تخيل خط الإنتاج الخاص بك يعمل بأقصى كفاءة، ومع ذلك قوة غير مرئية تتآكل بهدوء أداء المعدات وطول العمر.أصبحت محركات التردد المتغيرة (VFDs) لا غنى عنها في الصناعة الحديثة، وتشغيل كل شيء من الأحزمة النقلة إلى خطوط التعبئة التلقائية مع دقة توفير الطاقة.التلوث الهارموني الناتج عن هذه الأجهزة يمثل تحديا كبيرا يتطلب اهتماما.
فهم أساسيات VFD
في التطبيقات الصناعية تقدم VFDs مزايا كبيرة بما في ذلك توفير الطاقة، التحكم في العملية الأمثل، مدة حياة المكونات الممتدة،وتعزيز سلامة الآلة من خلال ميزات السلامة الوظيفيةيتكون نظام VFD القياسي من ثلاثة مكونات رئيسية:
- محرّك الجسر بالديود:عادة ما يكون محرّك موجة كاملة 6 نبضات يحول فولتاج التيار المتردد الوارد إلى فولتاج متردد.
- الحافلة المباشرة:يستخدم مكثفات التيار المباشر لتسوية الجهد المصلح وتوفير تخزين الجهد.
- عاكس IGBT:يولد تردد متغير وخرجات الجهد من خلال تعديل عرض النبض (PWM) لدفع المحركات.
يمكن لأي VFD الذي يستخدم مُعدي 6 نبضات في مرحلة المدخلات إدخال التيارات الهارمونية وتشوهات الجهد إلى شبكة الكهرباء.هذه الظاهرة تنبع من خصائص الحمل غير الخطية التي أنشأتها هذه المباشرات.
ميكانيكا التشوه الهارموني
عندما يتم توصيلها بجهد التيار المتردد ، فإن الأحمال الخطيّة (المقاومة أو الاستقبال أو السعة) تجذب أشكال موجة الحالية متطابقة مع شكل موجة الجهد. على النقيض من ذلك ،الأحمال غير الخطية مثل VFDs تنتج أشكال موجة غير سينوسويدية من التيار التي تختلف عن شكل موجة الجهد.
في أنظمة VFD ، يتدفق التيار فقط إلى مكثفات حافلة DC عندما يتجاوز الجهد المتردد الوارد جهد حافلة DC - عادةً بالقرب من ذروة موجة الصينوس.هذا التيار غير الخطي الكهربائي يخلق نبضات الحالية على خطوط الجهد المدخل الرئيسية، وتوليد تشويهات هارمونية.
عواقب التشوه الهارموني
التلوث الهارموني في أنظمة الطاقة يمكن أن يؤدي إلى العديد من التحديات التشغيلية:
- التداخل مع دوائر الاتصال
- ارتفاع درجة حرارة المحول
- التشغيل الخاطئ لقطع الدوائر
- زيادة في حمولة الموصل المحايد
- فشل في بنك المكثفات
معايير IEEE 519 الهارمونية
وقد وضع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) معايير مستوى الارتباط لمعالجة هذه المخاوف.يحدد المستويات الهارمونية المقبولة للتيار والجهد بناءً على قدرة التيار الدائري للانقلاب القصير للنظام (SCCR).
يقدم المعيار مفهوم نقطة الارتباط المشترك (PCC) - الموقع المحدد لقياس التناغم.يقع PCC عادةً على جانب الجهد العالي للمحولالمرافق التجارية التي تستخدم محولات الخدمة المشتركة تقيس بشكل عام على جانب الجهد المنخفض.
التخفيف من خلال المرشحات الهارمونية
من بين الحلول المختلفة لقضايا الهرمونية ، توفر المرشحات الهرمونية التوازن الأمثل بين الأداء والفعالية من حيث التكلفة.تم تصميم هذه الأجهزة خصيصًا للامتثال لمعايير IEEE 519 مع ضمان جودة طاقة موثوقة في التطبيقات الصناعية.
المرشحات الهارمونية الحديثة تظهر خصائص أداء قوية:
- 150% من سعة الإفراط في التيار الحالي لمدة 60 ثانية للتعامل مع زيادات بدء التشغيل
- ما يصل إلى 99٪ من كفاءة الحمل الكامل من خلال الهندسة الدقيقة
- مكثفات ثلاثية المراحل عالية الأداء لتمديد عمر الخدمة
- خيارات تثبيت مرنة مع تصاميم المكونات المنقسمة
وبالنسبة للتطبيقات الكبيرة التي تتطلب حلول مفتوحة، تتوفر أغطية NEMA 1 المجهزة مسبقاً كخيارات مصنعة لتبسيط التثبيت.
متى يجب النظر في المرشحات الهارمونية
يجب على العمليات الصناعية تقييم تنفيذ المرشحات الهارمونية عند مواجهة:
- الأحمال المحركة بواسطة VFD تزيد عن 10 حصان
- قياسات التشوه الهارموني الكلي (THD) أعلى من 8٪ في PCC
- التشغيل المتكرر غير المبرر أو ارتفاع درجة حرارة المحول
الامتثال للمعايير الهارمونية لا يحمي المعدات فحسب بل يضمن أيضًا قابلية التوسع في المستقبل حيث يتم دمج محركات إضافية في الأنظمة.