى الجهد القياسي أحادي الطور من المصدر لتكوين مصدر طاقة ثلاثي الأطوار متوازن .

يتم تحويل التيار المتردد من الشبكة الكهربائية إلى تيار مستمر ، ثم يُعاد تحويله إلى تيار متردد باستخدام ترانزستورات ثنائية القطب ذات بوابة معزولة (IGBTs). ^{[ 2 ]} تتيح عملية التحويل هذه توليد الطرف الثالث من مصدر الطاقة الحالي.

في أحد أنواع محولات الطور الرقمية، يتكون مقوم الإدخال من ترانزستورات IGBT تُستخدم مع ملفات حثية لتكوين الطرف الثالث للطاقة. يتم التحكم في ترانزستورات IGBT بواسطة برنامج في معالج الإشارات الرقمية (DSP) لسحب التيار من خط أحادي الطور بشكل جيبي ، وشحن المكثفات على ناقل تيار مستمر ذي جهد ثابت. ولأن التيار الداخل جيبي، لا تتولد توافقيات كبيرة عائدة إلى الخط كما هو الحال مع المقومات الموجودة في معظم محولات التردد المتغيرة (VFD) . يسمح مدخل المقوم المُتحكم به بتصحيح معامل القدرة.

يتكون النصف الثاني من محول الطور الرقمي من ترانزستورات IGBT التي تستمد الطاقة من الطاقة المخزنة مسبقًا في ناقل التيار المستمر لتوليد جهد تيار متردد غير جيبي. إنه شكل موجي مُعدَّل عرض النبضة (PWM) ذو تشويه توافقي عالٍ جدًا. ثم يُمرَّر هذا الجهد عبر نظام ترشيح بالمحث والمكثف، مما ينتج عنه جهد موجة جيبية بتشويه توافقي كلي أقل من 3% ( تسمح معايير الطاقة المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر بتشويه توافقي كلي يصل إلى 5%). في المقابل، تُولِّد محركات التردد المتغير (VFDs) جهد PWM، مما يحد من تنوع استخداماتها ويجعلها غير مناسبة للعديد من التطبيقات. يراقب برنامج معالج الإشارات الرقمية (DSP) هذا الجهد المُوَلَّد ويُعدِّله باستمرار لإنتاج خرج ثلاثي الأطوار متوازن في جميع الأوقات. كما يوفر وظائف حماية عن طريق إيقاف التشغيل في حالة زيادة أو انخفاض جهد الشبكة أو حدوث عطل. بفضل قدرته على التكيف مع الظروف المتغيرة والحفاظ على توازن الجهد، يمكن لمحول الطور الرقمي تشغيل أي نوع من المعدات ثلاثية الأطوار أو أي عدد من الأحمال المتعددة بأمان وكفاءة.

بما أن محولات الطور الرقمية مصممة بتقنية الحالة الصلبة، فإنها لا تحتوي إلا على أجزاء متحركة قليلة أو معدومة باستثناء مراوح التبريد. وهذا بدوره يسمح بوضعها في عبوات صغيرة الحجم، وتشغيلها بكفاءة تتراوح بين 95% و98%. كما أن هذه المحولات لا تستهلك طاقة في وضع الخمول، مما يقلل التكاليف الإجمالية ويزيد من عمرها الافتراضي.

في أوروبا ، يُولّد التيار الكهربائي عادةً كتيار متردد ثلاثي الأطوار بتردد 50 هرتز . وقد اعتمدت خمس دول أوروبية، هي ألمانيا والنمسا وسويسرا والنرويج والسويد، التيار المتردد أحادي الطور بجهد 15 كيلوفولت وتردد 16 ± 2/3 هرتز لتزويد خطوط السكك الحديدية بالكهرباء . ولذلك ، تُستخدم محولات الطور لتغيير كلٍّ من الطور والتردد .

• محول طور دوار
• محرك التردد المتغير
• محول سكوت-تي