العربية
English
français
Deutsch
español
中文
كيف تؤثر الأحمال المتجددة على جودة الطاقة الصناعية
تُعد الأحمال المتجددة شائعة في الأنظمة الصناعية الحديثة. تظهر عندما ينتقل المحرك من استهلاك الطاقة إلى إعادة الطاقة.
يحدث هذا غالبًا أثناء الكبح أو الخفض أو التباطؤ أو تغييرات السرعة السريعة.
يمكن للرافعات والرافعات الرافعة والمصاعد وطواحين الدرفلة وأجهزة الطرد المركزي ومنصات الاختبار وأنظمة النقل جميعها إنشاء أحمال متجددة.
تُحسّن هذه الأنظمة التحكم واستخدام الطاقة. ومع ذلك، يمكن للأحمال المتجددة أيضًا أن تؤثر على جودة الطاقة الصناعية.
قد تتسبب في ارتفاع الجهد، وزيادة جهد ناقل التيار المستمر، وعدم استقرار معامل القدرة، وإجهاد على المحركات الصناعية.
تصبح المشكلة أكثر خطورة عندما لا يستطيع النظام الكهربائي امتصاص الطاقة المعادة.
تشرح هذه المقالة كيفية عمل الأحمال المتجددة، وكيف تؤثر على جودة الطاقة الصناعية، وكيف يمكن للتعويض الديناميكي تحسين استقرار النظام.
تعيد الأحمال المتجددة الطاقة الكهربائية إلى النظام.
يأخذ حمل المحرك العادي الطاقة الكهربائية من الشبكة. ويحوّل تلك الطاقة إلى حركة ميكانيكية.
يعمل الحمل المتجدد في الاتجاه المعاكس خلال جزء من دورة تشغيله.
يعمل المحرك مثل مولد. وتعود الطاقة الميكانيكية عبر المحرك الصناعي.
تظهر هذه الحالة غالبًا عندما:
الأحمال المتجددة ليست أعطالًا.
إنها جزء طبيعي من العديد من العمليات الصناعية.
يتمثل التحدي في التحكم بالطاقة المعادة دون التسبب في مشكلات جودة الطاقة.
تظهر الأحمال المتجددة عندما يقوم النظام الميكانيكي بقيادة المحرك.
لنفترض رافعة ترفع جسمًا ثقيلًا.
أثناء الرفع، يستهلك المحرك الطاقة الكهربائية. وأثناء الخفض، تسحب الجاذبية الحمولة إلى الأسفل.
يجب على المحرك التحكم في تلك الحركة. فهو يعمل كمولد ويرسل الطاقة مرة أخرى نحو المحرك الصناعي.
تحدث العملية نفسها أثناء التباطؤ السريع.
يحتوي المحرك الدوار والآلة على طاقة ميكانيكية مخزنة. وعندما يتباطأ النظام، يجب أن تذهب تلك الطاقة إلى مكان ما.
قد تكون:
إذا لم يتمكن النظام من إدارة هذه الطاقة، فقد يرتفع الجهد بسرعة.
تتحكم المحركات الصناعية في سرعة المحرك وعزم الدوران والتسارع والكبح.
أثناء التشغيل الطبيعي للمحرك، يأخذ المحرك الطاقة من مصدر الإمداد الكهربائي.
أثناء التجديد، تنتقل الطاقة مرة أخرى نحو ناقل التيار المستمر.
يمكن أن يتسبب ذلك في زيادة جهد ناقل التيار المستمر.
يحتوي ناقل التيار المستمر على مكثفات تخزن الطاقة الكهربائية. عندما تعيد الأحمال التجديدية كمية كبيرة جدًا من الطاقة، يرتفع جهد ناقل التيار المستمر.
إذا تجاوز الجهد الحد الآمن، فقد يتوقف المحرك الصناعي عن العمل بسبب الحماية.
تشمل النتائج الشائعة:
يحمي توقف المحرك بسبب الحماية المعدات. ومع ذلك، فإن التوقفات المتكررة تقلل من موثوقية الإنتاج.
يعتمد الحل على عدد مرات حدوث التجديد وكمية الطاقة المرتجعة.
تُعد زيادة جهد ناقل التيار المستمر إحدى أكثر المشكلات شيوعًا المرتبطة بالأحمال التجديدية.
تظهر المشكلة عندما تدخل الطاقة المرتجعة إلى ناقل التيار المستمر بسرعة أكبر من قدرة النظام على إزالتها.
يرتفع الجهد عندها.
قد يؤدي حدث تجديد قصير إلى تغير بسيط فقط. أما الحمل الثقيل أو دورة الكبح السريعة فقد يتسببان في ارتفاع أكبر بكثير في الجهد.
تشيع زيادة جهد ناقل التيار المستمر في:
يمكن أن تؤدي زيادة جهد ناقل التيار المستمر المتكررة إلى تلف المكثفات والمكونات الإلكترونية للطاقة.
كما يمكن أن تجبر المشغلين على استخدام أوقات كبح أبطأ.
قد يؤدي ذلك إلى تقليل سرعة الإنتاج.
يمكن أن تتسبب الأحمال التجديدية أيضًا في ارتفاع الجهد في النظام الكهربائي الأوسع.
عندما تعود الطاقة إلى الشبكة، قد يرتفع الجهد المحلي.
يعتمد التأثير على قوة مصدر التغذية الكهربائية.
يمكن لشبكة طاقة قوية عادةً استيعاب كمية أكبر من الطاقة المرتجعة. أما الشبكة الضعيفة فلديها قدرة أقل على التحكم في ارتفاع الجهد.
يصبح ارتفاع الجهد أكثر احتمالًا عندما يحتوي الموقع على:
يمكن أن يؤدي الجمع بين الأحمال التجديدية وتوليد الطاقة الشمسية إلى إنشاء حالة صعبة.
قد يرسل كلا النظامين الطاقة نحو الشبكة في الوقت نفسه.
يمكن أن يؤدي ذلك إلى رفع الجهد عند نقطة التوصيل المشتركة.
تؤثر الأحمال التجديدية على ما هو أكثر من المحرك.
يمكنها التأثير على جودة الطاقة الصناعية عبر الشبكة المتصلة.
تشمل مشكلات جودة الطاقة الرئيسية:
تعتمد المشكلة الدقيقة على تصميم المحرك.
تستخدم بعض المحركات الصناعية مقومات ثنائية الصمام. لا تستطيع هذه المحركات إعادة الطاقة مباشرة إلى الشبكة.
تستخدم الأنظمة الأخرى محركات ذات واجهة أمامية نشطة. ويمكنها إرسال الطاقة مرة أخرى إلى مصدر الإمداد الكهربائي.
توفر محركات الواجهة الأمامية النشطة تحكماً أفضل في التجديد. ومع ذلك، فإنها لا تزال تحتاج إلى تصميم صحيح للنظام.
يمكن أن يؤدي التحكم الضعيف إلى مشكلات في الجهد أو التوافقيات أو القدرة غير الفعالة.
تُعد مقاومات الكبح حلاً شائعاً للأحمال التجديدية.
فهي تحول الطاقة الكهربائية المعادة إلى حرارة.
يساعد ذلك على منع ارتفاع جهد ناقل التيار المستمر.
تتميز مقاومات الكبح بالبساطة والفعالية لدورات الكبح القصيرة. ومع ذلك، لها حدود واضحة أيضاً.
فهي:
قد تحل مقاومة الكبح مشكلة ناقل التيار المستمر داخل محرك واحد.
لكنها لا تتحكم في ارتفاع الجهد أو القدرة غير الفعالة عبر النظام الكهربائي بأكمله.
للتشغيل التجديدي المتكرر، قد يوفر المحرك التجديدي أو الواجهة الأمامية النشطة أداءً أفضل.
يمكن أن تؤدي الأحمال التجديدية أيضاً إلى إنشاء طلب متغير على القدرة غير الفعالة.
قد يعمل محرك التشغيل الصناعي بشكل مختلف أثناء أوضاع المحرك والمولد.
خلال جزء من الدورة، قد يستهلك النظام قدرة غير فعالة. وخلال جزء آخر، قد تتغير حالة القدرة غير الفعالة بسرعة.
يمكن أن يؤدي ذلك إلى معامل قدرة غير مستقر.
قد لا تواكب بنوك المكثفات التقليدية هذه التغييرات السريعة.
تعمل بنك المكثفات على خطوات ثابتة. وقد يستجيب ببطء شديد أثناء دورات الاسترجاع القصيرة.
يمكن أن يؤدي ذلك إلى:
يستجيب تعويض القدرة غير الفعالة الديناميكي بشكل أكثر دقة للأحمال الاسترجاعية المتغيرة.
مولد القدرة غير الفعالة الساكن يوفر تعويضًا ديناميكيًا للقدرة غير الفعالة.
يقيس التيار والجهد ومعامل القدرة والقدرة غير الفعالة في الوقت الفعلي.
يقوم SVG بعد ذلك بتزويد أو امتصاص القدرة غير الفعالة وفقًا لحالة النظام الفعلية.
هذا مفيد للأحمال الاسترجاعية لأن سلوكها الكهربائي يتغير بسرعة.
يمكن أن يساعد SVG في:
لا يمتص SVG الطاقة الفعالة الاسترجاعية المخزنة في ناقل التيار المستمر.
تعود هذه الوظيفة إلى مقاومة الكبح أو محرك الاسترجاع أو نظام تخزين الطاقة أو الطرف الأمامي النشط.
يتحكم SVG في حالة القدرة غير الفعالة والجهد حول الحمل الاسترجاعي.
هذا التمييز مهم.
قد يحتاج الحل الكامل إلى كل من التحكم في الطاقة الاسترجاعية وتعويض القدرة غير الفعالة الديناميكي.
محركات التشغيل الصناعية هي أحمال غير خطية.
يمكنها إنشاء تشوهات توافقية أثناء التحكم في الأحمال الاسترجاعية.
يعتمد مستوى التوافقيات على طوبولوجيا محرك التشغيل.
غالبًا ما ينشئ محرك التشغيل القياسي ذو النبضات الست تيارات توافقية قوية من الرتبتين الخامسة والسابعة.
قد يقلل محرك التشغيل ذو الطرف الأمامي النشط بعض التوافقيات الداخلة. ومع ذلك، قد تظل توافقيات التبديل والتشوهات الأخرى موجودة.
يمكن أن يسبب التشوه التوافقي العالي:
إذا كان التيار التوافقي مرتفعًا، فقد يلزم استخدام مرشح توافقيات نشط.
يقيس مرشح التوافقيات النشط التيار التوافقي ويحقن تيارًا معاكسًا.
يقلل ذلك التشوه في الوقت الفعلي.
لذلك قد يستخدم الموقع:
يعتمد التصميم النهائي على بيانات النظام المقاسة.
تُنشئ الرافعات أحمالًا متجددة قوية عند خفض المواد الثقيلة.
يمكن أن يتغير الحمل بسرعة. وقد يسبب ذلك جهدًا زائدًا على ناقل التيار المستمر وعدم استقرار معامل القدرة.
يساعد التعويض الديناميكي على استقرار النظام الكهربائي أثناء دورات الرفع والخفض.
تُعيد المصاعد توليد الطاقة عند التحرك إلى الأسفل مع كابينة ثقيلة.
وقد تعيد توليد الطاقة أيضًا عند رفع كابينة خفيفة مع ثقل موازن ثقيل.
يمكن لمجموعات المصاعد الكبيرة أن تُنشئ أحداثًا متكررة لإعادة التوليد.
تغير طواحين الدرفلة السرعة والاتجاه بشكل متكرر.
يجب أن تتحكم محركاتها الصناعية في عزم دوران مرتفع وتباطؤ سريع.
يؤدي ذلك إلى تغير ظروف القدرة الفعالة وغير الفعالة.
تخزن أجهزة الطرد المركزي كميات كبيرة من الطاقة الميكانيكية.
أثناء الكبح، تعود تلك الطاقة إلى المحرك الصناعي.
يمكن أن يؤدي ضعف التحكم في الطاقة إلى جهد زائد على ناقل التيار المستمر.
تعمل منصات اختبار المحركات غالبًا بمحرك مقابل محرك آخر.
تمتص آلة الحمل الطاقة وتُنشئ إعادة توليد مستمرة.
تحتاج هذه الأنظمة إلى تحكم دقيق في تدفق القدرة والجهد والتوافقيات والقدرة غير الفعالة.
لا تكفي قراءة تيار واحدة.
ينبغي للمهندسين قياس النظام خلال دورة التشغيل الكاملة.
يجب أن يتضمن الاختبار:
تشمل القيم المهمة:
يجب أن يُظهر القياس وقت تغير اتجاه القدرة.
كما يجب أن يُظهر ما إذا كانت المشكلة الرئيسية هي الطاقة الفعالة، أو القدرة غير الفعالة، أو التشوه التوافقي، أو الثلاثة معًا.
يعتمد الحل الصحيح على التطبيق.
يجب على المهندسين مراجعة:
قد تعمل مقاومة كبح مع عمليات استرجاع الطاقة العرضية.
قد يكون محرك استرجاعي أفضل لعمليات الكبح المتكررة.
قد تكون هناك حاجة إلى SVG للتغيرات السريعة في القدرة غير الفعالة.
قد تكون هناك حاجة إلى مرشح توافقي نشط عندما يكون التشوه التوافقي مرتفعًا.
يجب أن يتبع الحل النهائي البيانات المقاسة، وليس قدرة لوحة بيانات المحرك فقط.
تعيد الأحمال المتجددة الطاقة الميكانيكية إلى محرك الدفع الصناعي أو الشبكة الكهربائية أثناء الكبح أو الخفض أو التباطؤ.
يحدث الجهد الزائد على ناقل التيار المستمر عندما تدخل الطاقة المتجددة إلى ناقل التيار المستمر بسرعة أكبر من قدرة النظام على إزالتها.
نعم. يمكن أن تؤدي القدرة الفعالة المُعادة إلى زيادة الجهد المحلي، خصوصًا في الشبكات الكهربائية الضعيفة.
يمكن لبنك المكثفات دعم الطلب المستقر على القدرة غير الفعالة. لكنه لا يستطيع امتصاص الطاقة المتجددة الفعالة وقد يستجيب ببطء شديد للتغيرات السريعة في الحمل.
يتحكم SVG في القدرة غير الفعالة في الوقت الفعلي. فهو يحسن معامل القدرة ويدعم استقرار الجهد أثناء ظروف التشغيل المتغيرة.
قد يلزم استخدام مرشح توافقي نشط عندما تولد محركات الدفع الصناعية تيارًا توافقيًا مرتفعًا.
تُعد الأحمال المتجددة شائعة في الرافعات، والرافعات القابضة، والمصاعد، وطواحين الدرفلة، وأجهزة الطرد المركزي، وأنظمة اختبار المحركات.
فهي تحسن استخدام الطاقة من خلال إعادة القدرة أثناء الكبح والتباطؤ.
ومع ذلك، يمكن أن تتسبب الأحمال المتجددة أيضًا في الجهد الزائد على ناقل التيار المستمر، وارتفاع الجهد، وعدم استقرار معامل القدرة، والتشوه التوافقي.
يعتمد الحل الصحيح على مصدر المشكلة.
تتحكم مقاومات الكبح في الأحداث المتجددة القصيرة. تعيد محركات الدفع المتجددة القدرة الفعالة إلى الشبكة. يتحكم SVG في القدرة غير الفعالة المتغيرة. تقلل المرشحات التوافقية النشطة التشوه التوافقي.
يجب أن تقيس دراسة شاملة لجودة القدرة دورة الحمل الكاملة.
يساعد ذلك المهندسين على اختيار الحل الصحيح وتحسين جودة القدرة الصناعية حول الأحمال المتجددة.
دعم شبكة IPv6
