التوافقيات في أنظمة التيار المتردد

1. تحليل مصادر التوافقيات وخصائصها

يتم إنشاء التوافقيات في أنظمة التيار المتردد في المقام الأول من خلال مكوناتها الأساسية— محركات التردد المتغير (VFDs/VSDs) - تستخدم لتشغيل الضواغط ومضخات المياه المبردة ومراوح برج التبريد وما إلى ذلك.

1. المصادر التوافقية الرئيسية :

   • وحدات التكييف المركزية :تتمتع محركات التردد المتغير ذات المحرك الطارد المركزي أو اللولبي الكبير بأعلى طاقة و مصادر التوافقيات الأولية .

   • المضخات والمراوح :تستخدم مضخات المياه المبردة ومضخات المكثف ومراوح برج التبريد والمراوح الموجودة في وحدات معالجة الهواء (AHUs) عادةً التحكم بتردد متغير.

   • الأجهزة الطرفية :تستخدم بعض وحدات الملف المروحي (FCUs) أو الوحدات الداخلية الصغيرة أيضًا تقنية العاكس.

2. الخصائص التوافقية :

   • التوافقيات المميزة :تولد دائرة مقوم النبضات الستة في محركات التردد المتغير في المقام الأول التوافقيات ذات الترتيب الفردي مثل الخامس، السابع، الحادي عشر، الثالث عشر ، مع التوافقي الخامس عادة ما تكون الأكثر بروزًا.

   • تشويه التيار العالي :يمكن أن يتراوح التشوه التوافقي الكلي الحالي (THDi) لمحول تردد متغير واحد عادةً من 30% إلى 50% (بدون مفاعلات مدمجة).

   • التقلبات الدورية :مستويات التيار التوافقية تتقلب بشكل ديناميكي مع تغيرات أحمال التيار المتردد (درجات الحرارة المحددة، درجة الحرارة المحيطة). الأحمال ثقيلة خلال النهار (توافقيات عالية)، وخفيفة ليلاً وفي أيام العطلات (توافقيات منخفضة).

3. المخاطر والتأثيرات (خاصة للمستشفيات والمكاتب) :

   • للمعدات الطبية (المستشفيات/العيادات) :تُعد المعدات الطبية الدقيقة (مثل التصوير بالرنين المغناطيسي، والتصوير المقطعي المحوسب، والتصوير المقطعي الرقمي) حساسة للغاية لجودة الطاقة. قد تُسبب التوافقيات أخطاءً تشغيلية، أو تشوهات في الصورة، أو تلفًا في البيانات، أو حتى تلفًا في الأجهزة، مما يُهدد دقة التشخيص وسلامة المرضى بشكل مباشر.

   • للأنظمة الكهربائية :

     • التحميل الزائد المحايد :تتراكم التوافقيات الثلاثية N (الثالثة، التاسعة، الخامسة عشرة، وما إلى ذلك) في الموصل المحايد، مما يتسبب في تجاوز التيار المحايد لتيار الطور، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وخطر الحريق.

     • ارتفاع درجة حرارة المحول :تعمل التيارات التوافقية على زيادة خسائر قلب المحول والنحاس (مما يؤدي إلى رفع عامل K)، مما يقلل من السعة ويقصر من عمر الخدمة ويؤدي إلى خفض التصنيف.

     • انقطاع قاطع الدائرة الكهربائية :يتسبب في إيقاف تشغيل غير متوقع لأنظمة التيار المتردد أو الأحمال الحرجة الأخرى.

   • من أجل كفاءة الطاقة :تؤدي التوافقيات إلى زيادة خسائر الخطوط، مما يقلل بشكل كبير من فوائد توفير الطاقة المكتسبة من استخدام محركات الأقراص ذات التردد المتغير.

   • لأنظمة الاتصالات :يمكن أن تتداخل التوافقيات مع أنظمة أتمتة المباني (BAS) وأنظمة الشبكات.

II. حلول التخفيف المركزية: استخدام مرشحات الطاقة النشطة (APF)

بالنسبة للأحمال التوافقية الديناميكية المتغيرة مثل أنظمة التيار المتردد، مرشح الطاقة النشط (APF) هو بلا شك الحل الأمثل. مبدأه القائم على "الكشف الفوري والتعويض الديناميكي" يتوافق تمامًا مع الطبيعة المتقلبة لتوافقيات التيار المتردد.

الخيار الأول: التخفيف المركزي على جانب الجهد المنخفض للمحول (الأكثر شيوعًا، والأفضل من حيث التكلفة والأداء)

• موقع :التثبيت للحصول على تعويض مركزي في لوحة توزيع الجهد المنخفض الرئيسية في غرفة الكهرباء الرئيسية للمبنى (عادةً عند المخرج الثانوي للمحول).

• المزايا :

  1. التخفيف العالمي :يقوم بحل التوافقيات التي تولدها جميع الأحمال المترددة والأحمال الأخرى التي يوفرها هذا المحول في خطوة واحدة، مما يحمي نظام التوزيع بأكمله.

  2. فعالة من حيث التكلفة :يعتبر تركيب وحدة APF واحدة ذات سعة كبيرة أرخص وأسهل في الإدارة والصيانة من تركيب عدة أجهزة أصغر حجمًا موزعة في جميع أنحاء المبنى.

  3. إطلاق سعة المحول :يقلل بشكل فعال من عامل K للمحول، مما يسمح له بالعمل بكامل طاقته المقدرة مرة أخرى، مما يؤدي إلى تأخير الاستثمارات المكلفة في الترقية.

• اختيار القدرة :

  • يتطلب تقديرًا إحصائيًا للتيار المقدر وTHDi لجميع معدات التيار المتردد التي تعمل بمحرك التردد المتغير.

  • صيغة مبسطة : التيار المقدر لـ APF (Ir) ≥ التيار المقدر للمحول × (20% ~ 35%) بالنسبة للسيناريوهات ذات الأحمال الكهربائية الثقيلة بشكل استثنائي، يوصى باستخدام نسبة مئوية أعلى، أو حساب دقيق يعتمد على قياسات جودة الطاقة الاحترافية.

الخيار الثاني: التخفيف الهرمي/الإقليمي (للمباني الكبيرة والمعقدة)

• موقع :قم بتثبيت APFs في لوحة توزيع غرفة آلة مضيف التيار المتردد ، لوحة التوزيع الرئيسية لمكيف الهواء الأرضي ، أو مراكز توزيع المنطقة .

• السيناريوهات القابلة للتطبيق :

  • مجمعات مباني كبيرة جدًا تحتوي على غرف كهربائية متعددة.

  • تمت إضافة أنظمة تكييف جديدة لاحقًا، مما جعل إجراء التعديلات في الغرفة الكهربائية الرئيسية أمرًا صعبًا.

  • الحاجة إلى حماية مستهدفة لمناطق محددة (على سبيل المثال، غرف العمليات، وأرضيات مراكز البيانات).

• المزايا :

  1. تخفيف أكثر استهدافا مع نتائج أكثر دقة.

  2. يمنع تداول التوافقيات داخل نظام التوزيع، مما يقلل من خسائر الخطوط الرئيسية.

• عيب :قد تكون التكلفة الإجمالية أعلى من التخفيف المركزي.

الخيار 3: الحل الهجين (APF + مرشحات الطاقة السلبية PPF)

• مبدأ :استخدم مرشحات الطاقة السلبية (PPF) منخفضة التكلفة للتعويض عن الجزء الأكبر من التوافقيات المميزة الأكثر بروزًا (مثل الخامس والسابع ); ثم استخدم APF بسعة أصغر للتعويض عن التوافقيات ذات الترتيب الفردي المتبقية وقمع رنين النظام.

• ميزة :يمكن تحسين تكاليف الاستثمار في سيناريوهات محددة.

• العيوب :تصميم معقد، يتطلب تجنبًا دقيقًا لرنين النظام باستخدام PPFs، ولا يمكن لـ PPFs التعويض عن التوافقيات المتغيرة. لا ينصح به عمومًا للبيئات الحرجة في المستشفيات.

ثالثًا: النقاط الرئيسية لاختيار المنتج وتصميمه

1. حساب السعة :يجب أن يكون على أساس قائمة الأحمال التفصيلية أو أ تقرير قياس جودة الطاقة المهنية يجب أن تمتد القياسات لمدة أسبوع على الأقل لالتقاط دورات الحمل الكاملة أثناء أيام العمل وغير أيام العمل.

2. متطلبات الأداء :

   • سرعة الاستجابة :كلما كانت السرعة أسرع كان ذلك أفضل (<5 مللي ثانية)، لتتبع التغيرات التوافقية السريعة الناتجة عن بدء/إيقاف الضاغط.

   • تأثير التعويض :من الناحية المثالية، ينبغي التحكم في THDi بعد التخفيف في غضون 5% - 8% للامتثال للمعايير مثل GB/T 14549-93 ("جودة الطاقة - التوافقيات في شبكة الإمداد العامة") وتوفير الطاقة النظيفة للمعدات الطبية.

   • تعدد الوظائف :اختر APFs التي تجمع الترشيح التوافقي + تعويض القدرة التفاعلية + موازنة التيار ثلاثي الطور للحصول على فوائد شاملة.

3. التثبيت والتوصيل :

   • يوصى بالاتصال بالتوازي مع الشبكة، قبل الحمل أو المحول الذي يتطلب التخفيف.

   • يجب أن يتم تصميمها وتثبيتها بواسطة مهندسين كهربائيين محترفين لضمان السلامة.

رابعًا: اعتبارات وتوصيات خاصة بالصناعة

• للمستشفيات/العيادات (الأولوية القصوى) :

  • الموثوقية أولاً يجب اختيار ماركات APF عالية الجودة ذات تكنولوجيا متطورة وسمعة طيبة. يُعدّ الإمداد المستمر بالطاقة شريان حياة للمؤسسات الطبية.

  • الحماية المستهدفة :بالإضافة إلى تخفيف الغرفة الكهربائية الرئيسية، نوصي بشدة بإضافة أجهزة تعويض محلية أو أجهزة معالجة الطاقة أسفل لوحات توزيع مخصصة أو أنظمة طاقة معزولة لأشعة (التصوير بالرنين المغناطيسي، والتصوير المقطعي المحوسب)، ووحدة العناية المركزة، وغرف العمليات لإنشاء "مناطق تنظيف الطاقة" للمعدات الطبية الأساسية.

  • امتثال :يجب أن يتوافق حل التخفيف مع لوائح التصميم الكهربائي ذات الصلة بالمرافق الصحية.

• للمباني المكتبية/العقارات التجارية :

  • العائد على الاستثمار :إلى جانب حل المخاطر المتعلقة بالسلامة، أكد على القيمة الاقتصادية الكبيرة لـ توفير الطاقة (تقليل خسائر المحولات والخطوط)، عمر المعدات الممتد ، و تجنب ترقيات المحولات تم جلبها عن طريق التخفيف التوافقي.

  • شهادة المباني الخضراء :تساهم جودة الطاقة الجيدة في الحصول على نقاط للحصول على شهادات مثل LEED وBREEAM.

الخاتمة والإجراءات الموصى بها

بالنسبة للمستشفيات والعيادات والمباني المكتبية المليئة بأنظمة تكييف الهواء، التثبيت المركزي لـ مرشحات الطاقة النشطة (APFs) على جانب الجهد المنخفض للمحول هو الحل المفضل والأكثر فعالية من حيث التكلفة للتخفيف من التوافقيات.

الخطوات الموصى بها:

1. الرصد والتقييم :قم بتعيين فريق خدمة جودة الطاقة المحترف لإجراء مراقبة شاملة لجودة الطاقة لمدة 7*24 ساعة على الأقل وإنتاج تقرير تشخيصي مفصل.

2. تصميم الحلول :استنادًا إلى بيانات التقرير، احسب بدقة سعة APF المطلوبة وصمم نقطة التخفيف والمخطط الأمثل (مركزي أو هرمي أو هجين).

3. اختيار المنتج :اختر العلامات التجارية APF مثل Yingtong Electric (sales@YT-electric.com) ذات الأداء المستقر ودعم ما بعد البيع الموثوق به، مما يضمن قدرتها على التكيف مع البيئة (على سبيل المثال، درجة الحرارة والرطوبة) بما يتناسب مع ظروف الغرفة الكهربائية.

4. التنفيذ المهني :قم بإجراء التثبيت والتشغيل والتحقق بواسطة مُتكامل ذي خبرة لضمان أن نتائج التخفيف (تلبي التوقعات).

5. المراقبة طويلة المدى :استخدم وظائف المراقبة المدمجة في APF أو قم بدمجها في نظام إدارة المباني (BMS) للتتبع المستمر لجودة الطاقة لضمان الاستقرار على المدى الطويل.