أرسل لنا مهندس مصنع في ولاية أوهايو مسحًا حراريًا في نوفمبر الماضي. وحدة من النوع الجاف بقدرة 1500 كيلو فولت أمبير، تعمل بثلثي حمل اللوحة الاسمية تقريبًا، مع وجود نقطة ساخنة متعرجة تقع بحوالي 22 درجة فوق ما يبرره منحنى الحمل. لقد اجتاز المحول اختباراته الروتينية قبل ثلاث سنوات ولم يكن هناك أي شيء في ملفه يفسر الحرارة. كان السبب هو وجود مكثف بقدرة 600 كيلو فولت على بعد خليجين، يقوم بالضبط بالمهمة التي تم شراؤها للقيام بها.
محول الرنين التوافقيلا يظهر أبدًا تقريبًا في تقرير الفشل. يظهر كمحول ساخن، ومنصهر مكثف ينفجر دون تسجيل خطأ، وشريط محايد متغير اللون، وفريق صيانة يستمر في استبدال نفس الأجزاء. فيما يلي الآلية، والحساب الذي يخبرك ما إذا كان موقعك مكشوفًا، وما يجب تغييره في المواصفات قبل طلب الوحدة التالية.
ما هو الرنين التوافقي للمحولات في الواقع؟
كل محول لديه مقاومة المصدر. كلتصحيح معامل القدرةالبنك لديه السعة. ضع الاثنين على نفس الناقل وستكون قد قمت ببناء دائرة رنين متوازية، عادةً دون قصد.
عند تردد الرنين، تقدم هذه الدائرة ممانعة عالية جدًا للتيارات التوافقية الخارجة من الأحمال غير الخطية. لا يمكن لهذه التيارات أن تتدفق عائدة نحو المصدر، لذا فهي تدور بين بنك المكثف وملف المحول. يتصاعد تشوه الجهد، ويرتفع تيار المكثف، ويمتص المحول خسائر التوافقيات التي لم يكن مصممًا لتحملها على الإطلاق. ترتيب الرنين هو حساب من سطرين:
h=√(Ssc / Qc)، حيث Ssc هي سعة الدائرة القصيرة للمحول بـ kVA (لوحة الاسم kVA مقسومة على المعاوقة لكل وحدة) وQc هي تصنيف بنك المكثف بـ kvar.
إن الصيغة تقريبية بشكل متعمد، وهذا التقريب هو النقطة المهمة. يتم تصنيع علب المكثفات بتسامح قدره ± 10٪ تقريبًا من السعة، كما أن مقاومة المحولات تحمل تسامح التصنيع الخاص بها. وبالتالي فإن ترتيب الرنين الذي تحسبه هو نطاق وليس خطًا. يمكن للبنك الذي يبدو آمنًا في جدول البيانات أن يجلس بشكل مباشر على التوافقي الخامس أو السابع بمجرد تنشيطه في المصنع.
الأرقام: عندما يقوم بنك المكثف بضبط المحول الخاص بك
لنأخذ على سبيل المثال وحدة صناعية عادية في أمريكا الشمالية: 1500 كيلو فولت أمبير، 480 فولت، ممانعة 5.75%. تبلغ سعة الدائرة القصيرة 1500 / 0.0575، أو ما يقرب من 26.1 ميجا فولت أمبير. أضف الآن مكثفات التصحيح في الخطوات التي سيقوم المصنع بتركيبها فعليًا وراقب مكان هبوط نقطة الرنين.
| بنك مكثف (كفار) | ترتيب الرنين ح | أقرب التوافقي 6 نبض | التعرض |
| 150 | 13.2 | 13th | معتدل - قم بالقياس قبل الافتراض |
| 300 | 9.3 | بين 7 و 11 | معتدل |
| 450 | 7.6 | 7th | عالي |
| 600 | 6.6 | 7th | عالي |
| 750 | 5.9 | 5th | عالية جدا |
| 900 | 5.4 | 5th | عالية جدا |
نغمات بنكية بقوة 600 كيلو فولت تتحول إلى حوالي 6.6 التوافقي، والتوافقي السابع الذي ينتجه أي محرك سداسي النبضات على الحافلة يهبط ضمن نسبة مئوية قليلة من الذروة. هذه الهندسة هي الكتاب المدرسيالرنين التوافقي المحولقضية. في المواقع التي بها، نرى بشكل روتيني تيارات مكثف عند 1.5 إلى 2.5 مرة من اللوحة، ودرجات حرارة علبة المكثف أعلى بكثير من البيئة المحيطة، وجهد THD يتجاوز حد 5٪ عند نقطة الاقتران المشترك.
هذا هو الجزء الذي يفتقده معظم المشترين. عادةً ما يكون المحول هو العنصر الأخير الذي يتم إلقاء اللوم عليه والجزء الأول تالفًا. ترتفع درجة حرارة النقطة الساخنة بهدوء، ويعمر العزل بشكل أسرع من عمر التصميم المفترض، وتفشل الوحدة قبل سنوات - مع تقرير اختبار المصنع الذي يشير إلى أن كل معلمة كانت في حدود التسامح في يوم شحنها.
لماذا الأحمال المضافة منذ عام 2020 تجعل الرنين أكثر احتمالا
تم تصميم معظم المصانع التي تحمل هذا الخطر للأحمال الخطية: المحركات، والتدفئة المقاومة، والإضاءة القديمة. تمت إضافة مكثفات التصحيح لأن فاتورة المرافق طلبتها، وتم ضبط حجمها وفقًا لحمل المحرك وتم تبديلها في بضع خطوات. ثم تغير الحمل تحت التصميم.
محركات التردد المتغير على المضخات والمراوح. تم تثبيت مقومات سداسية النبضات في شواحن المركبات الكهربائية على خدمة لم يتم تصميمها خصيصًا لها على الإطلاق. برامج تشغيل LED، وإمدادات طاقة الخادم، والتدفئة التعريفي. إن المنشأة التي كانت غير خطية بنسبة 10% في عام 2005 يمكن أن تكون غير خطية بنسبة 60% اليوم، ولا تزال تعمل بنفس المحول ونفس بنك المكثفات.
الحدود لم تتحرك مع الحمل. لا يزال IEEE 519-2022 يطالب بجهد THD بنسبة 5% عند نقطة الاقتران المشترك على الأنظمة من 1 كيلو فولت إلى 69 كيلو فولت، و8% على الأنظمة عند أو أقل من 1 كيلو فولت، مع حدود التشوه الحالية التي يتم قياسها بنسبة تيار الدائرة القصيرة إلى تيار الحمل. يتم نشر جداول الحدود الكاملة علىIEEE 519-2022 الصفحة القياسية.
كيف يدفع المحول الفاتورة
يضرب التيار التوافقي محولا في ثلاثة أماكن. ترتفع خسائر تيار إيدي في اللفات تقريبًا مع مربع الترتيب التوافقي. وترتفع الخسائر الطائشة في المشابك الأساسية وجدران الخزانات والفولاذ الهيكلي بشكل أسرع. وفي نظام رباعي الأسلاك، يحمل المحايد توافقيات ثلاثية تضيف بدلاً من الإلغاء، وهذا هو السبب في ارتفاع درجة حرارة المحايدين عند الأحمال حيث لم يتوقع أحد مشكلة محايدة.
وهذا هو سبب وجود IEEE C57.110: فهو يحدد كيفية تقليل قدرة المحول عندما يكون تيار الحمل غير جيبي. وحدة 1500 كيلو فولت أمبير ذات التصنيف العادي K-1 ليست وحدة 1500 كيلو فولت أمبير في ناقل به تشوه تيار بنسبة 40%. تتعامل UL 1561 مع نفس المشكلة من جانب المنتج من خلال تصنيفات عامل K - K-4 وK-13 وK-20 - يصف كل منها مقدار التسخين التوافقي الذي يمكن أن يمتصه تصميم معين دون تجاوز حدود درجة حرارة العزل الخاصة به. هذه هي النقطة حيثالرنين التوافقي المحوليتحول إلى بند في ميزانية الصيانة.
تصلنا الأعراض بترتيب يمكن التنبؤ به إلى حد ما:
- تنفجر صمامات المكثف دون تسجيل أي خطأ في أي مكان
- يرتفع مستوى الصوت المحول ويصبح أكثر خشونة على مدار أشهر
- تغير لون الموصلات المحايدة والتأريض عند نهاياتها
- تنبيهات درجة الحرارة المتعرجة في الأيام التي ليست ساخنة بالفعل
- يتعثر السائقون في الحافلة التي اجتازت مرحلة التشغيل دون شكوى
أربع طرق للمواصفات حول الرنين
لا يوجد حل واحد. تعتمد الإجابة الصحيحة على ما إذا كنت تقوم ببناء مصنع جديد أو تصحيح مصنع موجود، وعلى ما يظهره القياس فعليًا وليس ما يتضمنه الرسم التخطيطي ذو الخط الواحد. عادةً ما يتم تركيب معدات التصحيح بواسطة مقاول لا يرى مقاومة المحول أبدًا، وهذا هو بالضبط ما يحدثتصحيح معامل القدرةيصبح الزناد.
المفاعلات المفككةيقوم مفاعل متسلسل بنسبة 7% أمام البنك بنقل الرنين المتسلسل إلى التوافقي 3.8 تقريبًا، أي أقل من أي مدروج مميز ينتجه حمل سداسي النبضات. ثم يمتص البنك التيار التوافقي الخامس والسابع بدلاً من تضخيمه. إن المقايضة حقيقية: يجب أن تحمل العلب معدل جهد أعلى، عادة مكثفات 525 فولت على نظام 480 فولت، ويضيف المفاعل الفقد والحرارة داخل العلبة.
محول تصنيف K.إن الملف K-4 أو K-13 أو K-20 ذو حجم محايد مزدوج لا يزيل الرنين، ولكنه يمنع المحول من أن يكون المكون الذي يفشل أولاً. حدده عندما يكون من المتوقع أن تظل الحصة غير الخطية مرتفعة.
تقسيم أو خطوة البنك.يتم تبديل خطوتين بقدرة 300 كيلو فولت أمبير بشكل مستقل للحفاظ على أي نقطة رنين واحدة بعيدًا عن التوافقي المميز وقطع التيار المتداول في كل خطوة. إنه أرخص تعديل تحديثي عندما يكون البنك كبيرًا بالفعل.
مرشح مضبوط أو نشط.بمجرد أن يتجاوز THD المقاس حدود 519، فإن الفروع السلبية المضبوطة عند الخامس والسابع، أو مرشح نشط، هي الخيارات الوحيدة التي تعيد الموقع إلى الامتثال. أمفاعل مفككيحمي المعدات. فهو لا يصلح موقعًا خارج الحدود بالفعل.
| يقترب | يزيل الرنين؟ | إصلاح THD الموجودة؟ | المراقبين |
| مفاعل مفكك بنسبة 7% | نعم - التحولات أقل من الخامس | جزئيا | ارتفاع تصنيف الجهد مكثف. حرارة المفاعل |
| محول تصنيف K | لا | محول فقط | لا يحمي البنك مكثف |
| خطوات مكثف الانقسام | يقلل منه | لا | المزيد من المقاولين. تبديل العابرين |
| مرشح مضبوط أو نشط | نعم | نعم | يكلف؛ يحتاج إلى دراسة توافقية أولا |
الأسئلة التي نطرحها قبل أن نقتبس ممانعة
المعاوقة هي المتغير الذي تتحكم فيه الشركة المصنعة للمحولات فعليًا، لذلك يجب ضبط المواصفات مع عرض بقية النظام. عندما لا يتمكن المشتري من الإجابة على الأسئلة أدناه، تكون قيمة المعاوقة في ورقة البيانات مجرد تخمين.
- ما هو تصنيف بنك المكثف وهل يتم تبديله في خطوات؟
- ما هي حصة الحمل المتصل غير الخطي - محركات الأقراص والمقومات وأجهزة الشحن وأجهزة UPS؟
- هل يوجد قياس لجودة الطاقة أم فقط فاتورة خدمات؟
- هل تم تحميل المحايد، وما هو المحتوى الثلاثي المتوقع؟
- هل تستدعي المواصفات عامل K أو حساب تخفيض التصنيف وفقًا لـ IEEE C57.110؟
ثم يتم ضبط المعاوقة والعامل K والتحجيم المحايد معًا. يمكن أن تبدو الوحدتان متطابقتين على لوحة الاسم - نفس كيلو فولت أمبير، ونفس نسبة الجهد - ولا تتصرفان على نحو متماثل في حافلة ذات محرك ثقيل. تعمل المعاوقة المئوية المتحركة أيضًا على تحريك ترتيب الرنين، ولهذا السبب لا نقوم بتعديله دون وجود جدول البنك في متناول اليد.
حيث تناسب شركة ريان إلكتريك
نقوم ببناء المحولات الجافة والمغمورة بالزيت في مصنع بمساحة 120,000 متر مربع في جيانغسو مع 180+ مجموعات من معدات الإنتاج و37 براءة اختراع، ونقوم بالشحن وفقًا لمخططات UL أو CSA أو IEC حسب الوجهة. منذ عام 2023، عملنا كشريك في مشروع مشترك لشركة Eaton، مما يعني أن مراجعات التصميم لدينا تتوافق مع نفس المعايير الحرارية والتوافقية التي يطبقها مهندسو شركائنا.
العادة العملية بسيطة. عندما يشتمل المشروع على بنك مكثف، فإننا نطلب جدول البنك وملف تعريف الحمل قبل إصدار تصميم الملف. يكلف بريدًا إلكترونيًا واحدًا، وقد حصل على أكثر من مواصفة كانت ستوقف نقطة الرنين مباشرة على التوافقي السابع. أرسل لنا الرسم التخطيطي ذو الخط الواحد وتصنيف البنك وملف تعريف التحميل من خلالهريان-transformers.com. سوف نعود بتوصية بالممانعة، وموقع المفاعل إذا لزم الأمر، وخطة اختبار - وسنخبرك عندما تكون الإجابة الصادقة هي مرشح توافقي بدلاً من محول أكبر.
عن المؤلف:كتب هذا المقال الفريق الهندسي في شركة Ryan Electric، وهي شريك في مشروع مشترك لشركة Eaton وشركة مصنعة للمحولات المعتمدة من UL/CSA في جيانغسو، الصين، وتقوم بتوريد المحولات من النوع الجاف والمغمورة بالزيت والمثبتة على الوسادة لمراكز البيانات والمشاريع الصناعية ومشاريع المرافق في جميع أنحاء أمريكا الشمالية والشرق الأوسط وجنوب شرق آسيا.
