Table of Contents
إن المترجمين، المعروفين أيضا بأجهزة الاستصلاح التي تسيطر عليها السيليكون، هم عناصر أساسية في الأجهزة الإلكترونية ذات الطاقة العالية، وتستخدم في تحويل وضبط تيارات كبيرة وفولاذات في تطبيقات مثل محركات السيارات، وإمدادات الطاقة الصناعية، والهياكل الأساسية للشبكات، ويؤثر ذلك مباشرة على سلامة وكفاءة النظم بأكملها، غير أن بيئات الطاقة الحديثة تعرض هذه الأجهزة إلى حقول مغناطيسية خارجية قوية تولدها المحولات المتاخمة.
أساسيات عملية مسيحية وحساسية
هيكل الأجهزة وآلية التبديل
وجهاز نقل نصف موصل بثلاث محطات طرفية، هي البرود، والقطع، والبوابة، و تحت التشغيل العادي، يبقى هذا الجهاز في دولة مقفلة حتى تبدأ النبضات الحالية في إعادة تغذية داخلية جديدة، مما يجعل الغرار يشق جهازاً منخفضاً، وحالما يتم ذلك، يظل في حالة حدوث تغيرات في الحد الأدنى من الاختلالات.
الحساسية إزاء التداخل المغناطيسي
فمع أن المحافظين، في ظل وجودهم في نظم القوى العالية، يتأثرون في جوهرهم بالتحول السريع والحقول الخارجية بسبب تواترهم الداخلي، فإن التقاطع بين البوابات والمحركات، على وجه الخصوص، يمكن أن يُطلق بواسطة فولت مستحث بقدر قليل من الطلقات المغناطيسية، ويمكن أن تولد هذه الفولطية من خلال أجهزة التحويل الكهرومغناطيسية.
مصادر حقول المغناطيس الخارجية في نظم الطاقة
المحولات والموصلات
وتنتج المحولات الكهربائية وموصلات الترددات المغناطيسية المتناوبة حقول مغناطيسية قوية، لا سيما قرب نواقصها ورياحها، وفي خزانة عادية من اللافقار أو التطهير، يمكن تركيب الدراجات في حدود سنتيمتر من هذه المكونات، ويمكن أن تخترق حقول الصمامات من التسرب المحول على مجموعة غرار، مما يزيد على تيارات الجيل المتحركية في طبقة الفرن أو في الفرن.
حافلة وكابل عالية الكرند
وتولد في الوقت الراهن، أو حافلة حافلة من طراز DC أو AC تحمل آلاف الأمبيرات، حقول مغناطيسية ثابتة أو شبه ثابتة، وفي تطبيقات مثل إمدادات الطاقة الكهربائية أو محركات السحب، كثيرا ما تكون أذرعها مثبتة مباشرة على حافلة الحافلات أو بالقرب منها، ويتناسب نطاقها مع حقول النقل الحالية وغير المتناسبة مع المسافة؛ وبالتالي فإن حافلة تحمل ٠٠٠ ١ متر في مجموعة من الأجهزة المسافات
المحركات الكهربائية والمولدات الكهربائية
وفي نظم الحركات المتحركة، ولا سيما تلك التي تستخدم مبدئيا ناعمين أو متحولين من الدراجات، يولد المحرك نفسه حقول مغناطيسية شديدة التناوب، بالإضافة إلى أن وصلات الكابل بين الأقدام والحركة النارية تمثل أجهزة شعاع ضوضاء مغناطيسية عالية التردد، وإن كانت هذه الحقول أقل حجما في كثير من الأحيان من تلك التي تنجم عن الحافلات، يمكن أن تؤدي إلى تدخل البوابة من خلال الانقلابات السقفية والتحار في السيطرة.
الآليات المادية للتأثير الميداني المغنطييسي على الرايسترز
Eddy Current Induction
(أ) قد تؤدي [مضاد] حرارة خارجية مسببة للزئبق إلى تيارات مُستحثة في أي مادة مسلكة داخل الحقل، وبالنسبة إلى ثعبان، فإن تيارات الدودي تتدفق في وورق السيليكون، وطبقة قاع المافيا أو النحاس التي تُحدثها، وتُنتج هذه البطاقات تدفئة جول محلية (خسائر) ويمكن أن تُحدث تُسراً في مقاوم داخلية.
هالة طعمها وحملها
في الميدان المغناطيسي الثابت B ] طبقت النسيج على اتجاه التدفق الحالي في شبه الموصلات تنتج حقل كهربائي متحول عبر تأثير القاعة، وهذا الميدان يُحدث كثافة في الشحنات، ويغير توزيع الإلكترونية والثقوب عبر سلك الجهاز.
قوة لورنتس على متن ناقلات الشحن
The Lorentz force vector F[F = q(]E + v] × B[FristalT:7]]]
التنقل وإعادة التوحيد
ويمكن أن تقلل الحقول المغناطيسية من حركة الناقلات بسبب مغناطيسية - ارتفاع معدل الارتحال عندما تنتقل الناقلات إلى مدارات الإسكترون تحت قوة لورنتس، وفي السيليكون، يكون تأثير المغناطيس صغير نسبياً في درجة حرارة الغرف، ولكنه يصبح ملحوظاً في الحقول المرتفعة (فوق 0.5 تاء).
آثار على سمات التبديل وإمكانية الاعتماد
التهرب من المفاصل وسوء استخدامها
إن أكثر الآثار خطورة وخطورة هو إطلاق الدرع غير المقصود، وإذا كان حقل مغناطيسي خارجي يحفز نبضاً ضاراً عبر بوابة، يتجاوز الفول المحفز للبوابة (يمثل 0.5-3 V بالنسبة للمواصفات القياسية)، فإن الجهاز قد يتحول إلى سابق لأوانه، وفي جهاز استجمام متحكم فيه تدريجياً، يمكن أن يتسبب في فشل في إحداث تغيير في الناتج الحالي.
تدهور القدرة على التحمل من الدي في/دي ودي/دي
(أ) تحدد صحائف بيانات الصدر المعدلات القصوى لارتفاع الفولط (dV/dt) والحاضر (di/dt) التي يمكن للجهاز تحملها دون تغيير أو تلف غير مرغوب فيه، ويمكن للميادين المغناطيسية الخارجية أن تقلل من هوامش الأمان هذه، وعلى سبيل المثال، يمكن للمجال المغناطيسي الذي يحفز على حدوث تغيرات جانبية في منطقة القاعدة.
الإجهاد الحراري والحد من العمر
وتسهم التدفئة الحالية وزيادة الخسائر في الدول بسبب مغناطيسات في ارتفاع درجات حرارة الرقائق، وتعجل عمليات التقلب أثناء العملية العادية بآليات الفشل مثل الإرهاق بالبائع، وسحب الأسلاك السلكية، ونشر الكمائن، كما أن الحقول المغناطيسية التي تسبب التوزيع الحالي غير النظامي تؤدي إلى ارتفاع حراري في جميع أنحاء وفرة الارتداد.
"لاتش أوب" و "توب أوف" "الفشل"
وفي دوائر حيث يجب تخفيف عظمة الدراجة بالقوة (مثلاً، محولات شركة DC-DC باستخدام التبديل القسري)، يمكن للميادين المغناطيسية الخارجية أن تتدخل في عملية التحول، وقد يؤدي الحقل المغناطيسي الذي يحافظ على حقن الناقل إلى منع التيار تحت غطاء الحيازة، مما يؤدي إلى بقاء الغرار في المفاعلات، مما يؤدي إلى تخفيف الفشل، وربما إلى زيادة في أجهزة التخزين المغنطة.
دراسات الحالة والحوادث الحقيقية في العالم
محطات المتعهدين من طراز HVDC
In high-voltage direct current (HVDC) converter stations, thyristor valves are arranged in towers and often surrounded by large smoothing reactors and transformers. Engineers from a major HVDC project reported that stray magnetic fields from adjacent reactors induced gate currents sufficient to trigger thyristors in the valve, causing commutation failures. Mitigation required rerouting gate
الحركات واللوجو
وتُستخدم مروحيات مروحية مجهزة بأجهزة كهربائية في بيئات ذات حقول مغناطيسية قوية من محركات الارتطام وتيار المسارات، وتُعزى الفشل الميداني في التسعينات إلى تدخل مغناطيسي يسبب تلويثات متعددة في سلسلة من الأسلاك لتتحول في وقت واحد، وتُعقد في دائرة قصيرة، وتُظهر التحليلات أن التواريخ المحضة خلال فتحات التراكمية الإبداعية المغناطيسية قد ولدت مجالاتاً مختلفة.
التدفئة الصناعية
وتستعمل إمدادات الطاقة التدفئةية في التدفئة محركات الصدر العاملة بترددات تصل إلى 100 كيلوهرتز، وتولد أكياس العمل حقول مغناطيسية شديدة التناوب يمكن أن تقترن بأكياس الغدة القريبة، وفي حالة واحدة موثقة، أظهرت سخنة تمهيدية قدرة ناتجة غير منتظمة بسبب تضخم مغناطيسي في الحقل المغناطيسي/الدرع المسبب في غزال غزال
استراتيجيات التخفيف: أفضل الممارسات الهندسية
الدرع المغنطيك
وباستخدام مواد عالية القدرة على الأداء مثل السبيكة المميتة (الطرق النيكلية الحديدية) أو الصلب السيليكوني الموجه نحو الحبوب يمكن أن يعيد توجيه التدفق بعيدا عن الأجهزة الحساسة، وبالنسبة لميادين AC، فإن الدروع الملغومة تقلل من الخسائر الحالية في الدرع نفسه، وتتوقف فعالية السطو على سميك المواد الخام وقابلية التحمل: ففي 50 هز، توفر ورقة خام ذات عيار 1 ملم حوالي 30 سمرا مضافا.
الـعـضـة الـفيزيـة
إن زيادة المسافة بين الغرار والمصادر المغناطيسية هي الاستراتيجية الأبسط والأكثر فعالية، حيث تتدهور القوة الميدانية مع مربع المسافة (أو أسرع بالنسبة للمصادر القطبية) وينبغي أن توجه المصممين إلى الأغصان بحيث تكون محورها الحالي للشحن متوازيا مع الاتجاه الميداني السائد، وتخفض إلى أدنى حد من منطقة الحلقة المتحركة، كما أن تقليل مساحة دوامة البوابات المزودة بالبضائع إلى الحد الأقصى.
تصميم التصويب والنسيج
و خفض الـ دي في دي تي آر سي في بيئات الضجة المغناطيسية، قد تحتاج القيم النابية إلى زيادة إلى ما هو أكثر من التوصيات القياسية للتعويض عن انخفاض الحصانة من الـ دي في دي تي أو دي تي بالإضافة إلى ذلك، وضع حزام خصب أو خاطفة صغيرة في سلسلة مع البوابة يمكن أن تخترق البوابات العالية التردد
اختيار الجهاز وإلغاء العلاقة
فاختيار مروجي الغدة الدنوغرافية ذات القدرة العالية على الدي في/دنت (مثل 1000 V/ميكرات مقابل 500 V/ميكروس) يوفر هامش أمان ضد متحولين مغنطيسيين، إذ يقدم بعض المنتجين أجهزة ذات هياكل بوابة أمثل عرضة للتيارات الأفقية، ويقلل الحد الأقصى للتقديرات (التدبير، والحال، ودرجة الحرارة) بنسبة تتراوح بين 800 و40 في المائة من التطبيقات الميدانية المرتفعة.
أجهزة الاستشعار المغنطيسية المتكاملة وأجهزة التغذية
ويمكن لمحوّل الطاقة المتقدمة أن يدمج أجهزة استشعار الهالك أو أجهزة مغناطيسية بالقرب من كومة الدرع لرصد المستويات الميدانية الضالة، وعندما تتجاوز العتبة، يمكن للمراقب أن يعدل توقيت البوابة، أو يقلل من الترددات، أو أن يشرع في إغلاقها بطريقة آمنة، وهذا النهج النشط للتخفيف من آثار تغير المناخ يصبح قابلاً للتطبيق مع ظهور أجهزة الاستشعار المغناطيسية الرقمية المنخفضة التكلفة.
المعايير وأساليب الاختبار
IEC 61000-4-8 and -10
وتحدد اللجنة الدولية للكهرباء اختبارات الحصانة للميادين المغناطيسية التي تتردد فيها القوى (IEC 61000-4-8) والميادين المغناطيسية المنهارة (IEC 61000-4-10) وتحدد هذه المعايير مستويات الاختبار حتى 100 ألف/م (التي غالبا ما تستجيب إلى 126 ميكروت في الهواء) وتطبق على المعدات التي تُستخدم في المناطق السكنية، ومع ذلك، فإن الحاجة إلى السلوكيات الصناعية هي التي تحوّل داخلها.
IEE Std 1531
ويتضمن دليل الإي إي إي إي إي إيه الخاص بتطبيق وتحديد صمامات الغدد الصمامات توصيات لإجراء اختبارات للتدخل الكهرومغناطيسي، ويقترح التحقق من البوابة التي تُفضي إلى الحصانة في ظل ظروف ميدانية مغناطيسية أسوأ، مثل خلال اختبارات الدائرة القصيرة أو بالقرب من ميغانيت المفاعلات، ويستلزم الاختبار عادة حقن حقل مغناطيسي أو نقي، مع رصد مركب البوابات وثدي.
مجموعة الاختبار العملي
لتقييم أداء الدراجات في المختبر، يمكن للمهندسين استخدام ثلج هيلمهولتز أو زوج من الكوكتيلات الهوائية الأساسية المدمجة لتوليد حقل مغناطيسي موحد على الجهاز قيد الاختبار، ويقوده جهاز كمبلد ليحاكي طيف الحجم والتواتر من تطبيق الهدف، ويوضع الغرار في مركز التكتل، ويظهر فيه معدل حرارة البوابات، ودرجة حرارة الجسم،
الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة
أجهزة الضم الواسعة النطاق والحصانة المغناطيسية
إن أجهزة النادل السيليكونية وأجهزة النتريد المغنطيسي توفر عملية تحويل أسرع ودرجة حرارة أعلى، ولكن أبعادها الأصغر سناً وارتفاع الكثافة الحالية تجعلها أكثر حساسية لتشويه الناقلات المغنطيسي الذي يسببه الحقل، غير أن هياكلها المتقدمة (مثل البوابة المتكاملة لسيك موزفلت، بوابة غون هيم تي في الحقل) قد توفر حصانة أفضل إذا ما أمكن.
أجهزة الاستشعار المغناطيسية وعلم النفس
إن إدماج الاستشعار الميداني المغناطيسي مباشرة في رقاقة أو مجموعة غزالة الغدة الدرقية هو اتجاه تصاعدي، ويمكن لأجهزة الطاقة الذكية أن تبلغ ناقلات الحقل الفوري وأن تعدل العتبات الداخلية تبعا لذلك، مما يتيح الحصانة التكييفية، فعلى سبيل المثال، يمكن لغيرك الذي لديه جهاز استشعار في القاعة المبني أن يرفع تلقائياً محرك البوابة عندما يكتشف ميدان خارجي قوي، ويمنع الانتقال عن مساره الطبيعي مع الحفاظ على غير ذلك.
مواد وتكنولوجيات الشحن المتقدمة
كما أن المواد المغناطيسية المحتوية على الأشعة النانوية والمواد المغناطيسية الارتجاعية توفر قدرة عالية على التواتر العالي مع وزن أقل من الوزن التقليدي الذي يمكن أن تشكل هذه المواد في أشرطة مرنة أو أعلاف مرنة، مما يسهل اندماجها في وحدات الطاقة، وبالإضافة إلى ذلك، تستخدم أجهزة الإلغاء العاملة التي تنتج مغناطيسات مغناطيسية متعارضة في المجال في بيئات متطرفة، وتخضع لرقابة في الوقت الحقيقي.
خاتمة
فالميادين المغناطيسية الخارجية هي عامل هام ولكن كثيرا ما يغفله في موثوقية الغدة الدرقية، فآليات التدخل الحالية، وتأثير الهال، وقوة لورنتز، وقابلية التحول من المغناطيس، تؤدي إلى سوء الفهم، وتسريع الارتداد الحراري، وتسمح هذه الآثار للمهندسين الإلكترونيين في مجال الطاقة بتنفيذ تدابير مضادة فعالة: الدرع المغناطيسي، والتصميم الحكيم، وزيادة نظم الارتداد المتطورة.