اختيار مفاعلات الخط ومرشحات الخرج لمحركات التردد المتغير

يمكن أن يعاني تركيب محرك التردد المتغير (VFD) من مشكلتين كهربائيتين مختلفتين غالبًا ما تُجمعان تحت كلمة «الضوضاء». فعلى جانب التغذية، يسحب مقوم المحرك تيارًا غير جيبي ويمكن أن يسبب اضطرابًا في شبكة المنبع. وعلى جانب المحرك، تنتقل حواف الجهد السريعة الناتجة عن تعديل عرض النبضة (PWM) عبر الكابل، وقد تُجهد العزل والمحامل وأسلاك الإشارة القريبة. لذلك يجب اختيار المفاعل أو المرشح وفقًا للجانب الذي يُركَّب عليه في المحرك والمشكلة التي يجري قياسها.

افصل بين جانب الخط وجانب الحمل

مفاعل خط دخل هو ملف حثّي موصل على التوالي ويُركَّب قبل محرك التردد المتغير. وتحد ممانعته من معدل تغير التيار. ويمكنه تخفيف اضطرابات الخط، وتقليل قمم التيار، وإضافة ممانعة مفيدة عندما يكون محول التغذية صلبًا نسبيًا مقارنة بالمحرك. لكنه يسبب أيضًا هبوطًا في الجهد وحرارة، لذا لا ينبغي اعتباره حلًا شاملًا.

يُركَّب مفاعل خرج بين العاكس والمحرك. وهو يؤثر في شكل موجة PWM الخارجة من المحرك. ويختلف غرضه عن مفاعل الدخل؛ إذ يمكنه تقليل قمم التيار، وتخفيف معدل ارتفاع الجهد، والمساعدة في بعض تطبيقات كابلات المحركات. وتعتمد كفايته على جهد المحرك، وتردد التبديل، وعزل المحرك، ونوع الكابل، وطول الكابل، والحدود التي يحددها مُصنّع محرك التردد المتغير.

يُركَّب المرشح التوافقي على جانب الدخل ويستهدف التوافقيات منخفضة الرتبة للتيار. أما مرشح dV/dt أو مرشح الموجة الجيبية فيُركَّب على جانب الخرج. ويقلل مرشح dV/dt حدة نبضات الجهد وقممها. بينما يكبت مرشح الموجة الجيبية مكونات الخرج عالية التردد بدرجة أكبر، ويقدم للمحرك شكل موجة أقرب إلى الموجة الجيبية. وهذه الأجهزة غير قابلة للتبادل.

ما يستطيع مفاعل الدخل فعله وما لا يستطيع

يشحن محرك سداسي النبضات ناقل التيار المستمر عبر مقوم ثنائي. ويُسحب التيار على شكل نبضات بالقرب من قمم شكل موجة جهد التيار المتردد. إن إضافة مفاعلة لخط التيار المتردد، أو استخدام محرك مزود بخنّاق تيار مستمر، يوزع نبضات التيار هذه ويمكن أن يخفض التشوه التوافقي الكلي للتيار. ويميز دليل ABB لتخفيف التوافقيات هذا التحسن المحدود عن المرشح السلبي المضبوط أو محرك الواجهة الأمامية النشطة.

كما يوفر المفاعل بعض العزل عن تقطيع الخط والأحداث العابرة. لكنه ليس جهاز حماية من زيادة الجهد ولا يحد الجهد مثل جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD). ولا يستطيع تصحيح كل مشكلات جودة الطاقة. ويتطلب عدم توازن الجهد الشديد، أو انخفاض الجهد المتكرر، أو الرنين، أو ضعف تغذية المولد دراسة على مستوى النظام.

قبل تحديد مواصفات المفاعل، سجّل قدرة المحول وممانعته، وتيار العطل المتاح، وتيار دخل المحرك، والمكثفات الموجودة، وتشغيل المولد، والطيف التوافقي المقاس. ولا يثبت ملصق يذكر نسبة الممانعة وحده أن التركيب النهائي سيلبي حدًا توافقيًا معينًا.

اختيار حل جانب الخرج

ينتج العاكس نبضات جهد ذات حواف سريعة. وعند أطراف المحرك، يمكن لممانعة الكابل وتأثيرات الموجة المنعكسة أن ترفع الجهد الأقصى فوق القيمة المرصودة عند المحرك. ويزداد الخطر عمومًا مع طول الكابل والجهد وسلوك التبديل وحالة عزل المحرك. ولا يوجد حد عالمي آمن لطول الكابل.

استخدم دليل أجهزة المحرك باعتباره المرجع الأساسي. وينبغي أن يحدد طول كابل المحرك المسموح به، ومتى يلزم استخدام مفاعل خرج، أو مرشح dV/dt، أو مرشح النمط المشترك، أو محمل معزول، أو فرشاة تأريض، أو مرشح موجة جيبية. وتوضح ABB أن مرشحات الموجة الجيبية عبارة عن شبكات تمرير منخفض مكوّنة من مفاعلات ومكثفات. وهي تكبت مكونات جهد الخرج عالية التردد، وتُستخدم في تطبيقات مثل كابلات المحركات فائقة الطول، أو محولات رفع الجهد، أو المحركات القديمة.

وقد يفرض مرشح الموجة الجيبية أيضًا قيودًا على تردد الخرج، أو تردد التبديل، أو ترتيب الكابلات، أو تحجيم المحرك. وتسحب مكثفاته تيارًا حتى عندما يكون الحمل الميكانيكي منخفضًا. تعامل مع المحرك والمرشح والكابل والمحرك الكهربائي بوصفها نظامًا هندسيًا واحدًا.

إجراءات عملية للاختيار

1. حدّد العَرَض

لا تبدأ بمكوّن. حدّد ما إذا كانت المشكلة هي تشوه تيار الدخل، أو حالات فصل مزعجة بسبب زيادة الجهد، أو جهد القمة عند أطراف المحرك، أو تيار المحامل، أو التداخل الكهرومغناطيسي الموصّل، أو التداخل المشع، أو الضوضاء المسموعة للمحرك. فنادرًا ما يحل ملحق واحد جميع هذه المشكلات.

2. قِس عند النقاط الصحيحة

بالنسبة إلى توافقيات الخط، سجّل الجهد والتيار عند نقطة الاقتران المشترك تحت حمل ممثل لظروف التشغيل. أما مشكلات الخرج، فاستخدم أجهزة ومجسات مصنفة لأشكال موجات محركات PWM. ولا يستطيع جهاز القياس المتعدد القياسي إظهار زمن الصعود أو قمم الموجة المنعكسة.

3. تحقّق من التركيبات المعتمدة من المُصنّع

تأكد من اعتماد المفاعل أو المرشح لسلسلة المحرك المحددة، وفئة الجهد، والتيار المستمر، وحمل زيادة التيار، وتردد الخرج. والتزم بمتطلبات الصندوق والتهوية والموصلات والتأريض والمسافات الخلوصية. وراجع عزل المحرك وترتيب المحامل أيضًا.

4. نمذج حالات التشغيل القصوى

تحقق من الحمل المنخفض والعالي، وتشغيل التجاوز، وحالات استرجاع الطاقة، وتغذية المولد، والموصلات الطويلة، والمحركات المتعددة، وتبديل المكثفات. وتحذر ABB من أن المرشحات التوافقية السلبية قد تنشئ معامل قدرة متقدمًا عند الحمل الخفيف، وقد تتفاعل مع المكثفات الأخرى عبر الرنين.

5. شغّل النظام بالاستناد إلى الأدلة

سجّل جهد الخط، وتيار الطور، وسلوك ناقل التيار المستمر، وشكل الموجة عند أطراف المحرك عند الاقتضاء، ودرجة حرارة المرشح، وإنذارات المحرك، والاهتزاز الأساسي. وأعد القياسات بعد وصول الآلة إلى ظروفها الحرارية العادية. واحتفظ بهذه السجلات مع معلمات المحرك ومخطط الخط الأحادي.

تفاصيل التركيب التي تحدد النتيجة

ضع مكونات الدخل وفقًا لمخططات المحرك والمرشح. ولا تركّب مرشحًا توافقيًا سلبيًا للدخل على الخرج عن طريق الخطأ؛ إذ تحدد ABB ذلك صراحةً باعتباره خطرًا في تنسيق العمل الميداني. وحافظ على قصر الموصلات بين مرشح الخرج والمحرك عندما يشترط المُصنّع ذلك. ومرّر كابلات المحرك بعيدًا عن كابلات الإشارات التناظرية منخفضة المستوى، وكابلات المشفّر، وكابلات الاتصالات.

استخدم ربطًا وقائيًا مستمرًا، وأنهِ كابل المحرك المحمي وفقًا للمواصفات. فالمرشحات لا تعوّض عن سوء التأريض أو توجيه الكابلات غير المنضبط. وتحقق من درجات حرارة سطح المفاعل والمرشح، لأن كليهما يضيف فاقدًا داخل الصندوق.

الحدود الهندسية

المفاعلات أجهزة ممانعة مفيدة، بينما المرشحات شبكات انتقائية للتردد. وتأتي قيمتها من مواءمة الجهاز مع الآلية المقاسة. وللاطلاع على الأجهزة ذات الصلة، راجع مجموعة محركات VFD ومحركات التيار المتردد ومجموعة المحركات والتحكم في الحركة الأوسع. وتوفر المذكرة الفنية لتخفيف التوافقيات من ABB وإرشادات مرشح ACQ580 سياقًا مفيدًا من المُصنّع. ومع ذلك، يجب أن يتبع الاختيار النهائي أدلة المحرك والمحرك الكهربائي المركبين.