اختيار APF: دليل الكشف التوافقي والتطبيق العملي

في الإنتاج الصناعي، تؤدي التوافقيات الناتجة عن الأحمال غير الخطية، مثل محولات التردد وأجهزة التقويم، إلى انخفاض جودة الطاقة في شبكة الكهرباء، وتقصير عمر المعدات، وزيادة خسائر الخطوط. وباعتباره جهازًا فعالًا لتخفيف التوافقيات، يتطلب مرشح الطاقة النشط (APF) اختيارًا علميًا لحل هذه المشكلات. من خلال الجمع بين البيانات المقاسة والتحليل الفني، تُفصّل هذه المقالة عملية اختيار مرشح الطاقة النشط (APF) من منظور الكشف عن التوافقيات، ومعايير اختياره، ومبادئ عمله، وتطبيقات التركيب، مما يوفر للمؤسسات حلولًا عملية لتخفيف التوافقيات.

أولا: التوافقيات الصناعية وضرورة APF

هناك حاجة ملحة لمعالجة مشاكل التوافقيات الناتجة عن الأحمال غير الخطية في الورش. للترشيح السلبي التقليدي قيود واضحة، وقد أصبح مرشح APF الخيار المفضل نظرًا لمزاياه الفريدة.

1. خصائص ومخاطر التوافقيات الصناعية

ورشة عمل مجهزة بعدد كبير من محولات التردد منخفضة الجهد (بما في ذلك نماذج عالية القدرة). هذه المعدات وأجهزة التقويم لا تُولّد سوى توافقيات ذات ترتيب فردي (باستخدام سلسلة فورييه، يكون ترتيب التوافقيات على جانب التيار المتردد 6k±1، حيث k عدد صحيح موجب). تُظهر البيانات المقاسة ما يلي:

• للمرحلة أ: التيار الكلي هو 530.00 أمبير، والتيار الأساسي هو 510.59 أمبير، والتوافقي الثالث هو 15.03 أمبير، والتوافقي الخامس هو 116.81 أمبير، والتوافقي السابع هو 74.98 أمبير، والتوافقي التاسع هو 4.21 أمبير، والتوافقي الحادي عشر هو 21.41 أمبير، والتوافقي الثالث عشر هو 7.78 أمبير، والتوافقي السابع عشر هو 11.04 أمبير، والتوافقي التاسع عشر هو 7.06 أمبير، ومحتوى التيار التوافقي الكلي هو 142.13 أمبير، والتشوه التوافقي الكلي (THD) هو 27.8٪؛

• بالنسبة للمرحلة ب: التيار الكلي هو 488.97 أمبير، والتيار الأساسي هو 467.81 أمبير، والتوافقي الثالث هو 19.65 أمبير، والتوافقي الخامس هو 114.50 أمبير، والتوافقي السابع هو 77.11 أمبير، والتوافقي التاسع هو 6.36 أمبير، والتوافقي الحادي عشر هو 22.61 أمبير، والتوافقي الثالث عشر هو 7.11 أمبير، والتوافقي السابع عشر هو 12.28 أمبير، والتوافقي التاسع عشر هو 7.35 أمبير، ومحتوى التيار التوافقي الكلي هو 142.30 أمبير، وTHD هو 30.3٪؛

• بالنسبة للطور C: التيار الكلي هو 471.55 أمبير، والتيار الأساسي هو 450.45 أمبير، والتوافقي الثالث هو 13.86 أمبير، والتوافقي الخامس هو 114.80 أمبير، والتوافقي السابع هو 73.47 أمبير، والتوافقي التاسع هو 4.66 أمبير، والتوافقي الحادي عشر هو 21.24 أمبير، والتوافقي الثالث عشر هو 6.63 أمبير، والتوافقي السابع عشر هو 10.82 أمبير، والتوافقي التاسع عشر هو 7.35 أمبير، ومحتوى التيار التوافقي الكلي هو 139.49 أمبير، وTHD هو 30.9%.

تتجاوز هذه البيانات بكثير متطلبات المعايير الوطنية ذات الصلة. لا يقتصر تأثير ارتفاع مستوى التوافقيات على تقصير عمر المعدات الكهربائية وتعطيل أنظمة حماية التتابع فحسب، بل يزيد أيضًا من خسائر الخطوط، مما يرفع تكاليف الإنتاج للشركات بشكل كبير.

2. حدود الترشيح السلبي ومزايا APFتن

قسم طرق تخفيف التوافقيات الحالية بشكل رئيسي إلى الترشيح السلبي والترشيح النشط. وبالاعتماد على الوضع الفعلي للورشة (المجهزة بأجهزة تعويض القدرة التفاعلية، ومعامل القدرة 0.92)، فإن الترشيح السلبي يواجه ثلاث مشاكل رئيسية، والتي يمكن لـ APF تجنبها تمامًا:

• ضعف ال

تكيف : تتأثر خصائص ترشيح المرشحات السلبية بشكل كبير بمعلمات النظام. فعندما يتغير معدل حمل الورشة، تنخفض معاوقة التوافقيات الشبكية، وبالتالي ينخفض ​​تأثير الترشيح.

• سهولة التسبب في تعويض زائد: المرشحات السلبية سعوية. عند استخدامها مع أجهزة تعويض القدرة التفاعلية الحالية، من المرجح أن تسبب تعويضًا زائدًا للقدرة التفاعلية، مما يؤدي إلى انخفاض معامل القدرة وارتفاع غير طبيعي في جهد الشبكة، مما يهدد سلامة المعدات.

• تغطية توافقية ضيقة : تتكون توافقيات الورشة بشكل رئيسي من الرتبتين الخامسة والسابعة، وتشمل أيضًا الرتب الثالثة والتاسعة والحادية عشرة ورتبًا أخرى. لا تستطيع المرشحات السلبية سوى استبعاد رتب محددة من التوافقيات، وقد تُضخّم توافقيات أخرى أو تُحفّز الرنين.

على النقيض من ذلك، يمكن لـ APF تتبع التغييرات التوافقية في الوقت الفعلي والتعويض بشكل ديناميكي عن أوامر متعددة من التوافقيات، مما يجعله الخيار الأمثل للتخفيف من التوافقيات في ورشة العمل.

II. اكتشاف التوافقيات وحسابها قبل اختيار APF

يُعدّ الحصول الدقيق على بيانات التوافقيات شرطًا أساسيًا لاختيار APF علميًا. ويلزم الكشف القياسي وتحويل معدل الحمل لتوضيح هدف تخفيف APF ومتطلبات السعة.

1. الكشف التوافقي: توضيح هدف التخفيف من تأثير APF

يتم الكشف عن التوافقيات في الورشة لنظام خطوط الإدخال بجهد 10 كيلو فولت، مع تركيب أجهزة تعويض القدرة التفاعلية على جانب الحمل. يتضمن محتوى الكشف معلمات رئيسية، مثل التيار الكلي، والتيار الأساسي، والتيار التوافقي لكل طور لكل طلبية.

طريقة حساب إجمالي التيار التوافقي هي: تربيع وجمع قيم التيارات التوافقية (جذر متوسط ​​مربع القيمة) بدءًا من الدرجة الثانية، ثم حساب الجذر التربيعي للناتج. طريقة حساب التشوه التوافقي الكلي (THD) هي: قسمة إجمالي التيار التوافقي على التيار الأساسي (جذر متوسط ​​مربع القيمة)، ثم ضرب الناتج في ١٠٠٪.

تظهر نتائج الكشف أن التوافقيات في الورشة هي في الغالب من الدرجة الخامسة والسابعة، مما يتطلب التخفيف المستهدف بواسطة APF.

2. تحويل معدل التحميل: تحديد متطلبات سعة APF

يتم الكشف أثناء مرحلة تشغيل المعدات، عندما لا يكون حمل الورشة جاهزًا للعمل بكامل طاقته، بمعدل حمل مُقاس يبلغ 54%. لضمان قدرة مُرشِّح التوافقيات (APF) على تصفية التوافقيات بفعالية في ظروف الحمل الكامل، من الضروري تحويل محتوى التوافقيات الكلي إلى ما هو أقل من معدل حمل 100%:

• منطق التحويل : إجمالي محتوى التوافقيات أقل من معدل تحميل 100% = إجمالي محتوى التوافقيات أثناء الكشف ÷ معدل تحميل الاختبار؛

• مثال على الحساب : المحتوى التوافقي الكلي المكتشف للمرحلة ب هو 142.30 أمبير، وبالتالي فإن المحتوى التوافقي الكلي تحت معدل حمل 100% هو 142.30 أمبير ÷ 0.54 ≈ 263.52 أمبير؛

• اعتبارات الهامش : مع الأخذ في الاعتبار تقلبات الحمل خلال موسم الذروة الإنتاجية (والتي قد تتجاوز 100٪ مؤقتًا)، يجب أن تحتفظ القدرة الإجمالية للتخفيف من آثار APF بهامش معقول لتجنب عدم كفاية القدرة.

ثالثًا: مبدأ عمل APF

يحقق مُرشِّح APF التحويلي، وهو شائع الاستخدام في السيناريوهات الصناعية، ترشيحًا توافقيًا من خلال التحكم في حلقة مغلقة لـ "الكشف والتعويض والإزاحة". ويمثل مبدأ عمله الأساس التقني لاختياره.

1. عملية تصفية النواة

• الكشف عن التوافقيات:

يقوم محول القدرة بجمع تيار الحمل من خلال أجهزة استشعار التيار ويفصل التيار الأساسي والتيار التوافقي باستخدام خوارزميات محددة؛

• توليد تيار التعويض : يقوم العاكس داخل APF بتوليد تيار تعويض بنفس المقدار والاتجاه المعاكس بناءً على التيار التوافقي؛

• الإزاحة التوافقية: بعد ضخ تيار التعويض في شبكة الطاقة، يُزاح مع تيار الحمل التوافقي، مما يجعل التيار التوافقي على جانب الشبكة يقترب من الصفر. من منظور علاقة الدائرة المكافئة، يساوي التيار التوافقي على جانب الشبكة التيار التوافقي على جانب الحمل مطروحًا منه تيار التعويض الصادر من مُرشِّح الطاقة (APF). عندما يكون تيار التعويض الصادر من مُرشِّح الطاقة (APF) مساويًا في المقدار للتيار التوافقي على جانب الحمل، يصبح التيار التوافقي على جانب الشبكة صفرًا، مما يحقق ترشيحًا مثاليًا.

2. خصائص الأداء الرئيسيةيُ

حدَّد تأثير ترشيح مرشح APF من خلال أدائه الأساسي. يجب أن يستوفي مرشح APF عالي الجودة المتطلبات التالية:

• استجابة سريعة: وقت استجابة لا

يتجاوز 100 ميكروثانية، مما يتيح تتبع التغيرات التوافقية الديناميكية في الورشة في الوقت الفعلي؛

• معدل ترشيح عالي: معدل ترشيح حلقات التوافقيات الخامسة والسابعة يتجاوز 95%، وهو قادر على تقليل التشوه التوافقي الكلي من 30% إلى أقل من 5%؛

• التوسع المرن: دعم الاتصال المتوازي لوحدات متعددة للتكيف مع احتياجات التخفيف التوافقي لمقاييس الأحمال المختلفة.

رابعًا: اختيار وتركيب APF

بالتزامن مع البيانات التوافقية وخصائص الحمل، يجب أن يتوافق اختيار APF بدقة مع السعة ويخطط بشكل معقول لموقع التثبيت لتحقيق أقصى قدر من تأثير التخفيف.

1. اختيار القدرة: مطابقة المتطلبات

• حساب القدرة: بناءً على

بالنسبة لمحتوى التوافقيات الإجمالي تحت معدل تحميل 100% (263.52 أمبير)، أضف هامشًا يتراوح بين 10% إلى 20%، وأخيرًا حدد أن إجمالي سعة التخفيف لـ APF يجب أن تكون حوالي 300 أمبير؛

• تكوين المعدات: اختر اثنين من وحدات APF المعيارية بقدرة 150 أمبير متصلة على التوازي، مع قدرة تخفيف إجمالية تبلغ 300 أمبير، وهو ما لا يلبي الاحتياجات الحالية فحسب، بل يحتفظ أيضًا بمساحة لتوسيع الحمل في المستقبل؛

• مبدأ الاختيار: إعطاء الأولوية لوحدات ترشيح الطاقة المعيارية، مع سعات الوحدة الفردية المتوفرة بقدرة 100 أمبير، و150 أمبير، و200 أمبير، وما إلى ذلك، مما يسهل إضافة المعدات أو تقليلها في المستقبل.

2. موقع التثبيت: تحسين الكفاءة

يعتمد تركيب مُرشِّح الطاقة المُعَوِّض (APF) على مبدأ "القرب من مصادر التوافقيات". وتتمثل الخطة المُحددة في: توصيل مُرشِّح الطاقة المُعَوِّض بالتوازي مع ناقل الحمل (بالقرب من صندوق توزيع معدات مُحوِّل التردد ومُقوِّم الجهد) بدلاً من طرف خط الدخل بجهد 10 كيلو فولت.

يمكن لهذه الخطة تعويض التوافقيات التي يولدها الحمل بشكل مباشر، وتقليل فقدان انتقال التوافقيات في الخطوط الداخلية للورشة، وتجنب التداخل مع أجهزة تعويض القدرة التفاعلية الموجودة.

V. تأثيرات تطبيق APF

بعد تركيب اثنين من مرشحات الطاقة APF بقدرة 150 أمبير في الورشة، كانت التأثيرات المقاسة كبيرة، حيث جلبت فوائد في ثلاثة جوانب: جودة الطاقة، والتحكم في التكاليف، وعمر خدمة المعدات:

• جودة الطاقة المؤهلة: يقوم APF بتصفية الترتيب الثالث والخامس والسابع والتاسع وغيرها من الترتيبات من التوافقيات بشكل فعال ، مما يقلل التشوه التوافقي الإجمالي من 27.8% -30.9% إلى أقل من 5%، وهو ما يلبي متطلبات المعايير الوطنية ذات الصلة؛

• خفض التكاليف: يتم تقليل خسائر الخطوط ، مما يوفر أكثر من 15000 يوان صيني في رسوم الكهرباء سنويًا، مع تجنب غرامات رسوم الكهرباء الناجمة عن انخفاض معامل القدرة؛

• حماية المعدات: تقليل توليد الحرارة من المحركات والمحولات والمعدات الأخرى، مما يخفض معدل الفشل بنسبة 30%، ويطيل عمر الخدمة، ويقلل تكاليف الصيانة والاستبدال.

سادسا. الخلاصة: يُعدّ APF الخيار الأمثل للتخفيف من التوافقيات الصناعية

بفضل مزايا التعويض الديناميكي، وترشيح التوافقيات متعدد الرتب، ومرونة التكيف، أصبح مُرشِّح الطاقة المتكامل (APF) الجهازَ الأساسي لحل مشاكل التوافقيات الصناعية. من خلال الكشف القياسي عن التوافقيات، وحساب السعة بدقة، والتركيب والتوزيع المناسبين، يُمكن لمُرشِّح الطاقة المتكامل (APF) تحسين جودة الطاقة بفعالية، وتوفير دعم قوي للشركات لخفض التكاليف وزيادة الكفاءة.

إذا واجهت ورشتك مشاكل توافقية مماثلة، فلا تتردد في إبلاغنا بنوع الحمل ومعدل التشوه التوافقي الحالي والمعلمات الأخرى. ستُخصص لك شركة هينجرونج للكهرباء المحدودة حلاً حصريًا لتخفيف التشوهات التوافقية بناءً على تقنية اختيار مرشحات الجهد (APF).