ارتفاع درجة حرارة بنك المكثفات بعد إضافة محركات التردد المتغير (VFDs)

ارتفاع درجة حرارة مجموعة المكثفات بعد إضافة محولات التردد المتغيرة هو عرض متعلق بجودة الطاقة، وليس عيبًا في المكثفات نفسها. تقوم مقومات محولات التردد المتغيرة بحقن تيار توافقي، وتوفر مجموعة المكثفات مسارًا منخفض المقاومة عند تلك الترددات، والرنين المتوازييمكن أن يؤدي التداخل بين بنك المكثفات ومصدر الطاقة إلى تضخيم التيار حتى تنقطع الصمامات، وتصدر الموصلات صوت طقطقة، وتنتفخ علب المكثفات. يغذي بنك المكثفاتالقدرة التفاعليةلتصحيح معامل القدرة؛ فهو لا يزيل التوافقيات، لذا فإن تصنيف كيلو فار الذي يناسب الأحمال الخطية يمكن أن يصبح غير موثوق به بمجرد تغير مزيج الأحمال.

كيف تبدو الأعراض في الموقع

عملت خزانة التعويض لسنوات دون مشاكل. ثم تم تشغيل خط قيادة جديد أو مجموعة من المضخات والمراوح التي تعمل بمحركات التردد المتغير، وفي غضون أسابيع أبلغ المشغلون عن احتراق الصمامات دون وجود عطل واضح، وأزيز الموصلات أو انغلاقها بسبب اللحام، وانتفاخ علب المكثفات. لم تتغير المعدات؛

لقد فعلت البيئة الكهربائية ذلك.

السبب: تيار توافقي من مقومات محولات التردد المتغير

يقوم محرك التردد المتغير بتحويل التيار المتردد الداخل إلى تيار مستمر، ثم يعيد إنتاج خرج تيار متردد مُتحكم به. في تصميم حديث ثلاثي المستويات، تقوم مرحلة الخرج بتشغيل ترانزستورات IGBT بتردد تبديل في نطاق الكيلوهرتز المنخفض، مما ينتج عنه حواف جهد سريعة (معدل تغير جهد مرتفع) يجب أن تتحملها عازلية المحرك ومرشحات الخرج. أما مقوم الدخل فهو مختلف: إذ يسحب التيار فقط عندما يحتاج وصلة التيار المستمر إلى الشحن، لذا فإن تيار الخط عبارة عن سلسلة من النبضات، وليس موجة جيبية نقية.

بالنسبة لمقوم سداسي النبضات، تكون التوافقيات المميزة هي الرتب 6 كيلو أوم ± 1، لذا فإن التوافقيات الخامسة والسابعة والحادية عشرة والثالثة عشرة هي السائدة. عند تردد 50 هرتز، يقع التوافقي الخامس عند 250 هرتز، والتوافقي السابع عند 300 هرتز. قد لا يُشكل مُحرك واحد صغير أي ضرر، ولكن وجود اثني عشر مُحركًا على نفس ناقل الجهد المنخفض قد يؤدي إلى تجاوز التشوه نسبة 5% المستهدفة في التصميم عند نقطة الاقتران المشتركة.

لماذا تجذب المكثفات التيار التوافقي

تقل مقاومة المكثف مع ارتفاع التردد: عند التوافقي الخامس، تُصبح تقريبًا خُمس قيمتها عند 50 هرتز، وعند التوافقي السابع تُصبح حوالي سُبعها، لذا يُفضل تيار التوافقيات مسار المكثف على باقي الشبكة. يُمثل تيار RMS للمكثف في المجموعة المجموع الاتجاهي للتيار الأساسي وكل تيار توافقي، وتزداد الخسائر مع مربع هذا التيار. لهذا السبب، قد ترتفع درجة حرارة مجموعة مكثفات ذات قدرة فيزيائية (kvar) صحيحة.

النتيجة: الرنين المتوازي يضخم كل شيء

تشكل كل مجموعة مكثفات دائرة رنين متوازية مع المحول وحث مصدر الطاقة؛ ويمكن حجب رتبة الرنين بنسبة قدرة دائرة القصر إلى سعة المكثف (hr ≈ √(Ssc / Qc)). إذا كانت هذه الرتبة قريبة من التوافقي الخامس أو السابع المُدخل، تصبح المعاوقة عند هذا التردد عالية جدًا، وتُمرر المجموعة تيارًا توافقيًا كبيرًا بدلًا من مصدر الطاقة.

تتمثل النتائج في تكرار تعطل الصمامات، والتصاق الموصلات، وانتفاخ المكثفات، وانقطاعات متكررة في قواطع الدائرة. يؤدي استبدال الوحدات إلى استعادة التشغيل لفترة وجيزة، ثم يتعطل النظام مرة أخرى لأن قطع الغيار لم تعالج السبب الجذري للمشكلة.

القياس: ما يجب تسجيله قبل استبدال أي شيء

تبدأ عملية الاختيار بالبيانات. يجب أن يسجل محلل جودة الطاقة الطيف التوافقي خلال دورة إنتاج كاملة، وتُعد نقطة القياس مهمة: يجب تقييم التشوه عندها.شهادة حسن السيرة والسلوك(نقطة التوصيل المشتركة) وعند بنك المكثفات، مع وضع محولات التيار بحيث يكون كل من تيار الحمل وتيار البنك مرئيين. سجل تشوه الجهد والتيار (THDu وتي إتش دي آي) والتيارات التوافقية الخامسة والسابعة، وتيار المكثف الفعال، وقيمة كيلو فار للبنك، وانحراف المفاعل، وتصنيف المحول، ودرجة حرارة الخزانة في ظل ظروف الحمل الكامل عند 45 درجة مئوية. انظركيفية قراءة تقرير جودة الطاقة.

خيارات الحل: من بنوك الترددات غير المتناغمة إلى المرشحات الهجينة

تتراوح الخيارات من مجموعة مفاعلات غير مضبوطة التردد إلى مرشح توافقي نشط (AHF), مولد متغيرات ثابت (SVGأو نظام هجين يجمع بين الاثنين.

بنوك المكثفات غير المضبوطة

تُضيف مجموعة المكثفات غير المتوافقة مفاعلًا متسلسلًا إلى كل خطوة مكثف، مما يُزيح تردد الرنين إلى ما دون التوافقي الأدنى الذي يجب تجنبه، وبالتالي لا يتم تضخيم التوافقيين الخامس والسابع. تُغيّر عوامل عدم التوافق الشائعة، 5.67% و7% و12.5%، ترتيب الضبط إلى ما يقارب 4.2 و3.8 و2.8 (حوالي 210 هرتز و189 هرتز و141 هرتز عند 50 هرتز). يجب أن يتوافق المفاعل مع تصنيف المكثف، وإلا سيتحول إلى مصدر حرارة.

مرشح التوافقيات النشط (AHF)

أنمرشح توافقي نشطيقيس هذا الجهاز تيار الحمل باستخدام محولات تيار خارجية، ويحسب المكونات التوافقية في الوقت الفعلي، ثم يحقن تيارًا مساويًا ومعاكسًا لإلغائها، مما يقلل من التشوه التوافقي الكلي عند موضع محول التيار باتجاه الهدف. لا يُحدث الجهاز رنينًا مع مصدر الطاقة، ولكن يجب أن يكون مصممًا لتحمل التيار التوافقي الذي سيلغيه، ويجب أن تكون محولات التيار الخاصة به مثبتة على الجانب الصحيح من نقطة انفصال التيار التوافقي عن تيارات المجموعة.

مولد متغيرات ثابتة (SVG)

أمولد المتغيرات الثابتةيقوم هذا النظام بحقن أو امتصاص التيار التفاعلي بشكل مستمر، مصححًا معامل القدرة دون أي تغيرات مفاجئة، ومحافظًا على استقراره في الشبكات الغنية بالتوافقيات، على عكس بنك الطاقة العادي. يستجيب هذا النظام لتغيرات الحمل بسرعة، ويمكنه دعم الجهد، لكن وظيفته الأساسية هي القدرة التفاعلية، وليس إلغاء التوافقيات.

الأنظمة الهجينة

أتعويض القدرة التفاعلية الهجينةيستخدم النظام بنك مكثفات يتم التحكم فيه للقاعدة التفاعلية الثابتة و AHF أو SVG للجزء السريع أو التوافقي، وغالبًا ما يكون ذلك هو الأقل تكلفة إجمالاً عندما يكون هناك طلب كبير على kvar وتيار توافقي كبير معًا.

الاختيار: أي حل يناسب أي شرط

قم بمطابقة الجهاز مع القياس. نادرًا ما تكفي قراءة واحدة من المحلل، لذا سجّل دورة إنتاج كاملة وحدد أسوأ نقطة تشغيل. إذا كان المصنع يحتوي بالفعل على بنك مكثفات، وكان من المخطط تركيب محركات تردد متغيرة جديدة، فراجع تصميم التعويض قبل تشغيل المحركات، وليس بعد أول عطل في الصمامات.

عندما يكون البنك المخفض التردد كافيًا

إذا كانت الحاجة إلى البنك بشكل أساسي للطاقة التفاعلية الأساسية، وكان THDi معتدلاً وكان ترتيب الرنين المقاس بعيدًا بأمان عن الخامس والسابع، فإن استبدال المكثفات القياسية ببنك غير مضبوط ومفاعلات متطابقة هو أبسط إصلاح.

عندما تحتاج إلى ملف AHF أو SVG

إذا كان لا بد من إزالة التيار التوافقي للوفاء بحدود التشوه، فإن مُرشِّح التوافقيات النشط (AHF) هو الأداة المباشرة. أما إذا كانت الحاجة الرئيسية هي القدرة التفاعلية السريعة والمستمرة، فإن مُولِّد الجهد الثابت (SVG) هو الخيار الأنسب، مع إضافة مُرشِّح التوافقيات النشط (AHF) عند تطبيق حدود التوافقيات. للاطلاع على كيفية مُطابقة القدرة التفاعلية مع الحمل، انظرتحديد حجم SVG لتصحيح معامل القدرة.

القيود: ما لا يمكن للتعويض إصلاحه

• تعمل مجموعة المكثفات، سواء كانت مضبوطة التردد أم لا، على تحسين القدرة التفاعلية؛ فهي لا تقوم بتصفية التوافقيات.
• لا يمكن لجهاز AHF إزالة تيار توافقي أكثر مما هو مصنف له، ويمكن أن يؤدي وضع محول التيار بشكل خاطئ إلى تعويض التيار الخاطئ.
• إن تغيير التردد لا يؤدي إلا إلى تحريك نقطة الرنين؛ فهو يقلل من المخاطر، ولكنه لا يقضي على التشوه.
• لا تزال المرشحات المسدودة والمراوح المعطلة والأطراف المفكوكة تسبب الحرارة، ولا يمكن ضمان التوفير قبل القياس.

الأسئلة الشائعة

هل يمكنني الاستمرار في استخدام مجموعة المكثفات بعد إضافة محولات التردد المتغيرة؟

نعم، إذا تم التحقق من توافق بنك المكثفات مع بيئة التوافقيات الجديدة. ينبغي مراجعة المكثفات القياسية في الأنظمة الغنية بالتوافقيات، ومعظم المصانع التي تعتمد بشكل كبير على محركات التردد المتغير إما أن تُحدّث إلى بنك مكثفات غير مضبوط التردد أو تزيل تيار التوافقيات باستخدام مرشح التوافقيات النشط.

كيف يمكنني معرفة ما إذا كان الرنين هو المشكلة؟

قم بقياس طيف التوافقيات وتيار المكثف. إذا كان تيار التوافقي الخامس أو السابع في المجموعة مرتفعًا بشكل غير متناسب، أو إذا تعطلت الصمامات بشكل متكرر دون وجود عطل، أو إذا كان ترتيب الرنين قريبًا من توافقي سائد، فمن المرجح أن يكون الرنين هو السبب.

هل أختار نظام AHF أم نظام ضبط غير متزامن؟

اختر بنكًا غير مضبوط التردد عندما تكون الحاجة الرئيسية هي القدرة التفاعلية ويكون التشوه متوسطًا. اختر نظامًا متطورًا للترددات العالية عندما يجب الالتزام بحد التوافقيات وتقليل التشوه. تستخدم العديد من المشاريع الصناعية كلا النظامين.

ما هي تكاليف الصيانة والعائد المتوقع؟

تحتاج بنوك الطاقة غير المضبوطة إلى فحوصات دورية للمكثفات والمفاعلات والموصلات والتهوية؛ بينما تحتاج وحدات AHF وSVG بشكل أساسي إلى تدفق هواء نظيف وتوصيلات تيار تيار صحيحة. يعتمد العائد على التعريفة وملف تعريف الحمل وتقليل الفاقد، لذا احسبه من البيانات المقاسة.

تُوفر شركة YT Electric أنظمة تعويض الطاقة التفاعلية AHF وSVG والأنظمة الهجينة للمصانع الصناعية ومراكز البيانات ومشاريع الهندسة والمشتريات والإنشاء. أرسل بيانات القياس الخاصة بك إلى فريقنا الهندسي للتأكد من صحة التكوين.

خاتمة

ارتفاع درجة حرارة مجموعة المكثفات بعد إضافة محولات التردد المتغيرة (VFDs) يشير إلى تغير بيئة التوافقيات، وليس دليلاً على رداءة جودة المكثفات. قِس التشوه التوافقي الكلي (THDI)، والتشوه التوافقي الكلي غير المتجانس (THDu)، وتيار المكثف الفعال (RMS)، ورتبة الرنين عند نقطة التوصيل المشتركة (PCC)، ثم اختر بين مجموعة مكثفات غير مضبوطة التردد، أو محول تردد تلقائي (AHF)، أو مولد تردد متغير (SVG)، أو نظام هجين. تعامل مع ارتفاع درجة الحرارة كمشكلة في جودة الطاقة، وسيدوم الإصلاح.