دورة إلكترونيات القوى – أخبار إلكترونيات القوى

العاكس هو جهاز إلكتروني يمكنه تغيير التيار المباشر إلى تيار متردد. لها خصائص المدخلات والمخرجات المتغيرة. بمساعدة العاكس ، يمكن استخدام بطارية السيارة لتشغيل جهاز منزلي عادي. بهذه الطريقة ، يمكن استخدام أي جهاز منزلي في المخيم أو على الشاطئ ، حتى لو لم يكن مصدر طاقة التيار المتردد العادي متوفرًا. أحد الأمثلة الشائعة على كيفية استخدام العاكس هو تشغيل جهاز تلفزيون في مكان مجهول ببطارية سيارة فقط.

مع العاكس ، يتوفر التيار المتردد في أي وقت وفي أي مكان

إذا كنت بحاجة إلى تشغيل جهاز يعمل عند 230 فولت تيار متردد (50 هرتز) ولكن لا يتوفر مأخذ كهربائي منزلي بهذا الجهد ، فأنت بحاجة إلى استخدام محول ومولد تيار مستمر مثل ، على سبيل المثال ، بطارية سيارة 12 فولت ، بطارية كبيرة بطارية كهربائية ، أو حتى لوحة شمسية مناسبة. تُستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع ، في الواقع ، بالاقتران مع الألواح الكهروضوئية في المواقع التي لا يوجد فيها تيار متناوب ، ويزداد استخدامها يومًا بعد يوم (انظر مثالاً على العاكس في شكل 1).

اعتمادًا على نوع الإشارة التي تم إنشاؤها ، هناك نماذج مختلفة من العاكسات ، مثل:

• العاكس موجة مربعة
• محول موجة جيبية معدل ؛
• عاكس موجة جيبية نقية.

يتم إجراء المقارنة والجهد المرجعي لهذه المخرجات بجهد منزلي ، والذي له شكل موجة جيبية تمامًا. يمكن تعميم أشكال الموجة الناتجة عن المحولات بواسطة المعادلات. لهذا السبب ، من الممكن إنشاء محولات رقمية تعيد إنتاج الإشارة عن طريق دارات DAC. الرسوم البيانية مستنسخة في الشكل 2 عرض بعض أشكال الموجة المتناوبة التي تم إنشاؤها بواسطة أنواع مختلفة من المحولات بتردد 50 هرتز. لذلك ، يجب على المستخدم التحقق من إشارة خرج الجهاز بنفسه ، اعتمادًا على الحمل الذي ينوي تشغيله. يمكن إجراء مثل هذا الفحص باستخدام راسم تذبذب جيد ، مع تذكر استخدام فواصل مناسبة لجلب قيمة الجهد ضمن النطاق الذي تدعمه أداة القياس. من الممكن أيضًا استخدام محلل طيف جيد للتحقق من التوافقيات في الإشارة.

إذا كان الحمل المراد تشغيله مقاومًا تمامًا وليس ذا قيمة اقتصادية عالية ، فيمكن للمستخدم استخدام عاكس الموجة المربعة بأمان. في الواقع ، لا يحتاج الحمل المقاوم إلى شكل موجة معين ؛ المهم أن هناك قوة مناسبة في نهاياتها. في بعض الحالات ، يمكن استخدام جهد التيار المستمر ، والنتيجة هي نفسها. ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، المصابيح المتوهجة التنغستن. إنهم يتعاملون مع أي نوع من الإشارات الكهربائية. من ناحية أخرى ، إذا كان الحمل حثيًا أو سعويًا ، فستكون هناك حاجة إلى إشارة أقرب ما يمكن من الموجة الجيبية ، وإلا فقد تتعطل وتولد ضوضاء أرضية مساوية لتلك الخاصة بتردد التيار الكهربائي. أفضل جهاز لتوليد الطاقة هو ، بالطبع ، عاكس موجة جيبية نقية. إنها مناسبة لتشغيل أي نوع من الأحمال حيث أن الإشارة المستنسخة تتبع بأمانة شكل الموجة الجيبية. من الواضح أن هذه الأنواع من المحولات أكثر تعقيدًا وتكلف الكثير من المال. مرة أخرى بتردد 50 هرتز ، من الممكن تحديد المعادلات الرياضية التي تكمن وراء أشكال الموجة في الصورة السابقة.

لاحظ أن الدالة Sign (x) ترجع -1 إذا كانت x سالبة ، و +1 إذا كانت x موجبة ، و 0 إذا كانت x تساوي صفرًا. من بين هذه الأشكال الموجية ، من الواضح أن الشكل النقي يتم تمثيله بالإشارة الجيبية ، والتي لا تحتوي على أي نوع من التشويه. يوضح الجدول التالي تفاصيل معدلات التشويه التي تميز الأشكال الموجية المختلفة:

يتضح من الجدول على الفور كيف أن شكل الموجة غير الجيبية يمثل مشكلة كبيرة ، خاصة بالنسبة للأحمال ذات الحجم المعين.

تشغيل العاكس

العاكس هو جهاز يقوم بتحويل الطاقة من شكل إلى آخر ، حيث يولد ، عند الخرج ، تيارًا متناوبًا من تيار مباشر عند الإدخال. يستخدم الجهاز محولًا ينتج تيارًا متناوبًا مستحثًا من المجال المغناطيسي المتغير الناتج عن ملف آخر. إذا كان تيار كهربائي متناوب يتدفق عبر الملف ، فإنه ينتج مجالًا مغناطيسيًا. إذا تغير اتجاه التيار ، تتغير قطبية المجال المغناطيسي. يمكن أن ينتج الملف الثانوي للمحول جهدًا مختلفًا عن الملف الأساسي ، مما يؤدي إلى تغيير خصائص هذه المحاثات. إذا تم مطابقة دائرة كهربائية كهربائية مناسبة مع المحول ، مما يتسبب في تغيير التيار لاتجاهه بشكل مستمر وسريع (عند 50 هرتز أو 60 هرتز) ، فيمكن صنع عاكس بسيط لإنتاج موجة مربعة. يعتمد تردد إشارة الخرج على كيفية تدفق التيار على الملف الأساسي. للسماح للتيار بتغيير الاتجاهات بسرعة كبيرة ، يجب استخدام مفاتيح إلكترونية مناسبة من أشباه الموصلات ، على سبيل المثال ، الترانزستورات أو IGBT أو MOSFETs الأحدث.

العاكس ذو الموجة المربعة

هذا جهاز يولد ، كما ذكرنا سابقًا ، إشارة متناوبة مربعة ، لذلك لن تقبل معظم أحمال 230 فولت تيار متردد مثل هذا الشكل الموجي. مع مثل هذا العاكس ، من الممكن تشغيل مصباح متوهج قديم الطراز ، أو سخان مقاومة صغير ، أو مكواة لحام من الصفيح لبضع واط. لهذا السبب ، لا يتم استخدامه على نطاق واسع ، ولكن تحقيقه يمكن أن يكون مفيدًا في فهم مبدأ العمل لهذا النوع من تحويل الطاقة. بسبب ظاهرة ردود الفعل المفاعلة ، يمكن أن تسخن قليلاً. يمكن رؤية مخطط عام لعاكس موجة مربعة بسيط في الشكل 3. أدائها منخفض جدًا ، والتشويه التوافقي الناتج يصل إلى 42٪. تستخدم الدائرة هزازًا متعددًا مستقرًا لدفع الملف الأساسي للمحول. يبلغ تردد التذبذب النموذجي حوالي 50 هرتز ، ويتطلب تغييره تغيير قيم المكثفات C1 و C2 والمقاومات R1 و R2. كما يتضح من المخطط الطيفي في الشكل ، فإن إشارة الخرج غنية بالتوافقيات ، ولا يمكن توفير أحمال سعوية وحقيقية ولكن فقط الأحمال المقاومة. يتم تحديد قوة العاكس بواسطة الترانزستورات والمحول.

عملها بسيط للغاية: عندما يتم إغلاق الترانزستور الأول لفترة تساوي T / 2 ، يكون الجهد اللحظي عبر الحمل V / 2. من ناحية أخرى ، عندما يتم إغلاق الترانزستور الثاني لفترة تساوي T / 2 ، يكون الجهد اللحظي عبر الحمل -V / 2. يجب أن يتأكد المصمم من عدم إغلاق الترانزستورين في نفس الوقت. إذا كان الحمل حثيًا ، فلا يمكن للتيار أن يتبع على الفور نفس شكل الموجة مثل الجهد ، لذلك من المفهوم على الفور أن هذا النوع من العاكس يجب استخدامه فقط للأحمال المقاومة وليس للأحمال الاستقرائية أو السعوية.

أنواع أخرى من العواكس

لإنتاج موجة جيبية عند مدخل الملف الأساسي ، يجب استخدام مذبذب مناسب. من الواضح أنه يوفر تيارًا منخفضًا جدًا ، ولا يكفي لقيادة الملف الأساسي مباشرة. لذلك ، يجب تضخيم التيار حتى يتمكن من قيادة الملف الأساسي للمحول. مع المكون الأخير ، يمكن زيادة الجهد على حساب التيار والعكس صحيح ، لكن الطاقة (Volts x Amps) تظل كما هي. عادة ، يتم توليد الموجات المعقدة بواسطة ميكروكنترولر عبر تقنية PWM. اعتمادًا على دقة الجهاز ، يمكن إنشاء الموجة الجيبية بعدد مختلف من البتات ، وهذا الاحتمال يغير بشكل كبير السعر النهائي للعاكس. الشكل 4 يُظهر الأنواع المختلفة من موجات الجيب المتولدة باستخدام دقة 2 بت و 3 بتات و 4 بتات و 6 بتات لجهد عام بين 0 فولت و +5 فولت وتردد 50 هرتز ، يتعلق أيضًا بالجدول التالي.

تبدأ الإشارة الجيبية في أن تكون مقبولة لدرجات دقة أكبر من أو تساوي 6 بتات. في درجات الدقة الأعلى ، تكون النتائج احترافية للغاية وتقترب من القيم المثالية ، لكن تعقيدات الأجهزة والبرامج والتكاليف ذات الصلة تزداد بنفس القدر. مع دقة PWM أكبر من 8 بتات ، إذن ، لا تستطيع العين البشرية إدراك “تأثير الخطوة” لتقريب العينات المختلفة. من المعقول تمامًا أنه من خلال زيادة دقة عمل PWM ، ينخفض ​​معدل تشويه الإشارة المتولدة بشكل متناسب ، مع وجود عدد أقل بكثير من التوافقيات العلوية.

يوضح الجدول التالي متوسط ​​التشوهات لأشكال الموجة الناتجة عن العاكس ، كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه.

الاستنتاجات

لقد نظرنا في وظائف ومزايا جهاز الموجة المربعة في هذا القسم الأول من الموضوع حول العاكسات. سيتم فحص نظرية وتطبيق محولات أكثر تعقيدًا ، مع التوليد النسبي لإشارة أداء أفضل بكثير بالقرب من الموجة الجيبية ، بمزيد من التفصيل في المقالة التالية.

اقرأ أيضًا:

سلسلة دورات إلكترونيات الطاقة

دورة إلكترونيات القوى: الجزء الأول – مقدمة

دورة إلكترونيات القوى: الجزء الثاني – الكابلات والأسلاك وثنائي الفينيل متعدد الكلور

دورة إلكترونيات القوى: الجزء 3 – SCR و Triac و BJT

دورة إلكترونيات القوى: الجزء الرابع – مكونات الطاقة

دورة إلكترونيات القوى: الجزء الخامس – الصمام الثنائي والمقوم

دورة إلكترونيات الطاقة: الجزء 6 – Step-Down DC / DC Converter

دورة إلكترونيات الطاقة: الجزء 7 – محولات DC-DC Step Up Up

دورة إلكترونيات الطاقة: الجزء 8 – منظم التعزيز باك