حساسية أجهزة التردد المتغير ذات الجهد المنخفض

أهمية أجهزة التردد المتغير ذات الجهد المنخفض

محرك “التردد المتغير” (VFD) عبارة عن معدات نموذجية تستخدم بشكل متكرر في أنظمة الطاقة والمجالات الصناعية والعملية المختلفة، كما أن هذه الأجهزة حساسة لانخفاض الجهد، وخاصةً عندما يحدث انخفاض الجهد في شبكة الطاقة، قد تتعطل (VFDs) وتتوقف عن العمل، مما قد يؤدي إلى توقف عملية الإنتاج بأكملها ويسبب خسائر اقتصادية ضخمة.

كما يمكن أن يؤدي انخفاض الجهد أيضاً إلى رحلة الوقود الرئيسية لوحدة المولد الكهربائي والتأثير بشكل أكبر على شبكة الطاقة المعيبة بمجرد حدوث أعطال ورحلات (VFDs) المساعدة في محطة الطاقة، مما يؤثر بشكل ملحوظ على استقرار الشبكة الكهربائية، لذلك؛ فإن تقييم قدرة تحمل ترهل الجهد في |(VFDs) ضروري لاقتراح اقتراحات قمع عملية لأنظمة الطاقة والشركات والمستخدمين.

لذلك تم إجراء أبحاث محدودة على منحنيات الرحلة “للأجهزة الإلكترونية” التي تعمل بالطاقة، مثل (VFDs) نظراً لتعقيدها وارتفاع تكلفتها، وهناك منهجية للتنبؤ بعدد انقطاعات المعدات بسبب انخفاض الجهد الكهربائي على أساس منحنى تحمل المعدات، ومع ذلك؛ فإن منحنى المعدات المستهدفة غير متاح، كما يجب أخذ العديد من عوامل (VFD) والجهد في الاعتبار.

بحيث يجب أيضاً اختبار عدد من (VFDs) السائدة الحالية للحصول عملياً على منحنى التناسق العام لـ (VFDs)، كما أن العوامل المؤثرة الرئيسية هي الحماية من الجهد المنخفض، كذلك الحماية من التيار الزائد وعزم وسرعة الحمل وأنواع الترهل، بحيث يُظهر هذا الطرح آلية (VFDs) بالتفصيل ويوفر نتائج اختبار قدرة تحمل ترهل الجهد.

كذلك تأثير مقدار الجهد قبل ترهل الجهد والتوافقيات وشكل ترهل الجهد ونقطة على موجة وانزياح الطور على قدرة التحمل، بحيث يدرس منحنى تحمل (VFDs) شائعة الاستخدام في كندا بمستوى جهد يبلغ (600) فولت ولكنه يعرض فقط أشكال موجة جهد التيار المستمر وسرعة المحرك وعزم الدوران لانخفاض جهد معين.

وفيما بعد؛ فقد تمت دراسة خصائص تحمل ترهل الجهد لـ (ASDs) و (VFDs) في عملية صناعية بسيطة، حيث يتم أخذ عدد قليل من العوامل في الاعتبار، وذلك بناءً على المراجع المذكورة، لذلك لم يكن منحنى تحمل ترهل الجهد قابلاً للتطبيق على (VFDs) السائدة الحالية وتم النظر في عوامل التأثير المحدودة.

منحنيات تحديد مدى حساسية أجهزة التردد المتغير

تشمل منحنيات تحمل الجهد القياسي العالمي منحنى (ITIC)، والخاص بمجلس صناعة تكنولوجيا المعلومات، والذي كان يُعرف سابقاً باسم (CBMEB) (رابطة مصنعي أجهزة الكمبيوتر والأعمال) لصناعة المعلومات والتكنولوجيا ومنحنى (SEMI) (مواد معدات أشباه الموصلات الدولية- F47) لصناعة أشباه الموصلات وتحمل الجهد.

كذلك منحنيات لخمسة أنواع من تقلبات الجهد التي اقترحتها مجموعة العمل المشتركة C4.110 CIGRE) CIRED / UIE)، بحيث يمكن لأي من المنحنيات المذكورة وصف قدرة تحمل الجهد للمعدات الحساسة التعسفية تقريباً،  مثل (VFDs) ولكنها تفتقر إلى الدقة. تشير الأظرف العلوية والسفلية والحد المتوسط الموضح في (IEEE Std 1346-1998) إلى معيار منحنى تحمل الجهد لـ (VFDs)، ومع ذلك؛ فإن تأثير أنواع الترهل لا يؤخذ في الاعتبار في هذه المواصفة القياسية.

كما أن المحرك هو النوع الرئيسي من الحمولة المدفوعة بواسطة (VFDs) في عمليات الإنتاج العملية، وذلك حتى إذا كان بإمكان محركات (VFD) المحركة أن تصمد أمام حدوث انخفاض الجهد؛ فإن عزم وسرعة المحرك سيظلان يتأثران، لذلك قد يكون هناك خطأ في المحرك في التطبيقات التي تتطلب تحكماً دقيقاً، لذلك حققت الدراسات في تأثير انخفاض الجهد على المحرك.

كما أن انخفاض الجهد والانقطاعات التي تتجاوز حداً معيناً من شأنها أن تؤدي إلى فقدان (PMSM) سرعة التواقت وإنشاء تيار الجزء الثابت الموسع وعزم دوران المحرك، كما يركز على تأثير انخفاض الجهد غير المتماثل على قمم سرعات التيار الكهربائي والمحرك، ومع ذلك؛ فإن الدراسات المذكورة أعلاه لم تناقش الاختلاف في تأثير انخفاض الجهد على المحرك الذي تحركه (VFDs).

آلية عمل أجهزة التردد المتغير التي تتأثر بتدهور الجهد

كما هو مبين في الشكل التالي (1)، تتكون (VFD) من مقوم ومثبت جهد تيار مستمر وعاكس ووحدة حلقة تحكم، كما تعد وحدة المعدل عمومًا عبارة عن مقوم جسر لا يمكن التحكم فيه من ثلاث مراحل لـ (VFDs) بمستويات طاقة صغيرة ومتوسطة.

كما يتم إدخال جهد التيار المتردد ثلاثي الأطوار في (VFDs) وتحويله إلى جهد تيار مستمر بواسطة وحدة المعدل، بحيث يتم تخزين الطاقة في مكثف التيار المستمر، ثم يتم تحويل جهد التيار المستمر إلى جهد تيار متردد من خلال دائرة العاكس، كما يمكن ضبط سرعة المحرك عن طريق التحكم في تردد التبديل للأجهزة التي يتم التحكم فيها بالكامل في دائرة العاكس.

تحليل العوامل المؤثرة على خصائص تحمل ترهل الجهد

يكون منحنى تحمل ترهل الجهد لـ (VFDs) مستطيل الشكل بشكل عام، بحيث يتكون المنحنى من حواف أفقية اعتماداً على عتبة الجهد والحواف الرأسية اعتماداً على عتبة المدة والأجزاء الانتقالية، كما هو موضح في الشكل التالي (2)، كذلك ولن يتسبب انخفاض الجهد أو انقطاع الطاقة الذي تكون مدته أقل من المدة الحرجة في حدوث تأثيرات (VFD) لخلل.

وبالمثل؛ فإن انخفاض الجهد، والذي يكون حجم جهده أعلى من المستوى الحرج، لذلك لن يتسبب في تطاير (VFDs)، وبالتالي؛ فإن منطقة التشغيل العادية هي حيث تكون المدة أقل من المدة الحرجة أو حيث يكون حجم الجهد أعلى من المستوى الحرج، كما وتسمى المنطقة المتبقية منطقة الصدع.

لذلك قد يختلف منحنى تحمل ترهل الجهد لـ (VFDs) بسبب عوامل مؤثرة مختلفة. يمكن تقسيم المعلمات إلى فئتين من معلمات المعدات (أوضاع الحماية وأنماط التحكم وعزم دوران الحمل والسرعة) وخصائص ترهل الجهد (أنواع الترهل وحجم الجهد قبل انخفاض الجهد والتوافقيات)، بحيث تركز هذه الدراسة على تحليل العوامل المؤثرة التي تؤثر بشكل ملحوظ على خصائص تحمل ترهل الجهد لأجهزة (VFDs).

عتبات حماية الجهد المنخفض والتيار الزائد: بشكل عام، تمتلك (VFDs) ناقل (DC) لحماية الجهد المنخفض وحماية التيار الزائد لمنع التشغيل غير الطبيعي أو التحميل الزائد.

تحميل عزم الدوران والسرعة: وهو السبب الرئيسي وراء انخفاض الجهد على جانب التيار المستمر عند حدوث انخفاض الجهد هو أن طاقة ناقل التيار المستمر يتم استهلاكها بواسطة الحمل.

أنواع ترهل الجهد: نوع ترهل الجهد له تأثير كبير على خصائص تحمل ترهل الجهد لمحركات (VFD)، بحيث تحدث معظم تقلبات الجهد بسبب أخطاء مختلفة في الدائرة القصيرة في نظام الطاقة.

أوضاع التحكم: في الوقت الحاضر؛ فإن أنماط التحكم الشائعة الاستخدام في (VFDs) هي وضعية التحكم (V / f) والتحكم في النواقل، حيث أن التحكم (V / f) هو أبسط طريقة للتحكم في جهد الخرج لـ (VFDs).

حجم الجهد قبل الترهل: في أنظمة الطاقة، غالباً ما لا يكون الجهد الاسمي لـ (PCC 1 p.u)، وذلك بسبب التقلبات في إنتاج وحدات التوليد والحمل والتغيرات في هيكل شبكة الطاقة.

التوافقيات: حيث أن هناك عدد كبير من المكونات غير الخطية مثل أجهزة “الطاقة الإلكترونية” في أنظمة الطاقة الكهربائية.