قال آرثر ماتوك ، عالم الرياضيات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) ذات مرة: "اللاخطية تعني أنه من الصعب حلها".ولكن يجب معالجتها عند تطبيق اللاخطية على الأحمال الكهربائية ، لأنها تولد تيارات متناسقة وتؤثر سلبًا على توزيع الطاقة - وهي مكلفة.هنا ، يشرح ماريك لوكاسزيك ، مدير التسويق في أوروبا والشرق الأوسط لشركة WEG ، الشركة المصنعة والموردة العالمية لتكنولوجيا المحركات والمحركات ، كيفية التخفيف من التوافقيات في تطبيقات العاكس.
مصابيح الفلورسنت ، تحويل إمدادات الطاقة ، أفران القوس الكهربائي ، المقومات ومحولات التردد.كل هذه أمثلة للأجهزة ذات الأحمال غير الخطية ، مما يعني أن الجهاز يمتص الجهد والتيار على شكل نبضات قصيرة مفاجئة.وهي تختلف عن الأجهزة التي تحتوي على أحمال خطية - مثل المحركات وسخانات الفضاء والمحولات التي يتم تنشيطها والمصابيح المتوهجة.بالنسبة للأحمال الخطية ، تكون العلاقة بين الجهد وأشكال الموجة الحالية جيبية ، ويتناسب التيار في أي وقت مع الجهد الذي يعبر عنه قانون أوم.
مشكلة واحدة مع جميع الأحمال غير الخطية أنها تولد تيارات متناسقة.التوافقيات هي مكونات تردد عادة ما تكون أعلى من التردد الأساسي لمصدر الطاقة ، بين 50 أو 60 هرتز (هرتز) ، ويتم إضافتها إلى التيار الأساسي.ستؤدي هذه التيارات الإضافية إلى تشويه شكل موجة جهد النظام وتقليل عامل القدرة.
يمكن أن تنتج التيارات التوافقية المتدفقة في النظام الكهربائي تأثيرات أخرى غير مرغوب فيها ، مثل تشوه الجهد عند نقاط الربط مع الأحمال الأخرى ، وارتفاع درجة حرارة الكابلات.في هذه الحالات ، يمكن أن يخبرنا قياس التشوه التوافقي الكلي (THD) عن مقدار الجهد أو التشوه الحالي الناجم عن التوافقيات.
في هذه المقالة ، سوف ندرس كيفية تقليل التوافقيات في تطبيقات العاكس بناءً على توصيات الصناعة للمراقبة والتفسير الصحيحين للظواهر التي تسبب مشاكل جودة الطاقة.
تستخدم المملكة المتحدة التوصية الهندسية (EREC) G5 لاتحاد شبكة الطاقة (ENA) كممارسة جيدة لإدارة تشوه الجهد التوافقي في أنظمة النقل وشبكات التوزيع.في الاتحاد الأوروبي ، عادة ما يتم تضمين هذه التوصيات في توجيهات التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) ، والتي تتضمن العديد من معايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) ، مثل IEC 60050. IEEE 519 هو عادة معيار أمريكا الشمالية ، ولكن من الجدير بالذكر أن IEEE يركز 519 على أنظمة التوزيع بدلاً من الأجهزة الفردية.
بمجرد تحديد المستويات التوافقية عن طريق المحاكاة أو القياس ، هناك العديد من الطرق لتقليلها لإبقائها ضمن الحدود المقبولة.ولكن ما هو الحد المقبول؟
نظرًا لأنه ليس من المجدي اقتصاديًا أو من المستحيل التخلص من جميع التوافقيات ، فهناك معياران دوليان من EMC يحدان من تشويه جهد مصدر الطاقة من خلال تحديد القيمة القصوى للتيار التوافقي.إنها معيار IEC 61000-3-2 ، وهي مناسبة للمعدات ذات التيار المقنن حتى 16 A (A) و 75 A لكل مرحلة ، ومعيار IEC 61000-3-12 ، مناسب للمعدات فوق 16 أ.
يجب أن يكون الحد الأقصى لتوافقيات الجهد هو الحفاظ على THD (V) لنقطة الاقتران المشترك (PCC) عند ≤ 5٪.PCC هي النقطة التي يتم فيها توصيل الموصلات الكهربائية لنظام توزيع الطاقة بموصلات العميل وأي نقل للطاقة بين العميل ونظام توزيع الطاقة.
تم استخدام التوصية بنسبة 5٪ كشرط وحيد للعديد من التطبيقات.هذا هو السبب في كثير من الحالات ، فإن مجرد استخدام العاكس مع مقوم من 6 نبضات ومفاعلة المدخلات أو محث رابط التيار المباشر (DC) يكون كافياً لتلبية توصية تشويه الجهد الأقصى.بالطبع ، بالمقارنة مع العاكس ذي 6 نبضات بدون محث في الوصلة ، فإن استخدام عاكس مع محث رابط DC (مثل CFW11 و CFW700 و CFW500 الخاص بـ WEG) يمكن أن يقلل بشكل كبير من الإشعاع التوافقي.
بخلاف ذلك ، هناك العديد من الخيارات الأخرى لتقليل توافقيات النظام في تطبيقات العاكس ، والتي سنقدمها هنا.
أحد الحلول لتقليل التوافقيات هو استخدام عاكس مع مقوم 12 نبضة.ومع ذلك ، عادة ما تستخدم هذه الطريقة فقط عندما يكون المحول مثبتًا بالفعل ؛لمحولات متعددة متصلة بنفس رابط DC ؛أو إذا كان التثبيت الجديد يتطلب محولًا مخصصًا للعاكس.بالإضافة إلى ذلك ، هذا الحل مناسب للطاقة التي تزيد عادة عن 500 كيلووات (kW).
طريقة أخرى هي استخدام عاكس محرك تيار نشط بستة نبضات (AC) مع مرشح سلبي عند الإدخال.يمكن لهذه الطريقة تنسيق مستويات الجهد المختلفة - الفولتية التوافقية بين الجهد المتوسط ​​(MV) والجهد العالي (HV) والجهد العالي الإضافي (EHV) - وتدعم التوافق وتزيل التأثيرات الضارة على المعدات الحساسة للعملاء.على الرغم من أن هذا حل تقليدي لتقليل التوافقيات ، إلا أنه سيزيد من فقد الحرارة ويقلل عامل الطاقة.
يقودنا هذا إلى طريقة أكثر فعالية من حيث التكلفة لتقليل التوافقيات: استخدم عاكسًا مع مقوم 18 نبضة ، أو بشكل خاص محرك DC-AC مدعوم بوصلة DC من خلال مقوم 18 نبضة ومحول تحويل الطور.مقوم النبض هو نفس الحل سواء كان 12 نبضة أو 18 نبضة.على الرغم من أن هذا حل تقليدي لتقليل التوافقيات ، نظرًا لارتفاع تكلفته ، إلا أنه يتم استخدامه عادةً فقط عند تثبيت محول أو مطلوب محول خاص للعاكس للتثبيت الجديد.عادة ما تكون الطاقة أكبر من 500 كيلو واط.
تعمل بعض طرق الكبت التوافقي على زيادة فقد الحرارة وتقليل عامل الطاقة ، بينما يمكن للطرق الأخرى تحسين أداء النظام.الحل الجيد الذي نوصي به هو استخدام مرشحات WEG النشطة مع محركات تيار متردد سداسية النبضات.هذا حل ممتاز للتخلص من التوافقيات التي تولدها الأجهزة المختلفة
أخيرًا ، عندما يمكن إعادة توليد الطاقة إلى الشبكة ، أو عندما يتم تشغيل محركات متعددة بواسطة رابط واحد للتيار المستمر ، يكون الحل الآخر جذابًا.بمعنى ، يتم استخدام محرك متجدد نشط للواجهة الأمامية (AFE) ومرشح LCL.في هذه الحالة ، يكون لدى السائق مقوم نشط عند الإدخال ويتوافق مع الحدود الموصى بها.
بالنسبة للمحولات التي لا تحتوي على رابط DC - مثل محولات CFW500 و CFW300 و CFW100 و MW500 الخاصة بـ WEG - فإن مفتاح تقليل التوافقيات هو تفاعل الشبكة.هذا لا يحل مشكلة التوافقية فحسب ، بل يحل أيضًا مشكلة تخزين الطاقة في الجزء التفاعلي من العاكس وتصبح غير فعالة.بمساعدة مفاعلة الشبكة ، يمكن استخدام عاكس أحادي الطور عالي التردد يتم تحميله بواسطة شبكة طنين لتحقيق تفاعل يمكن التحكم فيه.ميزة هذه الطريقة هي أن الطاقة المخزنة في عنصر التفاعل أقل والتشويه التوافقي أقل.
هناك طرق عملية أخرى للتعامل مع التوافقيات.الأول هو زيادة عدد الأحمال الخطية بالنسبة للأحمال غير الخطية.طريقة أخرى هي فصل أنظمة الإمداد بالطاقة للأحمال الخطية وغير الخطية بحيث يكون هناك حدود مختلفة للجهد THD بين 5٪ و 10٪.تتوافق هذه الطريقة مع التوصيات الهندسية المذكورة أعلاه (EREC) G5 و EREC G97 ، والتي تستخدم لتقييم تشوه الجهد التوافقي للمصانع والمعدات غير الخطية والرنين.
طريقة أخرى هي استخدام المعدل الذي يحتوي على عدد أكبر من النبضات وإدخاله في محول ذي مراحل ثانوية متعددة.يمكن توصيل المحولات متعددة اللفات ذات اللفات الأولية أو الثانوية مع بعضها البعض في نوع خاص من التكوين لتوفير مستوى جهد الخرج المطلوب أو لدفع أحمال متعددة عند الخرج ، وبالتالي توفير المزيد من الخيارات في توزيع الطاقة ونظام المرونة.
أخيرًا ، هناك عملية محرك التجديد لـ AFE المذكورة أعلاه.محركات التيار المتردد الأساسية ليست متجددة ، مما يعني أنها لا تستطيع إعادة الطاقة إلى مصدر الطاقة - وهذا لا يكفي بشكل خاص ، لأنه في بعض التطبيقات ، يعد استرداد الطاقة المرتجعة مطلبًا محددًا.إذا كانت الطاقة المتجددة بحاجة إلى إعادة إلى مصدر طاقة التيار المتردد ، فهذا هو دور المحرك المتجدد.يتم استبدال المقومات البسيطة بمحولات AFE ، ويمكن استعادة الطاقة بهذه الطريقة.
توفر هذه الطرق مجموعة متنوعة من الخيارات لمكافحة التوافقيات وهي مناسبة لأنواع مختلفة من أنظمة توزيع الطاقة.ولكن يمكنهم أيضًا توفير الطاقة والتكلفة بشكل كبير في مختلف التطبيقات والامتثال للمعايير الدولية.توضح هذه الأمثلة أنه طالما يتم استخدام تقنية العاكس الصحيحة ، فلن يكون من الصعب حل المشكلة غير الخطية.
For more information, please contact: WEG (UK) LtdBroad Ground RoadLakesideRedditch WorcestershireB98 8YPT Tel: +44 (0)1527 513800 Email: info-uk@weg.net Website: https://www.weg.net
العملية والتحكم اليوم ليست مسؤولة عن محتوى المقالات والصور المقدمة أو المنتجة خارجيًا.انقر هنا لإرسال بريد إلكتروني إلينا لإعلامنا بأي أخطاء أو سهو وارد في هذه المقالة.