قبل صيفين، اتصل بنا أحد مصانع تجهيز الأغذية في الغرب الأوسط بشأن 750 كيلو فولت أمبيرمحول من النوع الجافالتي استمرت في تعثر مرحل الحرارة الزائدة. شعر مدير المصنع بالإحباط لأن مقياس التيار الكهربائي باللوحة أظهر 62% من حمل اللوحة - بدت الوحدة نصف خاملة. عندما أجرى أحد مهندسينا مسحًا لجودة الطاقة، تغيرت الصورة: كانت محركات الأقراص ذات التردد المتغير التي تغذي ستة أجهزة بثق تسحب تيارًا مشوهًا بنسبة إجمالية تبلغ 34% تقريبًاالتشويه التوافقي، وكانت النقطة الساخنة المتعرجة تتسلق ما يزيد عن 150 درجة في فترة ما بعد الظهيرة في الصيف. لم يكن المحول كبير الحجم. لقد تم تقييمه بشكل أقل من اللازم بالنسبة للتيار الذي يتدفق فعليًا من خلاله.
لماذا التيارات التوافقية تسخن المحولات؟
يتم حساب لوحة اسم المحول على افتراض وجود تيار جيبي نظيف يبلغ 60 هرتز.الأحمال غير الخطية- VFDs، وأنظمة UPS، ومحركات LED، وشواحن EV، والواجهات الأمامية للمقوم - تسحب التيار في نبضات قصيرة بدلاً من الموجات الجيبية الناعمة. هذا الشكل الموجي المشوه هو عبارة عن كومة من الموجات الجيبية بمضاعفات التردد الأساسي: عادةً ما تهيمن الترتيبات الخامسة (300 هرتز)، والسابعة (420 هرتز)، والحادية عشرة، والثالثة عشر.
يظهر الضرر في الخسائر المتعرجة. يتكون فقدان الحمل في المحول من جزأين: فقدان I²R الذي يتوسع مع تيار RMS، وخسارة التيار الدوامي الذي يتوسع مع التردد. تنمو خسارة الدوامة في اللفات تقريبًا مع مربع الترتيب التوافقي - التوافقي الخامس عند 30٪ من الحجم الأساسي يرفع مكون خسارة الدوامة بعامل (0.30 × 5)² ≈ 2.3. تعمل تأثيرات الجلد والقرب على دفع التيار الزائد إلى مناطق موصلة صغيرة، وهذا هو السبب في أن الحمل المشوه يخلق نقاطًا ساخنة محلية لا يكشف عنها مقياس التيار الكهربائي أبدًا. هذا هو الجزء الذي يفتقده معظم المشترين: الإجماليالتشويه التوافقييمكن أن تبدو متواضعة ولا تزال تطبخ اللف، لأن الأمرين الخامس والسابع يقعان بالضبط حيث تكون عقوبة الخسارة أعلى.
لأن التشويه يحد نفسه،إيي 519-2022هو المرجع الذي يستخدمه المهندسون للحكم على مقدار التيار التوافقي الذي يجب أن يتحمله النظام الكهربائي عند نقطة الاقتران المشترك. إنه يحدد الحدود الحالية حسب الترتيب التوافقي ونسبة الدائرة القصيرة للنظام - وهي الوثيقة التي يجب قياس دراستك التوافقية عليها قبل شراء محول، وليس بعده.
ماذا يعني تصنيف المحولات K-Factor في الواقع؟
A محول عامل Kإنها ليست آلة مختلفة عن وحدة النوع الجاف القياسية - فهي نفس عائلة المحولات ذات اللفات المصممة للتخلص من الحرارة الدوامية الإضافية الناتجة عن التيارات التوافقية. تصنيف K، المعترف به من قبل UL بموجب UL 1561 ويتم حسابه باستخدام الطريقة الموجودة فيإيي سي57.110، يوزن كل تيار توافقي في الحمل بمربع ترتيبه ويعبر عن النتيجة كرقم واحد: K-1 لتصميم حمل خطي عادي، ثم K-4، K-9، K-13، K-20، K-30، K-40، وK-50.
K-13 هو التصنيف الذي نقتبسه غالبًا في المنشآت الصناعية، لأن توجيهات الموردين تتعامل معه عادةً على أنه مناسب عندما تقترب الحصة غير الخطية من الحمل من 75%. K-4 يغطي الأرضيات التجارية العامة بالإضاءة ووحدات UPS الصغيرة. K-20 وما فوقه ينتمي إلى خدمة المحولات الثقيلة - تركيزات UPS الكبيرة، وأفران القوس، وأحمال المقوم الكهروكيميائي - ويجب تأكيده من خلال حساب يعتمد على الطيف بدلاً من التخمين. كنقطة بداية، إليك الخريطة التي نرشد المشترين من خلالها:
| ملف تعريف التحميل النموذجي | تصنيف K المقترح |
| المكتب العام: الإضاءة، وأجهزة الكمبيوتر، UPS الصغيرة | K-4 |
| التجارية: المصاعد، مضخات VFD، غرف UPS | K-13 |
| الصناعية: مراكز التحكم المركزية (MCC) ذات المحركات الثقيلة، والطاردات، والضواغط | K-13 |
| مركز البيانات: تحويل عالي الكثافة، UPS كبير | K-13 إلى K-20 |
| شديدة: أفران القوس، مقومات التحليل الكهربائي | K-30 إلى K-50 |
الرقم K ليس تعليمة مزعجة - إنه هدف تصميمي للتعبئة. إن المحول القياسي الذي يُجبر على تغذية نفس الحمل إما أن يعمل بشكل أكثر سخونة مما تسمح به فئة ارتفاع درجة الحرارة الخاصة به أو يجب أن يتم تخفيضه تحت لوحة الاسم، وفي بعض الأحيان يكون تخفيض الوحدة القياسية هو الحل الأرخص. كلا الطريقين مشروعان. الخطأ هو اختيار أي منهما دون النظر إلى نطاق الحمل أولاً.
IEEE C57.110: الطريقة وراء التقييم
IEEE C57.110-2018 - الممارسة الموصى بها لإنشاء قدرة محولات الطاقة والتوزيع المغمورة بالسائل والنوع الجاف عند إمداد تيارات الحمل غير الجيبية - هي الحساب وراء الملصق. الطبعة الحالية متاحة منمتجر معايير IEEE. تحدد الطريقة عامل الخسارة التوافقية، الذي يُكتب عادة FHL، والذي يقارن إجمالي خسارة دوامة الملف تحت الطيف المقاس مع خسارة الدوامة عند التيار الجيبي المقدر، ثم يحول هذا العامل إلى تيار مسموح به: إما الحد الأقصى لـ kVA الذي يمكن أن تحمله وحدة قياسية للطيف الخاص بك، أو تصميم K الذي تحتاجه الوحدة الجديدة.
يتطلب استخدام الطريقة قطعة واحدة من البيانات التي تمتلكها الشركة المصنعة فقط: فقدان التيار الدوامي للملف معبرًا عنه كنسبة مئوية من فقدان I²R. هذا هو السبب في أن عرض الأسعار الجاد لمشروع ثقيل التوافقي يجب أن يتضمن رقم الخسارة الدوامية للمحول وFHL المحسوب للتحميل الخاص بك - وليس فقط رقم K في ورقة البيانات. عندما يرسل لنا العميل دراسة توافقية مع طلب عرض الأسعار الخاص به، فإننا نعيد الحساب في كلا الاتجاهين، كتصميم بتصنيف K وكتصميم قياسي مخفض، وبالتالي فإن المقارنة مبنية على أرقام حقيقية.
تحذير واحد من الميدان: يتم تعيين تصنيفات K على نطاق محدد، وتنجرف النباتات الحقيقية. إذا قمت بإضافة محركات أقراص لاحقًا، فأعد تشغيل الاستطلاع. لقد استبدلنا الوحدات التي تم تصنيفها بشكل صحيح K-9 عند بدء التشغيل وتجاوزت تلك الوحدات بعد مرور خمس سنوات عندما تم تشغيل خط إنتاج ثانٍ.
حيث نراها تفشل في الميدان
العودة إلى مصنع تجهيز الأغذية. أظهر الاستطلاع إجمالي تشوه التيار بنسبة 34%، تهيمن عليه التوافقيات الخامسة والسابعة من محركات الطارد، كما أن عقوبة الخسارة الدوامية المحسوبة وضعت السعة الحقيقية للوحدة بالقرب من 70% من لوحة الاسم - والتي تطابق تمامًا الرحلات المزعجة. لقد استبدلنا الوحدة القياسية بقدرة 750 كيلو فولت أمبير بوحدة K-13محول من النوع الجافمن نفس التصنيف، وتوقفت إنذارات درجة الحرارة. الحمل لم يتغير. أخيرًا تم بناء اللف ليتناسب مع التيار الذي كان يحمله بالفعل.
النمط الثاني أكثر هدوءا. طلب منا أحد مصانع التعبئة والتغليف في المكسيك عرض أسعار لوحدة K-13، ثم سألنا عن سبب عدم قدرتهم على شراء وحدة قياسية وتخفيض سعرها بنسبة 30%. يمكنهم - ومن أجل واجبهم، كان التخفيض بالإضافة إلى مرشح توافقي نشط على أسوأ وحدة تغذية أرخص بشكل ملحوظ. النقطة المهمة ليست أن المحولات ذات التصنيف K هي الحل دائمًا. النقطة المهمة هي أنه لا ينبغي لأحد أن يقرر دون الطيف وحساب الخسارة، لأن كلاً من تصميم K ومسار الانحراف يعتمدان على الأرقام، وليس الآراء.
كيفية تحديد محول K-Factor: قائمة مراجعة RFQ
إذا كنت تشتري وحدة من النوع الجاف لمصنع أو مبنى مزود بمحركات أقراص أو أنظمة UPS أو أجهزة شحن، فسيتم إجراء المواصفات قبل انتهاء طلب عرض الأسعار. خمسة عناصر تغطي معظمها:
- تشغيل أو طلب الدراسة التوافقية أولا.قياس التشوه الحالي في حافلة المحولات لكلإيي 519-2022وقم بتسجيل TDD بالإضافة إلى الأوامر السائدة - عادةً الخامس والسابع والحادي عشر والثالث عشر.
- اسمح للمورد بحساب K من الطيف الخاص بك.إرسال الدراسة مع RFQ. تم اختيار AK لأن مصنعًا آخر استخدمه هو تخمين يرتدي زي الهندسة.
- قارن تصنيف K بالمعيار المخفض على التكلفة الإجمالية.سعر الشراء، والبصمة، والخسائر، والمرشح الذي قد تحتاجه في كلتا الحالتين كلها تنتمي إلى المقارنة.
- تأكد من مطابقة الشهادة للتصميم.بالنسبة لأمريكا الشمالية، اسأل عما إذا كانت الوحدة المصنفة K تحمل قائمة UL بموجب UL 1561 - أو شهادة CSA - للتصميم الدقيق، وليس فقط لعائلة المنتج.
- اطلب فئة ارتفاع درجة الحرارة وحساب FHL في حزمة الاختبار.ومن ثم يمكن للمهندس الخاص بك التحقق من التصنيف بدلاً من الوثوق بلوحة الاسم.
وأبقي الباب مفتوحا للتصفية. إذا كان الحمل السائد عبارة عن مجموعة VFD كبيرة واحدة، فإن المرشح النشط الموجود أمام المحول القياسي يمكنه التغلب على وحدة K-30 بالسعر. نقتبس المقارنة في كلتا الحالتين - أن الصدق أرخص من المحول الخطأ.
رأي رايان إلكتريك
قامت شركة Ryan Electric ببناء محولات من النوع الجاف والمغمورة بالسائل في منشأتنا التي تبلغ مساحتها 120,000 متر مربع في جيانغسو منذ عام 2007، ومحول عامل Kتعتبر الإنشاءات - الراتنج المصبوب وVPI - جزءًا قياسيًا من النطاق. باعتبارنا شريكًا في مشروع Eaton المشترك الحاصل على شهادات UL وCSA وIEEE وDEKRA في محفظتنا، فإننا نتعامل مع سؤال K كعملية حسابية. أرسل لنا ملف تعريف التحميل الخاص بك وسنقوم بتشغيل أرقام الخسارة C57.110 قبل الالتزام بالتصميم.
إذا كنت تحددمحولات من النوع الجافبالنسبة لمنشأة تحتوي على VFDs أو غرف UPS أو شواحن EV أو أي حمل آخر غير خطي، قم بمشاركة kVA وفئة الجهد والبيانات التوافقية من خلالريان-transformers.com- سيعود مهندسونا بتوصية K وحساب الخسارة وجدول زمني واقعي. أو، إذا كانت البيانات تشير إلى أن الوحدة القياسية بالإضافة إلى الفلتر هي الشراء الأكثر ذكاءً، فسنخبرك بذلك أيضًا.
عن المؤلف:تمت كتابة هذا المقال من قبل الفريق الهندسي في شركة Ryan Electric، وهي شريك في مشروع مشترك لشركة Eaton وشركة مصنعة للمحولات المعتمدة من UL/CSA في جيانغسو، الصين، والتي تخدم العملاء الصناعيين والتجاريين والمرافقين في جميع أنحاء أمريكا الشمالية وأمريكا اللاتينية وجنوب شرق آسيا والشرق الأوسط.
