مقدمة موجزة عن تطبيقات مرشح التوافقيات النشط
1. ما هي أسباب الجهد التوافقي والتيار التوافقي؟
يؤدي الاستخدام الواسع لأجهزة الحمل غير الخطية (مثل محولات التردد، والمقومات، وإضاءة LED) إلى تلوث توافقي شديد في شبكة الكهرباء، مما يسبب سلسلة من المشاكل مثل ارتفاع حرارة المعدات، وخلل في أجهزة الحماية، وانخفاض معامل القدرة.
باعتبارها جيلًا جديدًا من معدات إدارة جودة الطاقة، أصبحت AHF (المرشح التوافقي النشط) أداة أساسية لحل مشاكل التوافقيات في المصانع الصناعية.
2. الخصائص الأساسية للمصانع الصناعية:
بالمقارنة مع المباني العادية، تتمتع المصانع الصناعية بمتطلبات طاقة أكثر تميزًا، مما يحدد ضرورة التحكم في التوافقيات.
سعة طاقة كبيرة: مع تركيز كبير من معدات الإنتاج، يصل حمل المصنع الواحد غالبًا إلى آلاف أو مئات الآلاف من الفولت أمبير، مما يجعل مشاكل الطاقة تتضخم بسهولة.
تنوع أنواع المعدات: تحتوي المصانع الصناعية على مجموعة واسعة من المعدات، بما في ذلك آلات التشغيل المختلفة، وخطوط الإنتاج الآلية، ومعدات الطاقة، مما يضع ضغطًا أكبر على نظام الطاقة.
متطلبات موثوقية عالية: الإنتاج المستمر يعني أن تقلبات الطاقة يمكن أن تؤدي إلى التوقف، وخردة المنتجات، وحوادث السلامة.
3. حمل المصنع: المصدر الرئيسي للتوافقيات. الأحمال غير الخطية في المصنع هي السبب الجذري لتوليد التوافقيات، ولا يمكن تجاهل ضررها.
01. معدات محركات التردد المتغير (VFD): محركات التردد المتغير المستخدمة للتحكم في السرعة في معدات مثل المراوح والمضخات تولد كميات كبيرة من التوافقيات المميزة (التوافقيات الخامسة والسابعة والحادية عشرة) أثناء عملية التصحيح والعكس.
02. معدات المقومات: أحواض الطلاء الكهربائي، وأنظمة UPS، وما إلى ذلك، تحقن تيارًا غير جيبي في شبكة الكهرباء.
03. معدات القوس الكهربائي: أفران القوس الكهربائي وآلات اللحام تولد تقلبات توافقية عريضة النطاق. أثناء بدء القوس واللحام، تولد التغيرات الكبيرة في التيار العديد من التوافقيات، مع بروز التوافقيات الثالثة والخامسة والسابعة والحادية عشرة والثالثة عشرة بشكل خاص.
04. أجهزة الكمبيوتر والخوادم: تولد أجهزة الكمبيوتر تيارات توافقية أثناء بدء التشغيل وتنفيذ البرامج، مما يضع متطلبات عالية على استقرار وجودة مصدر الطاقة.
05. مصابيح LED: تظهر محركات مصابيح LED خصائص غير خطية. تحت تعديلات السطوع المختلفة، تكون تغييرات التيار والطاقة غير خطية، مما قد يولد توافقيات ويؤثر على جودة شبكة الكهرباء.
4. تشمل أضرار التوافقيات:
تسريع شيخوخة المعدات: تسبب ارتفاع حرارة المحركات والمحولات وتقصر عمرها الافتراضي. زيادة فقدان الطاقة: تؤدي إلى زيادة الفقد في الخطوط والمعدات وارتفاع تكاليف الكهرباء. التداخل مع دقة التحكم: تؤثر على إشارات PLC وأجهزة الاستشعار وتقلل من دقة الإنتاج.
5. دراسة حالة: ورشة فرن القوس الكهربائي في مصنع تعدين – معالجة التوافقيات المتقلبة
خلفية المشروع: أثناء التشغيل، واجه فرن قوس كهربائي في مصنع تعدين وميضًا متكررًا في إضاءة الورشة وإنذارات كاذبة من نظام التحكم PLC، مما أدى أحيانًا إلى إيقاف الفرن بخسائر تتجاوز 100,000 يوان صيني لكل إيقاف.
نتائج الاختبار: أثناء تشغيل الفرن، تذبذب THDi بين 15% و35%، مع ترددات توافقية معقدة تتغير مع مرحلة الصهر.
الحل: تم استخدام مرشح نشط بسرعة استجابة ديناميكية ≤10ms لتتبع وتعويض تغيرات التوافقيات في الوقت الفعلي.
نتائج التطبيق: تم التحكم في THDi بشكل ثابت ضمن 8%، واختفى وميض الإضاءة والإنذارات الكاذبة من نظام التحكم، وارتفع معدل التشغيل المستمر لفرن القوس الكهربائي من 85% إلى 98%.
مخطط الطيف الحالي قبل تشغيل AHF (المرشح التوافقي النشط)
مخطط الطيف الحالي بعد تشغيل AHF (المرشح التوافقي النشط)
