التعريف بالنظم العالمية للقوى العاملة في مجال الأجهزة الصناعية

إن الروبوتات الصناعية الكبيرة تشكل العمود الفقري للصناعة الحديثة، من خطوط التجميع الآلية إلى التخزين اللوجستي وشبه الموصلات، وتستلزم هذه النظم نقلا دقيقا وموثوقا به وواثقا في الطاقة الكهربائية، بحيث تؤدي إلى إزالة الأسلحة الآلية الثقيلة، وأجهزة التحكم العالية في المركبات، وعمليات التشغيل الآلية المعقدة، ويكمن قلب العديد من هذه النظم في التحولات الخارجية

ويستهلك الروبوتات الصناعية الحديثة طاقة كهربائية كبيرة - ويمكن لذراع آلي واحد ثقيل الدفع أن يسحب عشرات الكيلوات أثناء عمليات التسارع والتفريغ في ذروة العمليات، ويجب أن تتحول نظم الطاقة هذه وتنظمها مع الحفاظ على حركة سلسة، وتخفف من الوئام، وتضمن السلامة الكهربائية.

ما هي "جي تي" ؟

وينتمي الباحثون عن طريق بوابة " تيرن أوف ثيرس " إلى أسرة أجهزة الغدة الدرقية، ولكنهم يميزون بقدرتهم على الإنهاء عن طريق تطبيق نبضة سلبية في البوابات، حيث إن أي غسالة عادية، تُطلق إلى سلوك، وتُطفأ فقط عن طريق عكس اتجاه الانعطاف أو تخفيضه إلى أدنى من مستوى الحوافظ، وهي عملية تتطلب عادة إطفاء الشعلة.

ومن الناحية الهيكلية، تتألف مجموعة التجارة العالمية من أربعة طبقات شبه موصلية متناوبة )الساعة الثانية والنصف( مثل ثلاجة تقليدية، ولكنها مصممة بهيكل متداخل جداً من البوابة - وهو نمط يشبه الإصبع يقلل من المقاومة الأفقية داخل منطقة القدح، مما يتيح بوابة سلبية صغيرة نسبياً تقطع التدفق الحالي.

ويشمل البناء المادي للشركة آلاف الخلايا الجاهزة التي ترتبط بالتوازي عن طريق هيكل البوابة، وتعمل كل خلية على أنها ثكّة صغيرة، وتكفل عملية الترميز بين البوابات أن تُطفَل كل خلية على نحو موثوق، وتحتاج عملية الصنع إلى تلف دقيق وتجميع دقيق لتحقيق سلوك مُتَبَعَد؛ وإلا فإن التوزيع غير المتساوي حالياً يمكن أن يؤدي إلى حدوث خسائر في البقعات والأجهزة.

وتشمل المعايير التشغيلية الرئيسية التقلبات القصوى التي يمكن التحكم فيها )I-TGQM(، التي تحدد أعلى مستوى لليارات يمكن أن يُطفأ بأمان مع محرك البوابة؛ وكسب الانقلاب )مسار التيار إلى البوابة الجارية(؛ وزمن التخزين )التأخر بين إشارة تغيير البوابة وبدء ارتفاع الطوابق(.

الأهمية الحاسمة للنظم العالمية للأخشاب المدارية في الأجهزة الصناعية

وتشمل الروبوتات الصناعية الكبيرة الحجم حمولات عالية من الاضطرابات، وتسريع السرعة وتباطؤها، ومراقبة التقلبات الدقيقة، ويجب على المحولات الإلكترونية للطاقة الكهربائية أن تتعامل مع الطاقة المتجددة أثناء التباطؤ، وأن توفر نواتج محركية سلسة ذات تردد متغير، وأن تحافظ على كفاءة عالية حتى تحت حمولات متغيرة، وتتناسب نظم التجارة العالمية بشكل خاص مع هذه المهام لأنها تجمع بين كثافة عالية من الطاقة وبين توجيه الرقابة على الموجات.

التحكم في المحركات ودفعات الترددات المتغيرة

- تحويل مسارات ثابتة من طراز DC إلى ناتج من إنتاج AC متغير ومتغيرات، مما يسمح للآليين المتمركزين في دورتين متزامنتين دائمتين بالعمل بسلاسة عبر نطاق واسع، وتتحول نماذج الحركة العالمية إلى عدد من أجهزة التمزق ذات الترددات العالية، مما يتيح للآليات الآلية التي تعمل على مدار الموجات المغناطيسية، والتي تتحكم في الموجات العالية، والتي تكون كافية بالنسبة إلى عدة مرات.

المترجمون الشفويون من أجل الأسلحة الآلية

وبالنسبة للأسلحة الآلية الثقيلة الدفع، ولا سيما الأسلحة المستخدمة في اللحام أو الطوابع أو المناولة الكبيرة، يمكن أن تسحب الدراجات النارية مئات من الكمفولط - المدافع، وتوفّر المحاولات التي تستخدمها GTO القدرة الطفرة اللازمة، وتتحمل المسؤولية المفرطة، وتكتسي سمة تغيير البوابة أهمية حاسمة في حالات الخطأ: إذا حدثت دائرة قصيرة أو أكثر من اللازم، فإن جهاز التصوير الحراري يمكن أن يُغلق بسرعة.

إمدادات الطاقة وتكييف الطاقة

وتشتمل الخلايا الآلية على إمدادات عالية الطاقة من العاصمة تغذي وصلات متوسطة من البلدان النامية من أجل دفعات متعددة، وتعمل هذه المركبات كمروحية من العاصمة إلى العاصمة لتنظيم الفولط، أو القيام بشحن البطاريات للآليات المتنقلة، أو تنفيذ تصحيح عامل القوة النشطة، وقدرتها على معالجة الفولط العكسي والحاضر يجعلها مناسبة لتدفق الطاقة ذات الاتجاهين، وهو أمر أساسي لنظم التبريد التي يتم فيها استعادة الطاقة الحركية من تباط الأسلحة الآلية.

نظم تجديد الطاقة

وكثيرا ما تعمل الآلات الصناعية الحديثة في دورات تتسم بالتسريع والتباطؤ المتواترين، ويمكن أن يستعيد التكفير المتجدد ما يصل إلى 30 في المائة من الطاقة المنفقة، ولا سيما في تطبيقات التكتل السريع، كما أن المحولات التراكمية القائمة على النظام العالمي للأخشاب تُوجِّه الطاقة من خلفية المحرك إلى أشرطة التوليد أو إلى أجهزة تخزين مجهزة للتحكم الدقيق في الارتداد والتقلبات.

مزايا استخدام المحركات العالمية في نظم الطاقة الآلية

ويعود اختيار النظم العالمية للمنتجين على الأجهزة شبه الموصلية الأخرى إلى عدة مزايا متميزة تتوافق تماما مع متطلبات الروبوتات الصناعية الكبيرة.

  • High voltage and current handling capacity]: GTOs are available in ratings up to 6 kV and 6000 A, far exceeding the typical ratings of IGBTs (which top out at about 6.5 kV but with lower current capacity in practice). This reduces the need for series-parallel combinations of lower-ci reliability devices, streamlineing the power.
  • Fast shifting speeds: While not as fast as IGBTs, GTOs can shift within tens of microseconds - fast enough for the modulation frequencies used in most industrial Rob drives. Their turn-off time, though longer than IGBTs, is still sufficient to limit energy fault.
  • Reliable control over power flow]: The gate-controlled turn-off eliminates the need for bulky, lossy commutation circuits, this reduces component count, improves efficiency, and allows for precise regulation of output voltage and current. The inherent latching behavior of GTOs during normal conduction also ensures low on-state voltage drop,
  • Enhanced safety features through rapid turn-off capacity]: في حالة حدوث خطأ (دورة متنقلة أو زائدة أو فشل في قيادة البوابة)، يمكن إيقاف النظام العالمي لمراقبة المناخ فورا تقريبا عن طريق تطبيق نبض بوابة سلبي، وهذه القدرة " للحماية الذاتية " هي قدرة حاسمة في نظم تحويل الطاقة الآلية العالية حيث يمكن أن يتسبب خطأ مطروح في إحداث أضرار جسيمة.
  • Robustness against fls and transients : لدى النظم العالمية للأخشاب قدرة حديثة ممتازة (تتراوح قيمتها 10 مرات في التيار المحدد لها في بضع دورات) ويمكنها تحمل ارتفاع معدلات الدي في/دونات أفضل من العديد من الأجهزة الحديثة، مما يجعلها تنغرس في بيئات صناعية قاسية مع ارتفاعات في الارتفاعات في الفولت من الرماد أو التبديل أو البدائي.
  • Simpler thermal management]: نظراً لانخفاض الفولطية في الدولة (من الناحية المثالية 1.5 إلى 2.5 V في حالة التيار المصنف) مقارنة بالهيدروجينات الوسيطة (التي يمكن أن تكون قد شبعت كميات من ثاني أكسيد الكربون تتراوح بين 2 و4 في تيارات عالية)، فإن أجهزة التخصيب تقل حرارة بالنسبة لنفس الترتيب الحالي.

تطبيقات النظم العالمية للأخشاب المدارية في نظم إلكترونية محددة للطاقة

وتوزع هذه النظم في مجموعة متنوعة من لبنات تحويل الطاقة داخل الروبوتات الصناعية، ويعزز كل تطبيق الخصائص الفريدة للجهاز من أجل حل تحديات هندسية محددة.

Variable Frequency Drives for Motor Control

وكثيراً ما تستخدم أجهزة الاستنشاق بالأجهزة الكهربائية العاملة بأجهزة التحلل ذات الصبغة الست أو 12 درجة في مرحلة إنتاجها، وتغذيها وصلة من طراز DC، تليها منافذ للمصدر الفولطي القائم على نوع GTO، وتخفض مرحلة اللافتر ستة أجهزة لتبديل الترددات (GTO) (أو أكثر من تلك التي تستخدمها في الطبقات المتعددة المستويات) لتجميع أجهزة الموجات ذات الترددات العالية.

المترجمون الشفويون من أجل الأسلحة الآلية

وفي محركات السيرفو للمفاصل الآلية الكبيرة، يزود المترجمون إلى التيارات الذروة أثناء التسارع، ويستخدم العديد من الروبوتات الثقيلة محركات الدفع المباشر بدون صناديق التروس، مما يتطلب ضربة عالية جداً بسرعة منخفضة، ويجب أن يتعامل محرك GTO مع الطلبات التي يمكن أن تكون ثلاث مرات في التقدير المستمر، ويمكن للمتجرين أن يقطعوا بسرعة عدة آلاف من الأمبير بدون ضرر، طالما كانت حركة البوابة المصممة على وجه السرعة محدودة.

متعهدو السلطة في خطوط التصنيع الآلي

فبعد فرادى السيارات، كثيرا ما تتضمن خطوط الإنتاج الآلية حافلات مشتركة في العاصمة تُستخدم فيها خلايا متعددة، حيث تقوم أجهزة الاستصلاح العاملة (المحولات الرئيسية) بسحب التيار الوميض من رئيسي شركة AC، وتنظيم الفولط المركب في العاصمة، مما يقلل من التلوث الوئامي ويحسن معامل الطاقة، وفي نظم متعددة الضرائب، يمكن توفير الطاقة المتجددة من محور واحد عن طريق الأزهار المشتركة.

نظم تجديد الطاقة وتخزينها

وتتحكم المروحيات ذات الاتجاهين في تدفق الطاقة أثناء التجديد، وهي تحول الفولط المقطعي من محطات المحركات )عندما تعمل كمولد( إلى العاصمة التي يمكنها أن تغذي الحافلات أو تشحن مصارف المكثفات الخارقة، والقدرة على التنظيم الدقيق لكل من الفولط والحاضر في جميع العناصر الأربعة للعمليات )التحكم في المحركات، والتفاخر، والتقلبات، والضغط العكسي( أمر أساسي بالنسبة لضبط السلس.

مقارنة مع تكنولوجيات الغاز الميثان وتكنولوجيات الزراعة

وفي العقدين الماضيين، أصبحت هذه المركبات مهيمنة في محركات صناعية متوسطة (حتى بضع مئات كيلوواطات)، غير أن أعلى نطاق للطاقة - أعلى من 1 ميغاواط لكل محرك - لا تزال توجد حافة للآليات العالمية، وهي مركبات متتالية، يسهل على البوابات (يتطلب مصدر فولط) وتتحول إلى ضوضاء أعلى (حتى 20 كيلو متراً).

أما محركات النقل الجوي العالمية، فتتعرض لخسائر أقل على الدول في تيارات عالية جدا ويمكن بناؤها كأجهزة واحدة تُعالج مستويات القوة القصوى، وتزداد تعقيدات محركاتها في مجال نقل البوابة، مما يتطلب مضخمات عالية السرعة من النبضات من أجل التحول إلى الغلاف الجوي (الحد الأقصى المحدد في 10-30 ألف بالنسبة للإشارة إلى البوابة) كما أن وقت تخزين هذه الأجهزة يتراوح بين درجات الحرارة والنموذج الحالي، مما يزيد تعقيداً في التعويض عن فترة الانتقال إلى فترة زمنية.

وثمة تكنولوجيا ناشئة أخرى هي " ثيرست " المدمج الذي يدمج الموقع الشبكي GTO وبوابة " في نموذج واحد، ويحقق سرعة وموثوقية أكبر في التحول باستخدام دائرة ذات قدرة صلبة، وتستبدل أجهزة التصنيف الصناعي بشبكات جديدة عالية القدرة لأنها تتحول بسرعة (تقارب فترة الانتقال نحو 1 إلى 2 من الثلثين) وتخفض فيها مستويات الوصلات

وتبرز أجهزة السيليكون كاربيد (SiC) وGllium Nitride (GaN) من أجل تطبيقات منخفضة الطاقة، عالية التردد، ولكنها لا تستطيع حاليا أن تضاهي درجات الفول/المعدلات الحالية للمعارض العالمية للآليات الكبيرة، وتخضع الدروع التي تتخذ من سي سي سي سي سي سي سي سي كيو لتطورات صناعية متعددة الأطراف، وبالتالي فإن مجموعة الأدوات الصناعية لا تزال صالحة تجاريا.

اعتبارات التصميم الخاصة بنظم الطاقة القائمة على أساس النظام العالمي لمراقبة التجارة العالمية

وعند تنفيذ نظام الأفضليات المعمم في نظم الطاقة الآلية الصناعية، يجب على المهندسين أن يتصدوا لعدة تحديات في التصميم، ويجب أن توفر وحدة دفع البوابة أعلى من النبض (من 10 إلى 30 ألف) لقطع الجهاز، ثم تيار مستمر من 1 ألف للحفاظ على السلوك، أما بالنسبة للتحول، فإن الفول السلبي (من الناحية المشتركة إلى 15 خامسا) يُستخدم في استخراج نسبة كبيرة من الإمدادات من المخزنات الحالية (من نوع BKO)

وثمة عامل هام آخر هو الفول الدينامي للبوابات أثناء فترة التناوب، وإذا لم يكن كسب الاستبدال كافيا، فإن بعض الخلايا الكاسدة قد لا تنفجر، مما يؤدي إلى الازدحام الحالي والتدمير النهائي، وكثيرا ما يستخدم مصممو البوابة نهجا " للتحرك المتحرك " - وهو يطبق بوابة معكوسة عالية لفترة قصيرة - لضمان إطفاء جميع الخلايا بالزي الرسمي.

التطورات المستقبلية والدور المتطور للنظم العالمية

وفي حين أن أجهزة التصنيف الصناعي الدولي الموحد (GBT) وأجهزة الضغط التي تحمل علبتها تُزيل تدريجياً أجهزة الترميز في تصميمات جديدة عالية الطاقة، فإن هذه النظم لا تزال سائدة في المنشآت القائمة وفي التطبيقات التي تتطلب قوة شديدة، وتسمح التطورات في وحدات أجهزة التحكم في البوابات ومجهزات الإشارات الرقمية بضبط أكثر دقة لأجهزة التحويل التابعة للنظم العالمية، مما يقلل من التدخل الكهرومغناطيسي (EMI).

وثمة اتجاه آخر يتمثل في إعادة تشغيل الأجهزة الآلية القديمة القائمة على النظام العالمي لمراقبة التجارة العالمية بضوابط حديثة، بدلا من استبدال مجموعة الطاقة بأكملها، وتحسين استخدام أجهزة التحكم في دفع البوابة الحديثة والاتصالات ذات الألياف البصرية، والتشخيصات المتقدمة للأخطاء يمكن أن تمدد حياة النظام، وهذه التحسينات تقلل من الوقت المخفض وتحسن كفاءة الطاقة دون تكلفة رأسمالية لحركة جديدة، وفي سياق الصناعة ٤,٠ والمصانع الذكية، يمكن دمج نظم القدرة على إحداث الاحترار.

وللبحث عن أفكار عن مستقبل الأجهزة شبه الموصلية ذات الطاقة العالية في الروبوتات، يمكن أن تشيروا إلى ورقة فريق البحوث هذه بشأن الأجهزة ذات الطاقة العالية شبه الموصلات للآليات الصناعية ، وهي تناقش المبادلات بين أجهزة التصوير GTOs، و IGCTs، و IGBTs في التطبيقات الآلية الناشئة.

خاتمة

إن أفضل عمليات التحول، وتطور الطاقة الآلية، هي حجر الزاوية في نظم الطاقة الآلية الصناعية ذات الطاقة العالية لعدة عقود، وقدرتها على التعامل مع الفولطية الكبيرة والتيارات، إلى جانب ملاءمة نظم التحول التي تخضع لضوابط البوابة، مما يجعلها غير قابلة للاستبدال بالنسبة لتطبيقات ذات قدرات عالية مثل الأسلحة الآلية ذات الحمولة الكبيرة، وخطوط التحويل المتعددة الضرائب، ونظم الطاقة المتجددة.