أسباب ظهور التوافقيات الأعلى في أنظمة الطاقة الحديثة

أصبحت المعدات الكهربائية في العالم الحديث أكثر تعقيدًا ، خاصة بالنسبة لتقنيات تكنولوجيا المعلومات. بسبب هذا الاتجاه ، يجب أن تفي أنظمة ضمان جودة الطاقة بهذه المتطلبات: يجب أن تتعامل بسهولة مع التقلبات ، والارتفاعات المفاجئة ، وانخفاض الجهد ، والضوضاء ، والضوضاء الدافعة ، وما إلى ذلك ، حتى تتمكن الشبكة الصناعية ومستخدميها من العمل بشكل طبيعي.

تعد إعادة تشكيل جهد الشبكة بسبب التوافقيات الناتجة عن الأحمال غير الخطية إحدى المشكلات الرئيسية التي يجب حلها. في هذه المقالة ، سنلقي نظرة على الجوانب المتعمقة لهذه المشكلة.

ما هو جوهر المشكلة

الحصة الرئيسية للمعدات المكتبية الحالية ، وأجهزة الكمبيوتر ، والمكاتب ، ومعدات الوسائط المتعددة هي بشكل عام أحمال غير خطية ، والتي ، متصلة بشبكة الطاقة المشتركة بكميات ضخمة ، تشوه شكل جهد الشبكة.

يتم إدراك هذا الجهد المشوه بشكل مؤلم من قبل الأجهزة الكهربائية الأخرى ، وفي بعض الأحيان يعطل بشكل كبير تشغيلها الطبيعي: يتسبب في حدوث أعطال ، وارتفاع درجة الحرارة ، وفصل التزامن ، ويولد تداخلًا في شبكات نقل البيانات ، - بشكل عام ، يمكن أن يتسبب الجهد المتناوب غير الجيبي في مجموعة متنوعة من المعدات والعمليات وإزعاج الأشخاص ، بما في ذلك المواد.

يوصف تشوه الجهد على هذا النحو بزوج من المعاملات: العامل الجيبي ، الذي يعكس نسبة قيمة جذر متوسط ​​التربيع للتوافقيات الأعلى إلى قيمة جذر متوسط ​​التربيع للتوافق الأساسي لجهد الشبكة ، وعامل قمة الحمل ، يساوي نسبة استهلاك الذروة الحالي إلى تيار الحمل الفعال.

لماذا التوافقيات الأعلى خطرة؟

يمكن تقسيم التأثيرات الناتجة عن ظهور التوافقيات الأعلى وفقًا لمدة التعرض إلى فوري وطويل الأجل. من الشائع أن نذكر اللحظية: تشوه شكل جهد الإمداد ، انخفاض جهد شبكة التوزيع ، التأثيرات التوافقية بما في ذلك رنين التردد التوافقي ، التداخل الضار في شبكات نقل البيانات ، الضوضاء في النطاق الصوتي ، اهتزاز الآلات. تشمل المشاكل طويلة المدى: فقد الحرارة المفرط في المولدات والمحولات ، ارتفاع درجة حرارة المكثفات وشبكات التوزيع (الأسلاك).

التوافقيات وشكل جهد الخط

تؤدي تيارات الذروة الكبيرة في نصف الموجة الجيبية للشبكة إلى زيادة عامل القمة.كلما كان تيار الذروة أعلى وأقصر ، كان التشوه أقوى ، بينما يعتمد عامل المشط على قدرات مصدر الطاقة ، على مقاومته الداخلية - ما إذا كان قادرًا على توصيل تيار الذروة هذا. يجب المبالغة في تقدير بعض المصادر فيما يتعلق بقوتها المصنفة ، على سبيل المثال يجب استخدام ملفات خاصة في المولدات.

لكن مزودات الطاقة غير المنقطعة (UPS) تتعامل مع هذه المشكلة بشكل أفضل بكثير: نظرًا للتحويل المزدوج ، فهي قادرة على التحكم في تيار الحمل في أي لحظة وتنظيمه باستخدام PWM ، مما يتجنب المشاكل بسبب ارتفاع معامل مشط التيار. . بعبارة أخرى ، لا يمثل عامل القمة العالية مشكلة بالنسبة لجهاز UPS عالي الجودة.

التوافقيات العالية وانخفاض الجهد

كما هو مذكور أعلاه ، تتعامل UPS مع عوامل القمة العالية جيدًا ولا يتجاوز تشوه شكلها الموجي 6٪. لا يهم توصيل الأسلاك هنا ، كقاعدة عامة ، فهي قصيرة جدًا. ولكن نظرًا لوفرة التوافقيات في جهد الخط ، فإن شكل الموجة الحالي سوف ينحرف عن التوافقيات الجيبية ، خاصة بالنسبة للتوافقيات الفردية عالية التردد التي يتم إدخالها بواسطة مقومات أحادية الطور وثلاثية الطور (انظر الشكل).

عادة ما تكون المعاوقة المعقدة لشبكة التوزيع الطبيعة الاستقرائيةلذلك ، فإن التوافقيات الحالية بكميات كبيرة ستؤدي إلى انخفاض كبير في الجهد على خطوط بطول 100 متر ، ويمكن أن تتجاوز هذه القطرات المسموح بها ، مما يؤدي إلى تشوه شكل الجهد على الحمل.

كمثال ، لاحظ كيف يتغير تيار الإخراج لمعدل الصمام الثنائي أحادي الطور عند مقاومة مختلفة للشبكة ، اعتمادًا على مقاومة مرشح الإدخال لجهاز مزود بإدخال غير محول ، وكيف يؤثر ذلك على شكل موجة الجهد.

مشكلة التوافقيات مضاعفات الثالث

الثالث ، التاسع ، الخامس عشر ، إلخ. - تتميز التوافقيات الأعلى للتيار الرئيسي بمعاملات السعة العالية. تنشأ هذه التوافقيات من الأحمال أحادية الطور وتأثيرها على الأنظمة ثلاثية الطور محدد تمامًا. لو نظام ثلاث مراحل متماثل، يتم إزاحة التيارات عن بعضها البعض بمقدار 120 درجة ، ويكون إجمالي التيار في السلك المحايد صفرًا ، - لا يوجد انخفاض في الجهد عبر السلك.

هذا صحيح من الناحية النظرية بالنسبة لمعظم التوافقيات ، لكن بعض التوافقيات تتميز بتناوب المتجه الحالي في نفس اتجاه المتجه الحالي للتوافقيات الأساسية. نتيجة لذلك ، في المحايد ، يتم تثبيت التوافقيات الفردية التي هي مضاعفات الثالث على بعضها البعض. وبما أن هذه التوافقيات هي في الغالب ، فإن إجمالي التيار المحايد يمكن أن يتجاوز تيارات الطور: على سبيل المثال ، ستعطي تيارات الطور البالغة 20 أمبير تيارًا محايدًا بتردد 150 هرتز عند 30 أمبير.

يمكن أن يسخن الكبل المصمم دون مراعاة تأثير التوافقيات لأنه ، وفقًا للعقل ، كان يجب زيادة المقطع العرضي الخاص به. يتم إزاحة المضاعفات التوافقية للثالث في دائرة ثلاثية الطور بمقدار 360 درجة بالنسبة لبعضها البعض.

الرنين والتداخل والضوضاء والاهتزاز والتدفئة

شبكات التوزيع لديها خطر الرنين في التوافقيات ذات التيار العالي أو الجهد العالي ، في هذه الحالات يتضح أن المكون التوافقي أعلى من التردد الأساسي ، مما يؤثر سلبًا على مكونات النظام ومعداته.

شبكات نقل البيانات الموجودة بالقرب من خطوط الطاقة والتي من خلالها تخضع التيارات ذات التدفق التوافقي العالي للتداخل ، وتتدهور إشارة المعلومات فيها ، بينما كلما كانت المسافة أقصر من الخط إلى الشبكة ، كلما زاد طول اتصالها ، زاد ارتفاع التردد التوافقي - كلما زادت إشارة معلومات التشويه.

تبدأ المحولات والموانع بإحداث المزيد من الضوضاء بسبب التوافقيات الأعلى ، وتختبر المحركات الكهربائية نبضات في التدفق المغناطيسي ، مما ينتج عنه اهتزازات عزم الدوران على العمود. تحدث الآلات الكهربائية والمحولات الحرارة الزائدة وفقدان الحرارة. في المكثفات ، تزداد زاوية فقد العازل بتردد أعلى من الشبكة ، ويبدأ ارتفاع درجة الحرارة ، وقد يحدث انهيار عازل. لا داعي للحديث عن الخسائر في السطور بسبب ارتفاع درجة حرارتها ...