تعديل عرض النبضة العشوائي

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

تُعدّ تقنية تعديل عرض النبضة العشوائية ( RPWM ) أسلوبًا لتعديل الطاقة يهدف إلى تخفيف التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) في محولات الطاقة ، وذلك عن طريق توزيع طاقة إشارة الضوضاء على نطاق ترددي أوسع ، بحيث لا تظهر ذروات ضوضاء ملحوظة. ويتحقق ذلك من خلال تغيير المعلمات الرئيسية لإشارة تعديل عرض النبضة بشكل عشوائي . [ 1 ]

المعلمات الرئيسية لإشارة تعديل عرض النبضة (PWM)

وصف

تُستخدم مرشحات التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) على نطاق واسع منذ ظهور محولات الطاقة لتصفية الانبعاثات الموصلة . ومع ذلك، عندما يكون الحجم عاملاً بالغ الأهمية ، كما هو الحال في تطبيقات الطائرات والسيارات ، يُعدّ استخدام تعديل عرض النبضة العشوائي (RPWM) أحد الحلول العملية لكبح الانبعاثات الموصلة . في أنظمة تعديل عرض النبضة التقليدية (PWM)، تتركز طاقة التوافقيات على الترددات المحددة أو المعروفة بقيمة كبيرة، مما يؤدي إلى اهتزاز ميكانيكي وضوضاء وتداخل كهرومغناطيسي. ولكن، بتطبيق العشوائية على نظام PWM التقليدي، تتوزع طاقة التوافقيات بحيث لا توجد توافقيات ذات قيمة كبيرة، ويتم تقليل ذروة التوافقيات عند الترددات المنفصلة بشكل ملحوظ. [ 2 ]

في تقنية تعديل عرض النبضة العشوائية (RPWM)، يتم تغيير أحد معايير التبديل لإشارة تعديل عرض النبضة (PWM)، مثل تردد التبديل وموضع النبضة ودورة التشغيل، بشكل عشوائي لتوزيع طاقة إشارة PWM. وبناءً على المعيار الذي يتم تغييره عشوائيًا، يمكن تصنيف RPWM إلى تعديل التردد العشوائي (RFM)، وتعديل موضع النبضة العشوائي (RPPM)، وتعديل دورة التشغيل العشوائي (RDCM). [ 3 ]

يمكن دراسة خصائص تعديل عرض النبضة الشعاعي (RPWM) بشكل أعمق من خلال دراسة كثافة القدرة الطيفية (PSD). في تعديل عرض النبضة التقليدي (PWM)، يمكن تحديد كثافة القدرة الطيفية مباشرةً من خلال تحليل متسلسلة فورييه لإشارة PWM. أما في تعديل عرض النبضة الشعاعي، فلا يمكن وصف كثافة القدرة الطيفية لإشارات RPWM إلا بشكل احتمالي باستخدام نظرية العمليات العشوائية، مثل العمليات العشوائية الثابتة بالمعنى الواسع (WSS) . [ 4 ]

مقارنة كثافة القدرة الطيفية لإشارات تعديل عرض النبضة مقابل إشارات تعديل عرض النبضة العكسية

RFM

من بين تقنيات تعديل عرض النبضة العكسية (RPWM) المختلفة، يُعدّ تعديل التردد العشوائي (RFM) الطريقة الأكثر شيوعًا من بين الأنواع الثلاثة الرئيسية، ويُستخدم في العديد من تصميمات محولات الطاقة لاجتياز اختبار التوافق الكهرومغناطيسي (EMC). في هذا النوع من التعديل، يتغير تردد تبديل إشارة تعديل عرض النبضة (PWM) عشوائيًا لتوزيع الضوضاء المنبعثة من محولات الطاقة التي يُطبّق عليها. يتميز تعديل التردد العشوائي بسهولة تطبيقه، ويُوفّر تقليلًا ملحوظًا في ذروة الضوضاء مقارنةً بتعديل عرض النبضة التقليدي. مع ذلك، يقتصر استخدامه على محولات الطاقة التي لا تتطلب تردد تبديل ثابتًا لتشغيلها الطبيعي. إذ يُمكن أن يؤثر التغير الكبير في تردد التبديل على الأداء السليم للأجهزة والمكونات داخل دائرة محول الطاقة . [ 5 ]

مقارنة توافقيات جهد الخرج لمحول التيار المستمر إلى التيار المستمر عند استخدام تقنيات تعديل مختلفة

دورة في الدقيقة

يُستخدم تعديل التردد النبضي العكسي (RPPM) بشكل شائع في محولات الطاقة لاجتياز اختبارات التوافق الكهرومغناطيسي (EMC). كما تُسهم هذه التقنية في خفض كبير للانبعاثات الموصلة ، وبالتالي الانبعاثات المشعة من محولات الطاقة . مع ذلك، يُعدّ RPPM أقل فعالية في الحد من التداخل الكهرومغناطيسي مقارنةً بتعديل التردد النبضي (RFM). ويعود ذلك إلى أن طيف كثافة القدرة (PSD) في RPPM يحتوي على كلٍ من مكونات الكثافة والتوافقيات، ولا يمكن نشر الطيف بالكامل كما هو الحال في RFM حيث يقتصر الطيف على مكون الكثافة فقط. ومع ذلك، في هذا النظام ، يتم تثبيت كلٍ من تردد التبديل وعرض النبضة لضمان عمل مكونات المحول، مثل المحاثات والمكثفات، بكفاءة . [ 1 ] [ 3 ]

RDCM

في تقنية RDCM، يتغير عرض النبضة أو دورة التشغيل لإشارة PWM بشكل عشوائي لتوسيع نطاق الضوضاء . هذا النوع من التعديل أقل شيوعًا مقارنةً بالأنواع السابقة، نظرًا لقلة فعالية RDCM في توسيع نطاق الضوضاء. علاوة على ذلك، قد يؤدي التغيير العشوائي لدورة التشغيل إلى تقلبات وتموجات في جهد الخرج . إضافةً إلى ذلك، في بعض تصميمات محولات الطاقة ، يُعد تغيير دورة التشغيل الوسيلة الأساسية للتحكم في جهود وتيارات الدخل والخرج باستخدام أنظمة التحكم ذات الحلقة المغلقة . [ 3 ] مثال على ذلك هو محرك التيار المستمر ذو الفرش. بما أن الطاقة المُغذية للمحرك تُقطع بالفعل بتردد محدد لتغيير الجهد والتيار، فإن إدخال العشوائية في هذه العملية قد يُؤثر سلبًا على أداء النظام.

في أنظمة العاكس ذي التردد المتغير

أصبح هذا النوع من التعديل أكثر شيوعًا في محركات التردد المتغير بمختلف أحجامها وتطبيقاتها. في محركات التردد المتغير المخصصة للمستهلكين والتي تتضمنه كميزة، يظهر كمعامل يمكن للمستخدم تحديده، غالبًا مع عدة مستويات تشغيل مختلفة. قد تستخدم بعض المحركات أكثر من طريقة في آن واحد. مع ذلك، ورغم أن مصطلح "RPWM" يُستخدم عادةً لوصف هذا النوع من التعديل من الناحية التقنية، إلا أن هذه التقنية لا تزال تفتقر إلى تسمية محددة في عالم أسماء معلمات محركات التردد المتغير. على سبيل المثال، تُطلق شركة فوجي إلكتريك على مُعامل تقليل الضوضاء لديها اسم "نغمة المحرك"، بينما تُطلق عليه كل من ميتسوبيشي إلكتريك وتيكو وستنجهاوس اسم "PWM الناعم". قد يُسبب استخدام مصطلح "PWM الناعم" بعض الارتباك لمن ليسوا على دراية بهذه التقنية، حيث يُطلق أحيانًا على التحكم في عبور الصفر اسم "التبديل الناعم".

قد يُستخدم مصطلح "تعديل عرض النبضة المُشوشة" ​​أو "تشويش الموجة الحاملة" كعلامة قياسية، إذ أن كلمة "تشويش" في هذا السياق غير مُحددة لطريقة تعديل عرض النبضة الانعكاسية المُستخدمة، لكنها تُشير إلى وجود عملية مُتخصصة تُؤثر على شكل وخصائص الموجة الخارجة. إضافةً إلى ذلك، يُستخدم هذا المصطلح في مجال الاتصالات ، حيث يُشير المُشوِّش إلى أي جهاز (عادةً تناظري) يُستخدم لتشفير الإشارة بحيث تُصبح غير مفهومة إذا تم اعتراضها قبل وصولها إلى المُستقبل المقصود دون مُفكِّك تشفير مُضبوط بشكل مناسب. بمعنى آخر، يُمكن استخدام مصطلح "تشويش" لوصف تعديل عرض النبضة الانعكاسية بشكل عام.

بغض النظر عن الملصق، عند ملاحظة الدليل في أجهزة VFD ذات الحجم الاستهلاكي التي تتضمنه، يبدو أن تركيز وصف المعلمات ينصب على تقليل الضوضاء الصوتية، بدلاً من تقليل التداخل الكهرومغناطيسي وصحة المحرك.

في محولات جر السكك الحديدية الحديثة، تُحدث هذه الطريقة تغييرًا في الصوت الذي تُصدره المحركات عند تشغيلها بواسطة محولات تستخدمها. فبدلًا من صوت الأزيز الثابت المعتاد في محول SPWM التقليدي، يكون الصوت أشبه بالهسهسة، كالضوضاء البيضاء. ونظرًا لأن محولات جر السكك الحديدية تعمل بمستويات طاقة عالية، فإن التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) يتولد بسهولة أكبر في هذه الأنظمة. في هذه التطبيقات، يُعدّ تعديل عرض النبضة العكسي (RPWM) مفيدًا للغاية لصحة المحرك ومستوى التداخل الكهرومغناطيسي المنبعث.

قضية التعايش

تُعدّ تقنيات تعديل عرض النبضة العكسية (RPWM) فعّالة للغاية في الحدّ من التداخل الكهرومغناطيسي لمُحوّلات الطاقة . مع ذلك، عند استخدام مُحوّلات الطاقة المزودة بهذا النوع من التعديل بالتزامن مع أنظمة الاتصالات ، قد يحدث تداخل كهرومغناطيسي شديد بين نظام الطاقة ونظام الاتصالات . يُمكن ملاحظة هذا التأثير الضار في أنظمة الاتصالات عبر خطوط الطاقة (PLC)، حيث تتواجد مُحوّلات الطاقة وأنظمة الاتصالات معًا . في الواقع، أكّدت دراسات حديثة أن تطبيق تقنية RPWM على مُحوّلات الطاقة لتقليل الانبعاثات الموصلة قد يُؤثّر سلبًا على نظام PLC. [ 6 ] [ 7 ]

يتزامن معدل خطأ الإطار في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة G3-PLC مع محول التيار المستمر إلى التيار المستمر المعدل بتقنية PWM وRPWM.

قد يتفاقم التداخل عندما يتداخل تردد التبديل وعرض النطاق الترددي لنظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) مع تردد نظام الطاقة. تستخدم معظم محولات الطاقة تردد تبديل أقل من 150 كيلوهرتز، وهو ضمن نطاق التوافق الكهرومغناطيسي منخفض التردد . قد يُسبب هذا مشاكل في التعايش، خاصةً في أنظمة PLC ذات النطاق الترددي الضيق (بروتوكولات PLC المتخصصة المستخدمة في تطبيقات الشبكات الذكية ، مثل Prime PLC وG3-PLC، بترددات أقل من 150 كيلوهرتز). في تقنية تعديل عرض النبضة التقليدية (PWM)، يتداخل ضجيج محول الطاقة مع نطاق تردد PLC عند مضاعفات منفصلة لتردد التبديل فقط، مما يُقلل من التداخل مع نظام PLC. أما في تقنية تعديل عرض النبضة العكسية (RPWM)، فيتوزع الضجيج بشكل أكثر انتظامًا، ويتشارك كل من PLC وضجيج محول الطاقة في نطاق ترددي أوسع ، مما يُسبب اضطرابًا أكبر لنظام PLC. لذلك، يُنصح بمراقبة خصائص أي أنظمة متعايشة بعناية لاختيار تردد تبديل لمحولات الطاقة ذات التعديل العشوائي بحيث لا يتداخل مع تردد نظام PLC المتعايش. [ 6 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 تريزينادلوفسكي، أ.م.؛ بلايبيرج، ف.؛ بيدرسن، ج.ك.؛ كيرلين، ر.ل.؛ ليجوفسكي، س. (سبتمبر 1994). "تقنيات تعديل عرض النبضة العشوائية لأنظمة القيادة المغذاة بالمحولات - مراجعة". معاملات IEEE لتطبيقات الصناعة . 30 (5): 1166-1175 . doi : 10.1109/28.315226 .
  2. ↑ حامد، عبد السلام؛ وان، لو؛ لوشي، هيرميس؛ ناسيمينتو، دوغلاس دو؛ غراسي، فلافيا؛ سمولينسكي، روبرت؛ سباداتشيني، جيوردانو؛ بيناري، سيرجيو أ. (20 أكتوبر 2020). "محاكاة مشتركة باستخدام PSpice-Simulink للانبعاثات الموصلة لمحول تيار مستمر إلى تيار مستمر مع تعديل عشوائي". المؤتمر العالمي السادس للتوافق الكهرومغناطيسي (GEMCCON) لعام 2020. الصفحات 1-4 . doi : 10.1109/GEMCCON50979.2020.9456753 . hdl : 11311/1199958 . ISBN  978-1-7281-8463-0. S2CID 235618318 . 
  3. ستانكوفيتش ، أ.م .؛ فيرغيز، ج.إ.؛ بيرو ، د.ج. (نوفمبر 1995). "تحليل وتوليف مخططات التضمين العشوائي لمحولات الطاقة". معاملات IEEE في إلكترونيات الطاقة . 10 (6): 680-693 . Bibcode : 1995ITPE...10..680S . doi : 10.1109/63.471288 . hdl : 1721.1/86944 .
  4. ↑ بيش، م.م.؛ بيدرسن، ج.ك.؛ بلايبيرج، ف.؛ ترزينادلوفسكي، أ.م. (مايو 1999). "منهجية للمقارنة الحقيقية بين أطياف المجال الترددي التحليلية والمقاسة في محولات PWM العشوائية". معاملات IEEE في إلكترونيات الطاقة . 14 (3): 578-586 . Bibcode : 1999ITPE...14..578B . doi : 10.1109/63.761702 .
  5. ↑ لوشي، هيرميس؛ ليزينسكي، بيوتر؛ سمولينسكي، روبرت؛ ناسيمينتو، دوغلاس؛ سليزينسكي، فويتش (يناير 2020). "نظام قائم على مصفوفة البوابات المنطقية القابلة للبرمجة لتقييم التداخل الكهرومغناطيسي في محولات التيار المستمر/المستمر ذات التعديل العشوائي" . مجلة Energies . 13 (9): 2389. doi : 10.3390/en13092389 .
  6. 1 2 بشير، عبد السلام حامد؛ السيد، وسيم؛ وان، لو؛ غراسي، فلافيا؛ كروفيتي، باولو ستيفانو؛ ليو، شياو كانغ؛ وو، شينغلونغ. ماضي، عمرو؛ سمولينسكي، روبرت؛ بينياري ، سيرجيو أميديو (يناير 2022). "تأثير محول الطاقة العشوائي على اتصالات خط الطاقة G3" . العلوم التطبيقية . 12 (11): 5550. دوى : 10.3390/app12115550 . اتش دي ال : 11311/1223549 .
  7. ↑ سيد، وسيم؛ ليزينسكي، بيوتر؛ سمولينسكي، روبرت؛ مادي، عمرو؛ بازيرا، مارسين؛ كيمبسكي، آدم (يناير 2021). "التداخل المُعدّل الحتمي مقابل التداخل المُعدّل العشوائي في اتصالات خطوط الطاقة من الجيل الثالث" . مجلة Energies . 14 (11): 3257. doi : 10.3390/en14113257 .