كيف يعمل مرشح التوافقيات النشط (AHF) على خط توزيع الطاقة الرئيسي على توفير استهلاك الوقود للمولدات؟

تثبيت مرشح التوافقيات النشطة (AHF) على خط توزيع الطاقة الرئيسي يمكن أن يوفر عادةً استهلاك الوقود للمولدات (وخاصة مولدات الديزل)

وهنا شرح مفصل:

1. كيف تزيد التوافقيات من استهلاك الوقود في المولدات (وخاصة مولدات الديزل):

   • خسائر الحرارة الإضافية: تُسبب التيارات التوافقية المتدفقة عبر لفات الجزء الثابت والدوار للمولد خسائر مقاومة (خسائر I²R) أعلى من خسائر التيار الأساسي. تُبدد هذه الخسائر على شكل حرارة، مما يعني هدر جزء من الطاقة الميكانيكية المُدخلة إلى المولد.

   • زيادة خسائر الحديد: تؤدي الفولتية التوافقية إلى زيادة خسائر الهستيريسيس والتيار الدوامي في قلب الحديد بالمولد.

   • خسائر لف المثبط: يتم تحفيز التيارات التوافقية في ملفات المثبط للدوار، مما يؤدي إلى خسائر وحرارة إضافية.

   • انخفاض الكفاءة: كل هذه الخسائر الإضافية تعني انخفاض الكفاءة الكلية لتحويل الطاقة الميكانيكية الناتجة عن احتراق الديزل إلى طاقة كهربائية. ولتوفير نفس القدرة الفعالة (كيلوواط)، يحتاج المولد إلى استهلاك المزيد من الديزل لتعويض هذه الخسائر.

   • نبضات عزم الدوران التوافقية: تُنتج التيارات التوافقية المتفاعلة مع المجال المغناطيسي للمولد عزم دوران نابض بترددات تساوي مضاعفات التردد الأساسي. يُسبب هذا ضغطًا ميكانيكيًا إضافيًا على محرك الديزل، وقد يؤثر على استقرار منظم السرعة. للحفاظ على سرعة ثابتة (تردد)، يجب أن يعمل المنظم بوتيرة أكبر لضبط الخانق، مما قد يُقلل من الكفاءة بشكل طفيف، وقد يؤدي إلى زيادة استهلاك الوقود الفوري.

   • زيادة الطلب الظاهري على الطاقة: تزيد التيارات التوافقية من إجمالي التيار (RMS) في النظام، مما يزيد من متطلبات خرج الطاقة الظاهرية (kVA) للمولد. غالبًا ما تُقاس المولدات (وخاصةً الوحدات الاحتياطية) بالكيلو فولت أمبير. قد تُجبر التيارات التوافقية الزائدة المولد على العمل بالقرب من سعته المُقاسة بالكيلو فولت أمبير أو تتجاوزها، مع إنتاج طاقة فعالة أقل فائدة (kW). هذا ليس فقط غير فعال، بل قد يُؤدي أيضًا إلى إيقاف تشغيل نظام الحماية من الحمل الزائد. لتجنب تجاوز حدود الكيلو فولت أمبير، يجب أحيانًا تقليل حمل الطاقة الفعالة، مما يعني أيضًا عدم استخدام وقود الديزل بكفاءة.

2. كيف يساعد مرشح التوافقيات النشط (AHF) في توفير الوقود:

   • يزيل التيارات التوافقية: الوظيفة الأساسية لمُوَقِّف الجهد العالي (AHF) هي اكتشاف التيارات التوافقية في الخط، وحقن تيار مُعَوِّض مُساوٍ في المقدار ومعاكس في الطور فورًا. يؤدي هذا إلى رؤية المصدر الرئيسي (المولد في هذه الحالة) تيارًا جيبيًا تقريبًا.

   • يقلل تيار المولد RMS: من خلال التخلص من التيارات التوافقية، يعمل AHF على تقليل إجمالي التيار RMS المتدفق عبر المولد بشكل كبير.

   • يقلل الخسائر: يؤدي انخفاض تيار RMS مباشرةً إلى انخفاض كبير في خسائر I²R في ملفات المولد. كما تنخفض خسائر الحديد وخسائر ملفات المثبط.

   • تحسين الكفاءة: يؤدي انخفاض الخسائر إلى تحسين كفاءة المولد في تحويل الطاقة الكيميائية للديزل إلى طاقة كهربائية مفيدة (كيلوواط). عند نفس الحمل، ينخفض استهلاك الطاقة الميكانيكية المطلوبة للمولد، مما يقلل الحمل على محرك الديزل، مما يؤدي إلى انخفاض استهلاك الوقود.

   • انخفاض الطلب الظاهري على الطاقة: إزالة التيارات التوافقية يعني أن الطلب الظاهري على الطاقة الخارجة من المولد يطابق بشكل أوثق الطلب على الطاقة النشطة للحمل. هذا يُجنّب هدر سعة الكيلو فولت أمبير بسبب التيارات التوافقية، مما يسمح للمولد بالعمل بمعامل قدرة أفضل.

   • يخفف من نبضات عزم الدوران: يؤدي تقليل نبضات عزم الدوران التوافقي إلى تمكين محرك الديزل من العمل بسلاسة أكبر، مما يخفف العبء على المنظم ويساعد في الحفاظ على كفاءة تشغيل أكثر استقرارًا.

3. العوامل الرئيسية المؤثرة على توفير الوقود:

   • مستوى التشويه التوافقي الأصلي: كلما ارتفع التشوه التوافقي الكلي الأصلي (THDi)، قلّت الخسائر بعد تركيب مُضخّم الهواء عالي التردد (AHF)، وزادت إمكانية توفير الوقود. أما إذا كانت التوافقيات الأصلية منخفضة، فسيكون توفير الوقود ضئيلاً.

   • عامل تحميل المولد: كلما زاد حمل المولد، زادت الخسائر المطلقة الناتجة عن التوافقيات، وزاد التوفير المطلق للوقود من مُولِّد الوقود عالي الضغط (AHF). في ظل الحمل الخفيف، حتى لو كانت نسبة مئوية من زيادة الكفاءة، قد يُؤدي ذلك إلى توفير مطلق للوقود أقل.

   • تصميم المولد والتسامح التوافقي: بعض المولدات (وخاصةً الحديثة منها أو المصممة خصيصًا) تتمتع بتحمل أفضل للتوافقيات، وكفاءتها أقل تأثرًا. أما المولدات القديمة أو سيئة التصميم، فهي أكثر تأثرًا.

   • أداء AHF وفعالية التعويض: يجب تحديد حجم وتركيب وتكوين مُرشِّح الترددات العالية (AHF) بشكل صحيح لتحقيق ترشيح توافقي مثالي. كلما ارتفع معدل التعويض، كانت النتائج أفضل.

   • خسائر AHF الخاصة: يستهلك مُولِّد الطاقة الهوائية (AHF) نفسه كمية ضئيلة من الطاقة النشطة أثناء التشغيل (عادةً ما تتراوح بين 3% و8% من قدرته التعويضية المُصنَّفة). يُعوِّض هذا الفقدان بشكلٍ طفيف عن الوقود المُوَفَّر. ومع ذلك، في حالات التوافقيات الشديدة، يفوق التحسن في كفاءة المولد استهلاك مُولِّد الطاقة الهوائية نفسه بكثير.

خاتمة:

نعم، تركيب مرشح التوافقيات النشط على خط التوزيع الرئيسي يمكن أن يوفر بالفعل استهلاك الوقود للمولدات (مولدات الديزل) المبدأ هو أنه بإزالة التيارات التوافقية الضارة المتدفقة عبر المولد، يتم تقليل الخسائر الداخلية الإضافية (خسائر النحاس والحديد، إلخ)، مما يُحسّن كفاءة المولد في تحويل الطاقة الكيميائية للديزل إلى طاقة كهربائية مفيدة. والنتيجة النهائية هي أنه عند نفس الحمل، ينخفض استهلاك الطاقة الميكانيكية المطلوبة من محرك الديزل، مما يؤدي إلى انخفاض استهلاك الوقود.

قياس كمية توفير الوقود: من الصعب تعميم كمية الديزل المُوفَّرة بدقة، إذ تعتمد بشكل كبير على العوامل الرئيسية المذكورة أعلاه. في السيناريوهات الصناعية ذات التلوث التوافقي الشديد (مثل المصانع ذات الاستخدام المكثف للأحمال غير الخطية مثل محركات التردد المتغير والمقومات)، فإن تحقيق وفورات في الوقود تتراوح بين 3% إلى 8% أو حتى أعلى من الممكن إجراء تقييم دقيق للمولد بعد تركيب مُكثِّف هواء عالي الأداء. للحصول على تقدير دقيق، يُنصح بإجراء قياسات مُفصَّلة وتحليل مُقارن للمعايير الرئيسية للمولد (معدل تدفق الوقود الداخل، الطاقة النشطة الخارجة، التيار، الجهد، THDi وTHDv، إلخ) في ظل ظروف حمل مُتطابقة، قبل وبعد تركيب مُكثِّف الهواء عالي الأداء.

لذلك، إذا كان مصنعك يعاني من مشكلة توافقية كبيرة ويعتمد على تشغيل مولد الديزل (سواء كمصدر رئيسي للطاقة أو احتياطي)، فإن الاستثمار في مرشح التوافقيات النشط ليس مجرد إجراء لتحسين جودة الطاقة وحماية المعدات وزيادة موثوقية النظام، ولكنه أيضًا إجراء لتوفير الطاقة مع عوائد اقتصادية، مما يقلل بشكل مباشر من تكاليف التشغيل (نفقات الديزل).