مستقبلات الطاقة الكهربائية

مستقبل الطاقة الكهربائية (المستقبل الكهربائي) هو جهاز ، وحدة ، آلية مصممة من أجل تحويل الطاقة الكهربائية في نوع مختلف من الطاقة (بما في ذلك الطاقة الكهربائية ، وفقًا لمعايير أخرى) لاستخدامها.

وفقًا للغرض التكنولوجي ، يتم تصنيفها اعتمادًا على نوع الطاقة التي يحول إليها هذا المستقبل الطاقة الكهربائية ، على وجه الخصوص:

• آليات محركات الآلات والآليات ؛

• المحطات الكهروحرارية والكهربائية ؛

• التركيبات الكهروكيميائية

• تركيب الوهن الكهربائي.

• تركيبات المجالات الكهروستاتيكية والكهرومغناطيسية ،

• المرشحات الكهربائية.

• منشآت معالجة شرارة

• الآلات الإلكترونية والحاسوبية ؛

• أجهزة التحكم في المنتج والاختبار.

مستخدم للطاقة الكهربائية يسمى المستقبل الكهربائي أو مجموعة من المستقبلات الكهربائية التي توحدها عملية تكنولوجية وتقع في منطقة معينة.

يعرّف القانون الاتحادي "حول الطاقة" مستهلك الكهرباء والطاقة الحرارية على أنه الشخص الذي يشتريه من أجل احتياجاته المنزلية أو الصناعية ، وموضوعات صناعة الكهرباء - "الأشخاص الذين يقومون بأنشطة في مجال الطاقة الكهربائية ، بما في ذلك إنتاج الطاقة الكهربائية والحرارية ، وتوفير الطاقة للمستهلكين "أثناء نقل الكهرباء ، ومراقبة الإرسال التشغيلي في صناعة الكهرباء ، ومبيعات الكهرباء ، وتنظيم شراء وبيع الكهرباء".

تصنيف مستهلكي الكهرباء لضمان موثوقية إمدادات الطاقة

من حيث ضمان موثوقية مصدر الطاقة ، يتم تقسيم مستهلكي الطاقة الكهربائية إلى الفئات الثلاث التالية:

المستقبلات الكهربائية من الفئة الأولى - أجهزة الاستقبال الكهربائية ، والتي يمكن أن يؤدي انقطاع التيار الكهربائي منها إلى: خطر على حياة الإنسان ، وأضرار جسيمة للاقتصاد الوطني ، وتلف المعدات الأساسية باهظة الثمن ، والعيوب الهائلة في المنتجات ، وتعطيل عملية تكنولوجية معقدة ، تعطيل عمل العناصر المهمة بشكل خاص لاقتصاد المجتمع.

من تشكيلة الفريق أجهزة الاستقبال الكهربائية من الفئة الأولى تتميز مجموعة خاصة من المستقبلات الكهربائية ، والتشغيل المستمر لها ضروري لإغلاق سلس للإنتاج من أجل منع التهديدات للحياة البشرية والانفجارات والحرائق والأضرار التي تلحق بالمعدات الرئيسية باهظة الثمن.

المستقبلات الكهربائية من الفئة الثانية - المستقبلات الكهربائية ، يؤدي انقطاع التيار الكهربائي إلى نقص كبير في المنتجات ، وانقطاعات جماعية للعمال ، والآليات والنقل الصناعي ، وتعطيل الأنشطة العادية لعدد كبير من سكان المدن والريف المناطق.

المستقبلات الكهربائية من الفئة الثالثة - جميع المستقبلات الكهربائية الأخرى التي لا تفي بتعريف الفئتين الأولى والثانية. هذه هي مستقبلات الورش المساعدة ، والإنتاج غير المتسلسل للمنتجات ، وما إلى ذلك.

يجب تزويد المستقبلات الكهربائية من الفئة الأولى بالكهرباء من مصدرين مستقلين للطاقة الزائدة عن الحاجة ، ولا يمكن السماح بانقطاع التيار الكهربائي في حالة انقطاع التيار الكهربائي من أحد مصادر الطاقة إلا في وقت الاستعادة التلقائية لمصدر الطاقة. من أجل توفير مجموعة خاصة من مستهلكي الكهرباء من الفئة الأولى ، يجب توفير مصدر إضافي من مصدر طاقة ثالث مستقل زائد عن الحاجة.

من أجل تحديد فئة أجهزة الاستقبال الكهربائية بشكل صحيح ، من الضروري تقييم احتمال وقوع حادث في أقسام نظام إمداد الطاقة ، لتحديد العواقب المحتملة والأضرار المادية نتيجة لهذه الحوادث. عند تحديد فئة المستقبلات الكهربائية ، لا ينبغي المبالغة في تقدير فئة القدرة المستمرة المطلوبة لمجموعات مختلفة من المستقبلات الكهربائية. عند تحديد المستقبلات الكهربائية للفئة الأولى ، يؤخذ الاحتياطي التكنولوجي في الاعتبار ، بالنسبة للفئة الثانية - إزاحة الإنتاج.

تصنيف مستقبلات الطاقة الكهربائية

يتميز مستهلكي الكهرباء بما يلي:

1.إجمالي الطاقة المركبة لأجهزة الاستقبال الكهربائية ؛

2. من خلال الانتماء إلى الصناعة (مثل الزراعة) ؛

3. حسب مجموعة التعريفة.

4. حسب فئة خدمات الطاقة.

تقسم التركيبات الكهربائية التي تنتج وتحول وتوزع وتستهلك الكهرباء حسب مستوى الجهد إلى تركيبات كهربائية بجهد يزيد عن 1 كيلو فولت ويصل إلى 1 كيلو فولت (للتركيبات الكهربائية ذات التيار المباشر - حتى 1.5 كيلو فولت). يتم تنفيذ التركيبات الكهربائية بجهد يصل إلى 1 كيلو فولت تيار متردد مع محايد مؤرض بقوة ، وفي ظروف ذات متطلبات أمان متزايدة - مع محايد معزول (مناجم الخث ، مناجم الفحم ، التركيبات الكهربائية المتنقلة ، إلخ).

تنقسم التركيبات فوق 1 كيلو فولت إلى تركيبات:

1) مع محايد معزول (جهد 35 كيلو فولت وأقل) ؛

2) مع محايد معوض (متصل بالأرض بواسطة مقاومة استقرائية لتعويض التيارات السعوية) ، تستخدم للشبكات بجهد يصل إلى 35 كيلو فولت ونادراً 110 كيلو فولت ؛

3) مع محايد مؤرض عمياء (الجهد 110 كيلو فولت وأكثر).

حسب طبيعة التيار ، يمكن تقسيم جميع أجهزة الاستقبال الكهربائية التي تعمل من الشبكة إلى مستقبلات كهربائية ذات تيار متناوب بتردد صناعي 50 هرتز (في بعض البلدان يستخدمون 60 هرتز) ، تيار متناوب بتردد متزايد أو منخفض وتيار مباشر .

يعمل معظم مستهلكي الطاقة الكهربائية لمستخدمي الكهرباء الصناعية على تيار متناوب ثلاثي الأطوار بتردد 50 هرتز.

يتم استخدام إعدادات التردد المتزايدة:

• للتدفئة للتصلب ، لختم المعادن ، أفران الميكروويف ، وما إلى ذلك ؛

• في التقنيات التي تتطلب سرعة دوران عالية للمحرك الكهربائي (صناعة النسيج ، النجارة ، الأدوات الكهربائية المحمولة في صناعة الطائرات) ، إلخ.

للحصول على تردد يصل إلى 10000 هرتز ، يتم استخدام محولات الثايرستور للترددات فوق 10000 هرتز مولدات الكترونية.

تُستخدم المستقبلات الكهربائية منخفضة التردد في أجهزة النقل ، على سبيل المثال لمصانع الدرفلة (f = 16.6 هرتز) ، في مصانع خلط المعادن في الأفران (f = 0 ... 25 هرتز). بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام تردد الجهد المنخفض في أجهزة التسخين التعريفي.

أكدت تجربة استخدام الترددات الصناعية (50 هرتز) وزيادة الترددات (60 هرتز) الجدوى الاقتصادية لتردد 60 هرتز ، وأظهرت الحسابات الفنية والاقتصادية أن التردد الأمثل يجب أن يكون 100 هرتز.

مستقبلات الطاقة النموذجية

تتميز جميع أجهزة استقبال الطاقة بمعلمات مختلفة. في الوقت نفسه ، يصف LEG أوضاع تشغيلها ، وبالتالي ، لغرض تحليل أنماط استهلاك الطاقة ، يتم استخدام مستقبلات الطاقة المميزة ، وهي مجموعات من مستقبلات الطاقة متشابهة في أوضاع التشغيل والمعلمات الأساسية.

المجموعات التالية تنتمي إلى أجهزة الاستقبال الكهربائية النموذجية:

• المحركات الكهربائية للطاقة والمنشآت الصناعية ؛

• المحركات الكهربائية لآلات الإنتاج ؛

• أفران كهربائية

• التركيبات الكهروحرارية

• تركيبات الإضاءة

• إصلاح وتحويل المنشآت.

تسمى أجهزة الاستقبال الكهربائية للمجموعات الأربع الأولى تقليديًا مستقبلات الطاقة. تعتمد حصة كل مجموعة في استهلاك الطاقة للمؤسسة على الصناعة وخصائص عملية الإنتاج.

مستقبلات التيار المباشر

يستخدم التيار المباشر في الطلاء الكهربائي (طلاء الكروم ، طلاء النيكل ، إلخ) ، لحام التيار المباشر ، لتشغيل محركات التيار المستمر ، إلخ.

محركات كهربائية

بناءً على التصنيفات المذكورة أعلاه ، فإن أكثر مجموعات المستقبلات الكهربائية تعقيدًا هي محرك كهربائي. الأكثر شيوعًا هو محرك كهربائي غير متزامن ، يتميز باستهلاك كبير للطاقة التفاعلية ، وتيارات بدء عالية وحساسية كبيرة لانحرافات جهد التيار الكهربائي عن التيار الاسمي.

في التركيبات التي لا تتطلب التحكم في السرعة أثناء التشغيل ، يتم استخدام محركات التيار المتردد الكهربائية (المحركات غير المتزامنة والمتزامنة). تعد محركات التيار المتردد غير المنظمة النوع الرئيسي من مستهلكي الطاقة في الصناعة ، حيث تمثل حوالي 70٪ من إجمالي الطاقة.

غالبًا ما يتم استخدام الاعتبارات التالية عند اختيار نوع المحرك لمحرك AC غير منظم:

• عند الفولتية التي تصل إلى 1 كيلو فولت والطاقة حتى 100 كيلو واط ، يكون استخدام المحركات غير المتزامنة أكثر اقتصادا ، وأكثر من 100 كيلو واط - متزامن ؛

• بجهد 6 كيلو فولت وقوة تصل إلى 300 كيلو واط - محركات غير متزامنة ، أكثر من 300 كيلو واط - متزامن ؛

• بجهد 10 كيلو فولت وقوة تصل إلى 400 كيلو واط - محركات غير متزامنة ، تزيد عن 400 كيلو واط - متزامن.

تُستخدم المحركات غير المتزامنة ذات الدوار الطوري في محركات قوية ذات ظروف بدء قاسية (في آلات الرفع ، إلخ).

المحركات الكهربائية للمنشآت الصناعية مثل الضواغط والمراوح والمضخات وأجهزة نقل الرفع ، اعتمادًا على الطاقة الاسمية ، لها جهد إمداد يبلغ 0.22-10 كيلو فولت. تختلف القدرة المقدرة للمحركات الكهربائية لهذه التركيبات من أجزاء من كيلو واط إلى 800 كيلو واط أو أكثر. تشير أجهزة الاستقبال الكهربائية المشار إليها عادةً إلى الفئة I لموثوقية مصدر الطاقة.على سبيل المثال ، يتطلب إيقاف تشغيل التهوية في ورش الإنتاج الكيميائي إخلاء الأشخاص من المبنى ، وبالتالي وقف الإنتاج.

يتطلب تحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر تكاليف تركيب وحدات التحويل ومعدات التحكم ، وبناء المباني لها ، وكذلك تكاليف التشغيل لصيانتها وفقدان الكهرباء. لذلك ، فإن تكلفة نظام الإمداد بالطاقة والتكلفة المحددة للكهرباء في التيار المباشر أعلى منها في التيار المتردد. تعد محركات التيار المستمر أكثر تكلفة من المحركات غير المتزامنة والمتزامنة. تُستخدم محركات التيار المستمر المتغيرة عند الحاجة إلى تغيير السرعة بسرعة و / أو على نطاق واسع و / أو سلس.

معامل القدرة للمستقبلات الكهربائية

ميزة مهمة لجهاز الاستقبال الكهربائي عامل القوى كوس (φn). عامل القدرة هو خاصية جواز السفر التي تعكس حصة الطاقة النشطة المستهلكة عند الحمل والجهد الاسمي. يعتمد cosφ المقنن للمحرك الكهربائي على نوعه وقوته المقدرة وسرعته وخصائص أخرى. عند العمل بالمحركات الكهربائية ، يعتمد cosφ بشكل أساسي على الحمل.

بالنسبة للمحرك الكهربائي للمضخات الكبيرة والضواغط والمراوح ، غالبًا ما يتم استخدام المحركات المتزامنة ، والتي تستخدم كمصادر إضافية للطاقة التفاعلية في نظام الطاقة.

تتميز أجهزة الرفع والنقل بصدمات متكررة للحمل تؤدي إلى تغيرات في معامل القدرة ضمن حدود كبيرة (0.3-0.8). وفقًا لموثوقية مصدر الطاقة ، فإنها تشير عادةً إلى الفئتين الأولى والثانية (اعتمادًا على دورها في العملية التكنولوجية).
مستقبلات كهربائية مضطربة

من اجهزة كهربائية أكبر المشاكل ناتجة عن أفران القوس للأسباب التالية:

• طاقة ذاتية عالية (تصل إلى عشرات الميجاوات) ؛ غير الخطية و cosφ منخفضة بسبب محول الفرن ؛
• اندفاعات القوة النشطة والمتفاعلة التي تحدث أثناء التشغيل ؛
• الركض الانحرافات عن تناظر أحمال المرحلة.

تواجه محطات اللحام الكهربائي بالتيار المتردد مشاكل مماثلة لأفران القوس. كوسوهم منخفض بشكل خاص.

تسبب الإضاءة الكهربائية أيضًا بعض المشكلات في الشبكة الكهربائية ، وهي: مصابيح التفريغ عالية الكفاءة المستخدمة بدلاً من المصابيح المتوهجة لها خاصية غير خطية وحساسة لانقطاع التيار الكهربائي قصير المدى (أجزاء من الثواني). ومع ذلك ، يتم حاليًا حل هذه المشكلات عن طريق تحويل المصابيح إلى مصدر طاقة عالي التردد من خلال محولات تردد منفصلة ، والتي لا تعمل على تحسين الإضاءة فحسب ، بل تعمل أيضًا على تحسين معلمات الطاقة الخاصة بها.

مصادر الضوء (المتوهجة ، الفلورية ، القوسية ، الزئبق ، الصوديوم ، إلخ) هي مستقبلات كهربائية أحادية الطور ومتباعدة بالتساوي عبر المراحل لتقليل عدم التماثل. للمصابيح المتوهجة cosφ = 1 ولمصابيح تفريغ الغاز cosφ = 0.6.

يخضع تزويد الطاقة لأجهزة التحكم ومعالجة المعلومات لمتطلبات متزايدة من حيث الموثوقية وجودة الكهرباء ، وبالتالي يتم تشغيلها ، كقاعدة عامة ، من مصادر مصدر طاقة مضمونة غير منقطعة.