الهندسة الكهربائية

زاد الطلب على الطاقة الكهربائية خلال السنوات الماضية، مما أدى إلى الحاجة إلى إيجاد مصادر جديدة لتوليد الطاقة الكهربائية أو تحسين مصادر الطاقة الكهربائية الحالية.

تم تصميم الشبكات الكهربائية الحالية وفقاً للنموذج القديم الذي يتوقع بشكل أساسي محطات توليد كبيرة، وهي متصلة بشبكات النقل، مما يوفر معظم الطاقة المطلوبة.

مع تطور تقنية أتمتة شبكة التوزيع؛ فإنه يتم تطبيق عدد كبير من معدات الحصول على إشارة محولات الجهد الانصهار مع وظائف الاستشعار والحكم والتنفيذ الذكية على خطوط شبكة التوزيع.

أصبحت محولات مصدر الجهد (VSCs) بديلاً هاماً لمحولات تبديل الخط (LCCs) لنقل التيار المباشر عالي الجهد (HVdc)، وذلك نحو تكامل الطاقة المتجددة على نطاق واسع.

يستلزم خطر انقطاع التيار الكهربائي في نظام الطاقة توافر الإجراءات المضادة التشغيلية ضد الانقطاع في جميع الأوقات، وعلى وجه الخصوص تسمى عملية استعادة النظام.

تلعب الطاقة الشمسية دوراً مهماً في توفير الطاقة وحماية البيئة، بحيث يتزايد استخدامه بسرعة في جميع أنحاء العالم، كذلك ومن المتوقع أن يكون المصدر الرئيسي للكهرباء لتوفير حوالي (11٪).

تعد تكلفة الطاقة الكهربائية من أكبر تكاليف التشغيل لأي شركة أو صناعة، وبالتالي يتم حساب هذه التكلفة على أساس عدة جوانب تتعلق ليس فقط باستهلاك الطاقة.

تعتبر جودة الطاقة المنخفضة (PQ) وعناصر أخرى مثل عامل الطاقة المنخفض والتشوهات التوافقية الكبيرة والمستويات العالية من عدم التوازن الحالي بسبب الأحمال الاستقرائية.

تعتبر شبكة (DC) الصغيرة هي تطبيق واعد في نظام الطاقة الكهربائية، أولاً لا توجد مفاهيم عن الطور والطاقة التفاعلية في شبكات التيار المستمر الصغيرة.

تستخدم خطوط نقل التيار المباشر عالي الجهد (HVDC) بشكل عام لنقل الطاقة القصوى لمسافة طويلة، كما تتميز خطوط نقل (HVDC) بمزايا نقل الطاقة لمسافات طويلة.

في الآونة الأخيرة، تسببت الشبكة الذكية في نقاش واسع وتم تنفيذها بشكل منتشر في العديد من مرافق الطاقة على الرغم من أن الوظائف الشاملة للشبكة الذكية.

إذا كان عزم الحمل المدفوع بواسطة المحرك التعريفي بالتيار المتردد (المشار إليه فيما يلي باسم المحرك) غير معروف وله نطاق واسع لعزم الدوران،

تُستخدم المحركات الحثية على نطاق واسع في المنشآت الصناعية للعمليات الحرجة، حيث يمكن أن يؤدي الفشل إلى إيقاف جزئي أو كامل لعملية الإنتاج،

سيؤدي تطوير نظام الطاقة إلى شبكة ذكية إلى إطلاق إمكانات لا يمكن تصورها للاستجابة للتأثيرات البيئية وأهداف كفاءة الطاقة وظروف معيشية أفضل لمجتمعاتنا،

يعد تنظيم سرعة المحركات الكهربائية مطلباً مهماً في العديد من التطبيقات الصناعية مثل الروبوتات والتحكم العددي بالكمبيوتر ومحركات الجر وتكييف الهواء والمضخات.

تم اقتراح حلول متناسقة ومختلفة في الدراسات لتطبيقات خاصة مثل الفضاء الجوي أو بعض أنظمة محركات الدفع، كما ترتبط المزايا التقليدية لتحقيق هذه الحلول.

وفقاً للتطبيقات المحددة والمطلوبة صناعياً؛ فإنه يمكن أن تخضع عدة نقاط من خصائص سرعة عزم الدوران الخاصة بـ (SCIM) للحد الأدنى من المتطلبات.

تعمل أنظمة الحماية كحارس لشبكات القدرة الكهربائية، حيث تقوم بعزل وإزالة الأعطال بمجرد حدوثها، حيث أن ضمان حماية موثوقة للمعدات الأساسية، أي موثوقية أنظمة الحماية.

تعمل مرحلات حماية نظام الطاقة التقليدية على أساس الإعدادات، كذلك كشف تشريح العديد من حالات انقطاع التيار الكهربائي أن المرحلات مع هذه الإعدادات في بعض الأحيان.

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.

تم تطوير الآلات الكهربائية الدوارة ذات المغناطيس الدائم (PM) بشكل مكثف لتلبية متطلبات تحسين كفاءة الطاقة، بحيث تُمكِّن (PMs) الأرضية النادرة (على سبيل المثال، SmCo و NdFeB).

مع التطورات الأخيرة في نظام توزيع الطاقة (DC) والاتجاه المتزايد في استهلاك الكهرباء، ركزت الأبحاث السائدة على الشبكة الصغيرة (LVDC) (DC ذات الجهد المنخفض).

يتمثل التحدي الذي يواجه تحول الطاقة في التحميل الزائد للشبكة الناتج عن زيادة حقن مصادر الطاقة المتجددة (RE) في الشبكة الكهربائية، حيث يتم من بين أمور أخرى تجاوز الحد الأقصى.

مع تهديدات التغيرات المناخية المتكررة، وصل المجتمع العالمي في المؤتمر الحادي والعشرين للأطراف (COP 21) "لاتفاقية الأمم المتحدة الإطارية" بشأن تغير المناخ (UNFCCC).

تكتسب السيارة الكهربائية (EV) شعبية بسبب المخاوف البيئية وتحفز البحث المتعلق بها، كما يتم إيلاء اهتمام خاص لعملية الشحن، حيث يمكن أيضاً استخدام الطاقة المخزنة في بطارية (EV).

نظراً لهيكلها البسيط وتشغيلها الموثوق وكفاءتها العالية؛ فقد تم استخدام (BLDCM) على نطاق واسع في الفضاء والعبور بالسكك الحديدية وإلكترونيات السيارات والأجهزة المنزلية.

تعد المولدات الكهربائية من أهم مكونات نظام الطاقة؛ فهي موجودة في المرافق وكذلك في أنظمة الطاقة الصناعية والتجارية، حيث يمكن أن تعمل المولدات الكهربائية كمصدر طبيعي للطاقة.

مولد الغاز الطبيعي هو نوع من المولدات التي تعمل بالغاز الطبيعي بدلاً من الخيارات النموذجية للبنزين أو الديزل، حيث شكلت مولدات الغاز الطبيعي الحصة الأكبر من إجمالي قدرة التوليد.

المحول هو عبارة عن جهاز يعمل على تغيير مستوى القدرة الكهربائية من أقل الى أعلى أو بالعكس، مع الاحتفاظ بقيمة التردد الكهربائي وتوجد المحولات الكهربائية عادةً على شكلين هما محول خافض ومحول رافع للجهد الكهربائي.

الآلة الكهربائية هي عبارة عن جهاز يمكن من خلاله تحويل الطاقة الميكانيكية الة طاقة كهربائية، أو بشكل عكسي (تحويل الطاقة الكهربائية الى طاقة ميكانيكية).