حساب واختيار سعة مرشح التوافقيات النشط

تحديد سعة مرشح الطاقة النشط (AHF) هو الخطوة الأكثر أهمية في عملية الاختيار. السعة غير الكافية ستؤدي إلى تعويض ضعيف أو حتى تحميل زائد للمعدات وتلفها، بينما السعة الزائدة ستؤدي إلى هدر الاستثمار. فيما يلي الخطوات والطرق الأساسية لتحديد سعة AHF:

المبدأ الأساسي: يجب أن تكون السعة المقدرة لـ AHF (عادةً ما تُعبَّر عنها بالأمبير) أكبر من أو تساوي القيمة الفعالة للمجموع الاتجاهي لتيارات التوافقيات والتيارات التفاعلية التي يحتاج إلى تعويضها، مع هامش أمان مناسب.

خطوات تحديد سعة AHF

1. تحديد هدف التعويض:

حمل غير خطي واحد: مثل محولات التردد، أفران الحث، وحدات UPS الكبيرة، معدات التصحيح، إلخ. هذه هي الحالة المثالية.

مجموعة من الأحمال غير الخطية: مثل عدة محولات تردد على خطوط إنتاج متعددة.

نظام التوزيع الكهربائي/القضيب الكهربائي بالكامل: تعويض إجمالي التيار التوافقي الناتج عن جميع الأحمال على هذا القضيب. هذه هي الحالة الأكثر شيوعًا.

2. الحصول على بيانات التيار التوافقي:

2.1 الطريقة الأولى: القياس الفعلي (الأكثر دقة، موصى به بشدة)

2.11 استخدام محلل جودة طاقة احترافي (مثل Fluke، Hioki، YOKOGAWA، إلخ).

2.12 إجراء القياسات عند نقطة التعويض المستهدفة (مثل طرف الإدخال للحمل غير الخطي، القضيب الكهربائي المراد تعويضه).

2.13 قياس المعلمات الرئيسية:

قيمة RMS للتيار الأساسي: `I₁` (A)

معدل التشوه التوافقي الكلي: `THDi` (%) – هذه هي نسبة القيمة الفعالة الإجمالية للتيار التوافقي إلى القيمة الفعالة للتيار الأساسي.

محتوى التيار التوافقي: `I₅`، `I₇`، `I₁₁`، `I₁₃`، إلخ (A أو %) – فهم توزيع الطيف مفيد لاستراتيجيات التحكم في AHF وتصميم السعة، ولكن `THDi` يُستخدم بشكل أساسي لحساب السعة الإجمالية.

ظروف القياس: يجب إجراء القياسات تحت حالة الحمل التوافقي الأقصى النموذجية. إذا كانت ظروف الحمل تختلف بشكل كبير، فيجب قياس عدة ظروف نموذجية، وتسجيل أسوأ حالة (أقصى THDi).

المدة: يجب أن تكون مدة القياس كافية لتغطية دورة تشغيل الحمل.

2.2 الطريقة الثانية: التقدير النظري (دقة أقل، مناسبة للاختيار الأولي أو عندما لا يكون القياس الفعلي ممكنًا)

2.21 الرجوع إلى دليل المعدات: توفر بعض أدلة المعدات (مثل محولات التردد) قيم THDi نموذجية لتيار الإدخال أو طيفًا توافقيًا.

2.22. الصيغ التجريبية/القيم النموذجية:
مقوم 6 نبضات (بدون مفاعل): `THDi` ≈ 30%-50%
مقوم 6 نبضات (مع مفاعل تيار مستمر): `THDi` ≈ 30%-40%
مقوم 6 نبضات (مع مفاعل تيار متردد): `THDi` ≈ 30%-35%
مقوم 12 نبضة: `THDi` ≈ 10%-15%

2.23. UPS: `THDi` ≈ 25%-40%

2.24. مصدر طاقة تحويل عالي التردد: قد يكون `THDi` مرتفعًا جدًا (>80%)، لكن قيمة التيار الفعال الفعلية قد لا تكون كبيرة.

2.25. تقدير التيار الأساسي: `I₁≈ S / (√3 * U * PF)`. حيث `S` هي القدرة الظاهرية للحمل (kVA)، `U` هو جهد الخط (V)، و `PF` هو معامل قدرة الحمل (يمكن استخدام 0.7-0.9 للتقدير). لاحظ أن معامل قدرة الأحمال غير الخطية عادة ما يكون أقل.

3. حساب القيمة الفعالة للتيار التوافقي المراد تعويضه:

مثال:
تيار الإدخال المقاس لمحول تردد I₁ = 100A، THDi = 40%. إذن Ih = 100A * (40 / 100) = 40A. هذا يعني أن AHF يحتاج إلى توفير قدرة تعويض تيار توافقي لا تقل عن 40A.

4. مراعاة احتياجات تعويض القدرة التفاعلية:

إذا كان AHF يحتاج إلى تعويض كل من التوافقيات والقدرة التفاعلية (لتحسين معامل القدرة)، فيجب تضمين هذا المطلب في الحساب.

تحديد القيمة الفعالة للتيار التفاعلي المراد تعويضه، `Iq` (A):

`Iq = I₁ * sin(φ)`، حيث `φ` هي زاوية الطور التي يتأخر بها تيار الحمل عن الجهد (`cosφ` هو معامل القدرة).

5. مراعاة هوامش الأمان:

5.1 هامش تقلب الحمل: قد يتغير الحمل، وقد تتجاوز مستويات التوافقيات القيمة المقاسة مؤقتًا. يوصى بإضافة هامش بنسبة 15%-30%.

5.2 هامش التوسع المستقبلي: ضع في اعتبارك الزيادات المحتملة في الحمل في المستقبل. يوصى بإضافة هامش بنسبة 10%-20% (يُحدد وفقًا للخطة).

5.3 هامش السعة الذاتية لـ AHF: عادةً ما تتمتع أجهزة AHF بقدرة تحميل زائد قصيرة المدى (مثل تحميل زائد بنسبة 150% لمدة دقيقة واحدة)، لكن يجب أن تكون السعة المقدرة كافية للتشغيل المستمر.

5.4. تطبيق الهامش: اضرب التيار `Ih` أو `Ic` المحسوب في الخطوة 3 أو 4 في عامل الهامش `K` (مثل 1.2 – 1.5).

`I_ahf = Ih * K` (تعويض التوافقيات فقط)
`I_ahf = Ic * K` (تعويض كل من التوافقيات والقدرة التفاعلية)

6. التحديد النهائي للتيار المقنن لـ AHF:

بناءً على نتيجة حساب `I_AHF`، اختر طراز AHF بتيار مقنن اسمي يساوي أو أكبر قليلاً من `I_ahf`.

ملاحظة:

عادةً ما يتم التعبير عن سعة AHF بالأمبير (مثل 50A، 100A، 300A).

أحيانًا، يتم التعبير عن سعتها بالقدرة الظاهرية بالكيلو فولت أمبير (`S_ahf = √3 * U * I_AHF`). ومع ذلك، فإن التيار هو الأساس الأكثر مباشرة للاختيار.

يجب أن يتطابق مستوى الجهد مع جهد النظام (مثل 380V، 400V، 480V، 690V، إلخ).

ملخص الاعتبارات الرئيسية:

التيار التوافقي أمر بالغ الأهمية: القياس الدقيق أو تقدير القيمة الفعالة الإجمالية للتيار التوافقي (`Ih`) عند نقطة التعويض المستهدفة هو الأساس.

متطلبات تعويض القدرة التفاعلية: إذا كان التعويض التفاعلي مطلوبًا في نفس الوقت، فيجب حساب التيار التفاعلي (`Iq`) وتركيبه اتجاهيًا مع التيار التوافقي (`Ic`).

الهامش الكافي ضروري: تقلبات الحمل، التوسع المستقبلي، وخصائص AHF نفسها تتطلب جميعها هامشًا كافيًا. من الأفضل أن يكون الهامش أكبر من أن يكون أصغر، ولكن يجب تجنب الهدر المفرط.

القياس الفعلي هو الأفضل: التقديرات النظرية بها أخطاء كبيرة؛ يُوصى بشدة بإجراء قياسات فعلية لجودة الطاقة، خاصةً تحت الأحمال المعقدة أو ظروف التشغيل المتغيرة.

جهد النظام: يجب أن يتطابق الجهد المقنن لـ AHF مع جهد النظام عند نقطة التركيب.

درجة الحرارة المحيطة: عادةً ما تتم معايرة سعة AHF عند درجة حرارة محيطة قياسية (مثل 40 درجة مئوية). إذا كانت درجة الحرارة المحيطة بالتركيب أعلى، فقد يلزم النظر في خفض التصنيف أو اختيار طراز بسعة أكبر. طوبولوجيا AHF: AHF الموازي هو الأكثر شيوعًا، ويتم تحديد سعته كما هو موضح أعلاه. الأنواع الأخرى (مثل المتسلسل والهجين) لها مبادئ تحديد سعة مماثلة، لكن التركيز قد يختلف.

استشارة الشركة المصنعة: أبلغ مورد AHF ببيانات القياس الخاصة بك وظروف الحمل ومتطلباتك؛ وسيقدمون عادةً نصائح وحسابات اختيار احترافية.

ملخص الصيغة البسيطة (تعويض التوافقيات فقط)

`تيار AHF المقنن (I_ahf) ≥ [القيمة الفعالة للتيار الأساسي (I₁) × إجمالي التشوه التوافقي (THDi%) / 100] × (1 + عامل الهامش)`

مثال: لقضيب توزيع بجهد 380V، تحت أقصى ظروف تشغيل مقاسة:

`I₁ = 800A` `THDi = 25%`

يلزم تعويض توافقي فقط؛ معامل القدرة المستهدف مقبول. بالنظر إلى هامش تقلب حمل بنسبة 20% وهامش توسع بنسبة 10%، فإن عامل الهامش الإجمالي `K = 1.3`
الحساب: `Ih = 800A * (25 / 100) = 200A`
`I_ahf = 200A * 1.3 = 260A`
الاختيار: اختر AHF موازي بجهد 380V بتيار تعويض مقنن لا يقل عن 260A (مثل طراز 300A).

باتباع الخطوات والطرق المذكورة أعلاه، والنظر بعناية في الهوامش جنبًا إلى جنب مع الوضع الفعلي، يمكن تحديد سعة AHF بشكل علمي وعقلاني، مما يضمن تشغيله الفعال والموثوق والاقتصادي.