العربية
English
français
Deutsch
español
中文
لماذا تسبب محركات التردد المتغير تشوهًا توافقيًا
تُستخدم محركات التردد المتغير على نطاق واسع في المصانع الحديثة. فهي تتحكم في سرعة المحرك، وتحسن التحكم في العمليات، وتجعل العديد من الأنظمة أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة.
ومع ذلك، تُسبب محركات التردد المتغير أيضًا تشوهًا توافقيًا.
تأتي المشكلة من الطريقة التي تسحب بها محركات التردد المتغير التيار من مصادر الطاقة. فهي لا تسحب التيار على شكل موجة جيبية سلسة. بل تسحبه على شكل نبضات قصيرة.
تُنشئ نبضات التيار هذه ترددات إضافية في الشبكة الكهربائية. وهذا يزيد من إجمالي التشوه التوافقي THD ويقلل من جودة الطاقة.
قد لا يسبب محرك تردد متغير واحد مشكلة كبيرة. لكن مجموعة كبيرة من محركات التردد المتغير يمكن أن تسبب تشوهًا توافقيًا خطيرًا عبر المنشأة بأكملها.
تشرح هذه المقالة لماذا تسبب محركات التردد المتغير تشوهًا توافقيًا، وكيف تؤثر توافقات VFD على مصادر الطاقة الصناعية، وكيف يمكن لمرشح توافقي نشط تقليل إجمالي التشوه التوافقي THD.
تتحكم محركات التردد المتغير في سرعة وعزم دوران المحركات الكهربائية.
تغير التردد والجهد المزودين إلى المحرك. وهذا يسمح للمحرك بالعمل بالسرعة المطلوبة من قبل العملية.
تُستخدم محركات التردد المتغير بشكل شائع في:
تصبح هذه الأنظمة أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة لأن المحرك لا يعمل دائمًا بأقصى سرعة.
لهذا السبب، أصبحت محركات التردد المتغير جزءًا قياسيًا من الأتمتة الصناعية.
الفائدة واضحة. أما التحدي فهو التشوه التوافقي.
تستخدم معظم محركات التردد المتغير مقومًا في مرحلة الإدخال.
يحول المقوم طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر. ثم يحول العاكس طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد متحكم بها للمحرك.
أثناء هذه العملية، تسحب محركات التردد المتغير التيار على شكل نبضات.
لم يعد شكل موجة التيار سلسًا. بل يصبح مشوهًا.
ينشئ هذا التشوه تيارات توافقية أعلى من تردد مصدر الطاقة الرئيسي. وتتدفق هذه التيارات التوافقية عبر الكابلات والمحولات ومعدات التبديل ومصادر الطاقة.
والنتيجة هي ارتفاع إجمالي التشوه التوافقي THD.
محركات التردد المتغير هي أحمال غير خطية. فالأحمال غير الخطية لا تسحب التيار بالشكل نفسه لموجة الجهد.
وهذا هو السبب الرئيسي في أن محركات التردد المتغير تُنشئ تشوهًا توافقيًا.
يوضح إجمالي التشوه التوافقي THD مقدار اختلاف شكل الموجة الكهربائية عن موجة جيبية نظيفة.
يعني مستوى منخفض من إجمالي التشوه التوافقي THD أن شكل الموجة قريب من الحالة الطبيعية.
يعني مستوى مرتفع من إجمالي التشوه التوافقي THD أن التيارات التوافقية تؤثر في الشبكة الكهربائية.
يقيس المهندسون غالبًا:
عادةً ما تُنشئ محركات التردد المتغير تشوه التيار أولًا. ويمكن لذلك التيار المشوه أن يؤثر بعد ذلك في جودة الجهد عبر النظام.
لهذا السبب، يجب قياس إجمالي التشوه التوافقي THD عند نقطة التوزيع الرئيسية وبالقرب من الأحمال الرئيسية.
لا تبقى توافقيات محركات التردد المتغير VFD داخل المحرك.
تتدفق عائدة إلى مصادر الطاقة وتؤثر على المعدات الأخرى المتصلة بالشبكة نفسها.
يمكن أن يؤدي ذلك إلى عدة مشكلات.
تزيد التيارات التوافقية من الفواقد داخل المحولات.
يحمل المحول تيار RMS أكبر مما هو متوقع. يؤدي ذلك إلى توليد مزيد من الحرارة في الملفات والقلب.
يمكن أن يتسبب التشوه التوافقي الكلي المرتفع THD في:
قد يعمل المحول بأقل من حمله المقنن ومع ذلك ترتفع حرارته بشكل مفرط.
قد تأتي الحرارة الإضافية من التشوه التوافقي، وليس من الحمل الزائد العادي.
تتدفق التيارات التوافقية أيضًا عبر الكابلات ومعدات التبديل.
يزيد ذلك من الفواقد الكهربائية ودرجة الحرارة.
قد تشمل النتائج ما يلي:
غالبًا ما تحتاج مصادر الطاقة التي تحتوي على العديد من محركات التردد المتغير إلى مراجعة كاملة لجودة الطاقة.
تستخدم العديد من المصانع بنوك المكثفات لتصحيح معامل القدرة.
يمكن أن تتفاعل بنوك المكثفات بشكل سيئ في الأنظمة ذات التشوه التوافقي المرتفع.
قد تزيد التيارات التوافقية التيار المار عبر بنك المكثفات. في بعض الحالات، يمكن أن يتفاعل بنك المكثفات مع النظام وينشئ رنينًا توافقيًا.
يمكن أن يتسبب ذلك في:
لا يزيل بنك المكثفات توافقيات محركات التردد المتغير VFD.
لهذا السبب، يجب على المنشآت التي تحتوي على العديد من محركات التردد المتغير فحص مستويات التوافقيات قبل إضافة بنك مكثفات أو استبداله.
تعمل محركات التردد المتغير على تحسين التحكم في المحركات. ومع ذلك، يمكن أن يؤثر التشوه التوافقي العالي على النظام الكهربائي الأوسع.
قد تواجه المحركات الأخرى، والمرحلات، ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، وأنظمة التحكم ما يلي:
قد تستمر المنشأة في العمل، ولكن موثوقية المعدات تصبح أسوأ.
تتميز محركات التردد المتغير بكفاءة الطاقة لأنها تقلل سرعة المحرك غير الضرورية.
غالبًا لا تحتاج المضخة أو المروحة إلى العمل بأقصى خرج طوال اليوم. تسمح محركات التردد المتغير للمحرك بمطابقة الطلب الفعلي للعملية.
وهذا يقلل من استهلاك الطاقة.
ومع ذلك، يمكن للمعدات الموفرة للطاقة أن تسبب التشوه التوافقي أيضًا.
كفاءة الطاقة وجودة الطاقة ليستا الشيء نفسه.
قد يقلل محرك التردد المتغير من استخدام الطاقة الفعالة بينما يزيد إجمالي التشوه التوافقي THD.
هذا يعني أن التصميم الصناعي الجيد يجب أن يراعي كلاً من:
يمكن أن يؤدي تجاهل أحد الجانبين إلى تقليل قيمة الجانب الآخر.
ليس من السهل دائمًا رؤية التشوه التوافقي.
قد تحتوي المنشأة على توافقيات محركات التردد المتغير لأشهر قبل ظهور عطل واضح.
تشمل علامات التحذير الشائعة:
لا تثبت هذه العلامات دائمًا أن محركات التردد المتغير هي السبب.
لا تزال هناك حاجة إلى القياس.
قراءة تيار واحدة لا تكفي.
ينبغي للمهندسين استخدام محلل جودة الطاقة لقياس الحالة الكهربائية الفعلية.
تشمل القيم المهمة:
يجب أن تغطي عملية القياس فترات تشغيل مختلفة.
قد تعمل بعض محركات التردد المتغير فقط أثناء ذروة الإنتاج. وقد تتوقف محركات أخرى أثناء الحمل الخفيف.
يمكن أن يتغير مستوى التوافقيات خلال اليوم.
يجب أن تلتقط الدراسة الصحيحة هذه التغييرات.
يمكن للمرشحات السلبية تقليل رتب توافقية محددة.
يمكنها العمل بشكل جيد عندما يظل الحمل ثابتًا ويكون ملف التوافقيات متوقعًا.
المشكلة هي أن العديد من المصانع الحديثة لا تحتوي على أحمال مستقرة.
تبدأ محركات التردد المتغير وتتوقف وتغير السرعة. كما يتغير طلب الإنتاج.
يؤدي ذلك إلى تغيير التيار التوافقي.
قد لا يتوافق المرشح السلبي الثابت مع كل ظروف التشغيل.
قد يسبب أيضًا مشكلات في الضبط أو الرنين إذا تغير النظام الكهربائي.
بالنسبة للأحمال الديناميكية، قد يكون هناك حاجة إلى حل أكثر مرونة.
يقيس المرشح التوافقي النشط التيارات التوافقية في الوقت الفعلي.
ثم يحقن تيارًا معاكسًا في النظام الكهربائي.
يلغي تيار التعويض هذا التيار التوافقي غير المرغوب فيه.
يضبط المرشح التوافقي النشط نفسه مع تغير الحمل.
يجعله ذلك مناسبًا للمنشآت التي تحتوي على العديد من محركات التردد المتغير.
يمكن أن يساعد المرشح التوافقي النشط في:
على عكس المرشح السلبي الثابت، يتبع مرشح التوافقيات النشط الحالة التوافقية الفعلية.
يُعد هذا مفيدًا في المصانع حيث تعمل محركات التردد المتغير بسرعات ومستويات تحميل مختلفة.
تُستخدم مرشحات التوافقيات النشطة غالبًا في:
تستخدم هذه المواقع غالبًا العديد من محركات التردد المتغير والأحمال غير الخطية الأخرى.
يُركّب مرشح التوافقيات النشط عادةً بالقرب من المصدر الرئيسي للتوافقيات أو عند نقطة التوزيع الرئيسية.
يعتمد أفضل موقع على تصميم النظام.
يجب اختيار مرشح التوافقيات النشط بناءً على تيار التوافقيات المقاس.
يجب ألا يتم اختياره فقط بناءً على إجمالي قدرة المحركات.
يجب على المهندسين التحقق من:
يُعد تحديد الحجم الصحيح أمرًا مهمًا.
قد لا يقلل مرشح التوافقيات النشط ذي الحجم غير الكافي من تشوه التوافقيات بدرجة كافية.
قد تزيد الوحدة ذات الحجم الأكبر من اللازم تكلفة المشروع دون إضافة قيمة.
يبدأ الحل الصحيح ببيانات فعلية عن جودة الطاقة.
تُعد محركات التردد المتغير ضرورية للصناعة الحديثة.
فهي تحسن التحكم في المحركات وتجعل العديد من الأنظمة أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة.
ومع ذلك، فإن محركات التردد المتغير أحمال غير خطية. فهي تسحب التيار على شكل نبضات وتسبب تشوهًا توافقيًا.
يمكن أن يؤثر ارتفاع التشوه التوافقي الكلي THD على المحولات والكابلات وبنوك المكثفات ومعدات التبديل ومصادر الطاقة الصناعية.
الحل ليس إزالة محركات التردد المتغير.
الحل هو التحكم في توافقيات VFD.
يجب أن تقيس دراسة مناسبة لجودة الطاقة التشوه التوافقي الكلي THD، وظروف الحمل، والتيار التوافقي.
عندما يتغير الحمل بشكل متكرر، يمكن لمرشح توافقي نشط أن يوفر تخفيفًا للتوافقيات في الوقت الفعلي.
يساعد ذلك على حماية المعدات، وتحسين جودة الطاقة، والحفاظ على التشغيل الموثوق في المنشآت التي تعتمد على محركات التردد المتغير.
دعم شبكة IPv6
