ما هي محولات التخفيف التوافقي؟

ما هي محولات التخفيف التوافقي؟

محولات التخفيف التوافقية (HMTs) هي أجهزة كهربائية متخصصة مصممة لتقليل هدر الطاقة عن طريق تقليل الخسائر الناجمة عن التشوهات التوافقية. ويحققون ذلك من خلال عدة آليات:

1. الإلغاء التوافقي الثلاثي: من خلال إلغاء التدفق التوافقي لتسلسل الطور الصفري، تمنع HMTs التيارات التوافقية الثلاثية من الدوران في اللفات الأولية. يؤدي هذا إلى انخفاض في الجانب الأساسي I2R وخسائر التيار الدوامي.

2. التخفيض التوافقي المتوازن: أجهزة HMT المجهزة بمخرجات متعددة قادرة على إلغاء المكونات المتوازنة للتوافقيات ذات الترتيب الأعلى مثل الخامس والسابع داخل ملفاتها الثانوية. فقط التوافقيات غير المتوازنة المتبقية تصل إلى الملفات الأولية، مما يؤدي إلى انخفاض في الخسائر.

3. كفاءة عالية في كل من الترددات الأساسية والتوافقية: تحافظ بعض تصميمات HMT على كفاءة عالية ليس فقط عند مستوى 60 هرتز القياسي ولكن أيضًا عند الترددات التوافقية. تلبي النماذج التي تتوافق مع معايير Energy Star الحد الأدنى من كفاءة NEMA TP-1 عند التحميل بنسبة 35%، وتحقق ذلك عن طريق تقليل الخسائر الأساسية لتعزيز الكفاءة تحت الأحمال الخفيفة. تم تصميم HMTs من سلسلة Harmony™ المتوافقة مع Energy Star من Mirus لتلبية الحد الأدنى من كفاءات NEMA TP-1 عبر نطاق التشغيل الكامل من 35% إلى 65% من التحميل.

الشكل 1: خسائر المحولات 75 كيلو فولت أمبير في ظروف التحميل المختلفة مع ملف تعريف الحمل غير الخطي K-9.

أظهر توفير الطاقة:

يوضح المثال الوارد في الشكل أعلاه التوفير المحتمل الذي تم تحقيقه باستخدام HMTs بدلاً من المحولات التقليدية أو المحولات ذات التصنيف K. تم تحليل محول بقدرة 75 كيلو فولت أمبير في ظل ظروف حمل مختلفة باستخدام ملف تعريف حمل K-9 غير خطي، وهو نموذجي للبيئات التي تستخدم معدات كمبيوتر ثقيلة (Ithd = 83%). يقارن الرسم البياني الخسائر بين محولات دلتا واي التقليدية (Conv)، ومحولات دلتا واي ذات التصنيف K-13، ومحولات HMT ذات الإخراج الفردي Harmony-1E™ المتوافقة مع Energy Star.

الشكل 2: كفاءة الطاقة لأنواع مختلفة من محولات 75 كيلو فولت أمبير التي تزود الأحمال الخطية (K-1) والأحمال غير الخطية (K-9) في ظل ظروف حمل مختلفة.

تأثير التحميل غير الخطي على الكفاءة:

يوضح هذا الشكل أيضًا كيف يؤثر التحميل غير الخطي على كفاءة المحولات. إنه يتناقض مع أداء المحولات المختلفة في ظل ظروف التحميل الخطية (K-1) وغير الخطية (K-9). تنخفض الكفاءة بشكل ملحوظ بالنسبة للمحولات التقليدية ومحولات K-13 تحت التحميل غير الخطي، خاصة عند الأحمال العالية.

تقدير توفير الطاقة:

لقياس مدى توفير الطاقة من خلال انخفاض الخسائر التوافقية، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار معدل المنفعة الكهربائية وملف تشغيل الحمل. يمكن أن تختلف هذه العوامل بشكل كبير بناءً على الموقع والتطبيق. يوضح الجدول 1 توفير الطاقة عند مقارنة HMT بقدرة 75 كيلو فولت أمبير بمحول K-13 في بيئة مكتبية مزودة بمعدات كمبيوتر واسعة النطاق.

 تقدير توفير الطاقة والاسترداد في HMT مقارنة HMT بقدرة 75 كيلو فولت أمبير بمحول K-13 في بيئة مكتبية نموذجية مع تركيز عالٍ من أجهزة الكمبيوتر

حساب المدخرات السنوية:

بافتراض التشغيل لمدة 12 ساعة في اليوم، 260 يومًا في السنة، بمتوسط ​​معدل فائدة قدره 0.07 دولار لكل كيلووات في الساعة، مع مراعاة طاقة التبريد الإضافية اللازمة لتبديد الحرارة الناتجة عن المحولات (تقدر بـ 30%-40% من فقدان الطاقة)، ويمكن حساب المدخرات السنوية على النحو التالي:

الاستهلاك السنوي = (إجمالي الخسائر بالكيلوواط) × (ساعة / يوم) × (أيام / سنة) + (خسارة NL بالكيلوواط) × (24 - ساعة / يوم) × (365 - يوم / سنة)) $ / سنة التوفير = (الاستهلاك السنوي H1E - الاستهلاك السنوي K13) × 1.35 × (السعر بالدولار/كيلووات في الساعة)

تحليل الاسترداد:

استنادًا إلى تكاليف المحولات وبافتراض عمر افتراضي يتراوح بين 30 إلى 40 عامًا، يمكن استرداد القسط المدفوع مقابل Harmony-1E HMT عدة مرات من خلال توفير الطاقة وحده. تتراوح فترات الاسترداد عادة من سنة إلى 4 سنوات للتحميل في نطاق 50% إلى 65%.

مثال إضافي:

يعرض الجدول 2 سيناريو لمنشأة إذاعية أو مركز بيانات ذي محتوى توافقي أقل (ملف تحميل K4)، يعمل 24 ساعة في اليوم، 365 يومًا في السنة. مع وجود المحول في منطقة مكيفة، تصبح فترة الاسترداد أقصر، مما يجعل الاستثمار في HMTs جذابًا بشكل خاص في مثل هذه التطبيقات.

الجدول 2: توفير الطاقة في HMT وتقدير الاسترداد بمقارنة HMT بقدرة 75 كيلو فولت أمبير بمحول K-13 في مرفق بث نموذجي أو مركز بيانات

في الختام، فإن القدرة الجوهرية لمحولات HMT على إلغاء التيارات التوافقية داخل ملفاتها تترجم إلى توفير طاقة قابل للقياس عند مقارنتها بالخسائر الأعلى المتكبدة مع المحولات التقليدية أو المحولات ذات التصنيف K. إذا أخذنا في الاعتبار متوسط ​​تكلفة قسط HMT مقارنة بمحولات K-13، فإن فترة الاسترداد النموذجية لتوفير الطاقة هي من 1 إلى 4 سنوات عندما يتوقع أن يكون الحمل في حدود 50% إلى 65%.