ما هو التوافقي وكيفية إدارته؟

 كيف يتم توليد التوافقيات？

 

في شبكة الطاقة اليومية لدينا، هناك أنواع خاصة من الأحمال تسمى الأحمال غير الخطية. وهذه مثل بعض الإلكترونيات أو الآلات التي لا تسحب الطاقة بطريقة مباشرة مع زيادة الجهد. عندما تتدفق الكهرباء من خلالها، فإنها لا تخلق نمطًا سلسًا من الموجات الجيبية للتيار. وبدلاً من ذلك، تصبح الموجة الحالية وعرة وغير منتظمة.

 

 كسر وفهم التوافقيات

 

لفهم هذا التيار الفوضوي، تخيل أنه يمكننا تفكيكه، تمامًا مثل تقسيم الضوء الأبيض إلى ألوان باستخدام المنشور. يمكن اعتبار أي نمط تيار متكرر بمثابة موجة جيبية أساسية (التردد الرئيسي) ممزوجة بالكثير من الموجات الإضافية التي تمثل مضاعفات دقيقة للموجة الرئيسية. هذه المضاعفات هي ما نسميه "التوافقيات". 

 

إذا كان الإيقاع الرئيسي للكهرباء - ترددنا الأساسي - هو 50 مرة في الثانية (50 هرتز)، فإن التوافقي الثاني سيهتز بسرعة مضاعفة بمعدل 100 مرة في الثانية، وسيكون التوافقي الثالث أسرع بثلاث مرات بمعدل 150 مرة ثانية، وهكذا.

 

لذلك، عندما ينحرف شكل التيار عن إيقاعه الأنيق البالغ 50 هرتز ويتضمن إيقاعات أسرع تبلغ 100 هرتز، و150 هرتز، وأكثر من ذلك، نقول إن التيار "غني بالتوافقيات" أو "مشوه". إنه يشبه إلى حد ما سماع نغمات إضافية في نغمة ليست جزءًا من اللحن الرئيسي. تعد إدارة هذه التوافقيات أمرًا مهمًا للحفاظ على تشغيل شبكة الكهرباء لدينا بسلاسة وأمان.

من أين تأتي التوافقيات؟

 

في عالم اليوم، يمكن للعديد من الأجهزة التي نستخدمها يوميًا إنشاء ما يسمى بالتيارات "التوافقية" عندما تستخدم الكهرباء. فكر في هذه التوافقيات مثل النوتات الموسيقية الإضافية التي لم يكن نظامنا الكهربائي يتوقعها.

 

الأجهزة التي تسبب التوافقيات:

- مصادر الطاقة الخاصة بوضع التبديل (SMPS) الموجودة في أجهزة الكمبيوتر وشواحن الهواتف وأجهزة التلفزيون.

- مصابيح كهربائية موفرة للطاقة** مزودة بكوابح إلكترونية تساعدها على التوهج.

- أجهزة التحكم في سرعة المراوح والمضخات وأجهزة التكييف.

- مصادر الطاقة غير المنقطعة (UPS)** التي تحافظ على تشغيل أجهزة الكمبيوتر أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

- الآلات الكبيرة ذات المحولات والمحركات مثل معدات المصانع والمصاعد.

- حتى الأدوات المنزلية الشائعة** مثل أجهزة التلفاز وأدوات المطبخ.

 

أيضًا، يمكن للأدوات المختلفة التي تحول طاقة التيار المتردد (ما يأتي من الحائط) إلى طاقة تيار مستمر (ما تحتاجه معظم الأجهزة الإلكترونية) إضافة التوافقيات. يتضمن ذلك أشياء مثل شواحن البطاريات وأجهزة الجهد القابلة للتعديل.

 

في الصناعة، أصبحت الأدوات المتقدمة مثل **محولات التردد** مفيدة للغاية للتحكم في سرعات المحركات، مما يجعل المصانع أكثر كفاءة. ولكن، تمامًا مثل التأثير الجانبي، تخلق هذه المحولات الكثير من تلك التوافقيات الإضافية. إنها تجعل الكهرباء تتدفق بطريقة متموجة وغير متساوية بدلاً من النمط السلس والنظيف.

 

يمكن أن تتسبب هذه التوافقيات في حدوث انخفاضات ومطبات في الجهد الكهربي في الشبكة، والتي تشبه "الطريق الرئيسي" للكهرباء. إن الأمر يشبه إلى حد ما القيادة على طريق وعر، فقد يؤدي ذلك إلى إبطاء الأمور وجعل الرحلة أقل راحة.

 

مع تقدم التكنولوجيا، تصبح إدارة هذه التوافقيات أكثر أهمية للحفاظ على مصدر الطاقة لدينا نظيفًا وموثوقًا، تمامًا مثل الحفاظ على طريق سريع سلس لانتقال الكهرباء.

كيفية إدارة التوافقي؟

 

تعد معالجة التشوهات التوافقية في الأنظمة الكهربائية أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على جودة الطاقة، وضمان طول عمر المعدات، ومنع الاضطرابات. هناك طريقتان أساسيتان لتخفيف التوافقيات هما الترشيح السلبي والترشيح النشط، ولكل منهما مزاياه وتطبيقاته الخاصة.

 

المرشحات التوافقية السلبية: المرشحات السلبية هي في الأساس مجموعة من المحاثات (الملفات)، والمكثفات، وأحيانًا المقاومات، المصممة لتخفيف ترددات توافقية معينة. وهي تعمل على أساس مبدأ الدوائر الرنانة، حيث تستهدف وتمتص التيارات التوافقية قبل أن تتمكن من الدوران مرة أخرى في شبكة الطاقة. المرشحات السلبية بسيطة نسبيًا وقوية وتتطلب الحد الأدنى من الصيانة.

وهي فعالة بشكل خاص في تقليل التوافقيات ذات الترتيب المنخفض (على سبيل المثال، الثالث والخامس والسابع) وغالبًا ما تكون فعالة من حيث التكلفة للتطبيقات التي يكون فيها الطيف التوافقي مستقرًا ويمكن التنبؤ به. ومع ذلك، فإن ضبطها الثابت يجعلها أقل قدرة على التكيف مع الأحمال التوافقية المتغيرة، ويمكن أن يتردد صداها مع ممانعات النظام، مما يتسبب في زيادة الجهد أو تضخيم الأوامر التوافقية الأخرى إذا لم يتم تصميمها بعناية.

 

المرشحات التوافقية النشطة (AHF): في المقابل، تستخدم المرشحات النشطة إلكترونيات الطاقة لمراقبة وحقن التيارات التعويضية في النظام لإلغاء التيارات التوافقية. تتكون AHFs من محولات الطاقة وخوارزميات التحكم ومكثف وصلة DC. ومن خلال التحليل المستمر للمحتوى التوافقي للشبكة، فإنها تولد إشارات مضادة دقيقة تلغي تأثير التوافقيات في الوقت الفعلي.

تمكن هذه القدرة على التكيف AHFs من التعامل مع نطاق واسع من الترددات التوافقية، مما يجعلها فعالة للغاية في بيئات التحميل المعقدة والمتغيرة. يمكنهم ضبط إستراتيجية التعويض الخاصة بهم ديناميكيًا مع تغير ملف التعريف التوافقي، مما يضمن الأداء الأمثل حتى مع الأحمال غير المتوقعة. في حين أن AHFs توفر مرونة ودقة فائقة في التخفيف التوافقي، إلا أنها تأتي بتكلفة أولية أعلى وتتطلب أنظمة تحكم أكثر تطورًا مقارنة بالمرشحات السلبية.