ماذا يعني التيار التوافقي
التيار التوافقي هو مصطلح جماعي للمكونات الجيبية التي يكون ترددها مضاعفًا لتردد التيار الدوري الأصلي. يسمى التيار التوافقي بتردد يساوي k مرات تردد التيار الدوري الأصلي بالتيار التوافقي k-th، ويشار إلى جميع التيارات التوافقية ذات التردد الأكبر من 1 بشكل جماعي على أنها تيارات توافقية ذات رتبة أعلى.
يمكن أن تتحلل الإشارة الدورية إلى تراكب خطي لمكون التيار المستمر c0 وإشارات جيبية ذات ترددات مختلفة من خلال تحويل فورييه: f (t)=c0+∑ _ (m=1) ^ ∞ ▒ [c_m sin (m ω T+ φ_ m) ]
من بينها، c_msin (m ω T+ φ_ m) التعبير عن التوافقي m-th، حيث يمثل cm سعة التوافقي m-th وتردده الزاوي هو m ω، المرحلة الأولية هي φ m. قيمته الفعالة هي سم/√ 2.
عندما تكون m=1، c1sin( ω T+ φ_ 1) التعبير عن المكون الأساسي، الذي يكون تردده الزاوي ω، المرحلة الأولية هي φ تسمى قيمة الجذر التربيعي المتوسط c1/√ 2 بالقيمة الفعالة الأساسية.
ω/ 2 π هو تردد المكون الأساسي، والذي يسمى بالتردد الأساسي. تردد المكون الأساسي يساوي تردد إشارة التيار المتردد. تردد التوافقي m هو عدد صحيح مضاعف (m مرات) للتردد الأساسي.
تعريف التوافقيات في أنظمة إمداد الطاقة هو تحليل سلسلة فورييه للكميات الكهربائية الدورية غير الجيبية. بالإضافة إلى الحصول على مكونات هي نفس التردد الأساسي لشبكة الطاقة، يتم الحصول أيضًا على سلسلة من المكونات أكبر من التردد الأساسي لشبكة الطاقة. هذا الجزء من الكمية الكهربائية يسمى التوافقيات. تسمى نسبة التردد التوافقي إلى التردد الأساسي (n=fn/f1) بالترتيب التوافقي. في بعض الأحيان توجد توافقيات غير صحيحة في شبكة الطاقة، والمعروفة باسم التوافقيات غير التوافقية أو التوافقيات الكسرية.
التوافقيات هي في الواقع نوع من التداخل الذي يلوث شبكة الطاقة. يدرس مجال التكنولوجيا الكهربائية بشكل أساسي حدوث التوافقيات ونقلها وقياسها وضررها وقمعها، مع نطاق تردد عمومًا يبلغ 2 ≥ n ≥ 40.
2. أسباب توليد التيار التوافقي
السبب الأساسي لتوليد التيارات التوافقية يرجع إلى الأحمال غير الخطية.
عندما يتدفق التيار خلال الحمل وليس له علاقة خطية مع الجهد المطبق، فإنه يشكل تيارًا غير جيبي، مما يؤدي إلى التوافقيات. إن قمع التوافقيات في نظام الطاقة هو كيفية تقليل أو إزالة التيار التوافقي الذي يتم حقنه في النظام، من أجل التحكم في الجهد التوافقي ضمن القيمة المحددة.
هناك أربعة إجراءات رئيسية لقمع التيار التوافقي:
(1) تقليل المحتوى التوافقي للمصدر التوافقي. وذلك لاتخاذ تدابير على المصدر التوافقي لتقليل توليد توافقيات الأرانب. هذه الطريقة أكثر استباقية، ويمكن أن تحسن جودة شبكة الطاقة، ويمكن أن توفر بشكل كبير تكلفة إزالة التأثيرات التوافقية.
(2) اعتماد طريقة تعديل عرض النبضة (PWM). باستخدام تقنية تعديل عرض النبض (PWM)، يتم تعديل جهد التيار المستمر إلى سلسلة من نبضات جهد التيار المتردد ذات سعة متساوية ولكنها ليست متساوية العرض خلال دورة التردد المطلوبة. يمكن لهذه الطريقة أن تمنع بشكل كبير توليد التوافقيات.
(3) يمتص التيار التوافقي عند المصدر التوافقي. يعد هذا النوع من الطرق طريقة فعالة لقمع التوافقيات الموجودة، وهي الطريقة الأكثر استخدامًا حاليًا لقمع التوافقيات في نظام الطاقة.
(4) تحسين نظام إمدادات الطاقة والبيئة. بالنسبة لنظام إمداد الطاقة، فإن توليد التوافقيات أمر لا مفر منه، ولكن هناك تدابير مثل زيادة قدرة الدائرة القصيرة لنظام إمداد الطاقة، وتحسين مستوى الجهد لنظام إمداد الطاقة، وزيادة قدرة معدات إمداد الطاقة، والحفاظ على ثلاثة - موازنة حمل الطور قدر الإمكان يمكنها جميعها تحسين قدرة شبكة الكهرباء على مقاومة التوافقيات. إن اختيار جهد مصدر طاقة معقول والحفاظ على توازن الجهد ثلاثي الطور قدر الإمكان يمكن أن يقلل بشكل فعال من تأثير التوافقيات على
شبكة الكهرباء. يتم توفير المصدر التوافقي من خلال نقطة إمداد طاقة ذات سعة أكبر أو شبكة جهد أعلى، وستزداد القدرة على تحمل التوافقيات. إن تشغيل حمل المصدر التوافقي من خلال خطوط مخصصة يقلل من تأثير التوافقيات على الأحمال الأخرى، ويساعد أيضًا في تركيز قمع وإزالة التوافقيات ذات الترتيب الأعلى.
3. مخاطر التيارات التوافقية
في الثلاثين إلى الأربعين عامًا الماضية، أدى التطور السريع لمختلف أجهزة الطاقة الإلكترونية إلى تلوث توافقي شديد الخطورة في شبكة الطاقة العامة. كما حدثت أيضًا أخطاء وحوادث مختلفة ناجمة عن التوافقيات بشكل مستمر، وقد اجتذبت شدة المخاطر التوافقية اهتمامًا كبيرًا من الناس. يمكن تلخيص ضرر التوافقيات على شبكات الطاقة العامة والأنظمة الأخرى بشكل تقريبي في الجوانب التالية.
(1) تسبب التوافقيات خسائر توافقية إضافية في مكونات شبكة الكهرباء العامة، مما يقلل من كفاءة معدات توليد ونقل واستهلاك الطاقة. عندما يتدفق عدد كبير من التوافقيات من الدرجة الثالثة عبر الخط المحايد، فقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة الخط أو حتى التسبب في نشوب حريق.
(2) تؤثر التوافقيات على التشغيل العادي للمعدات الكهربائية المختلفة. إن تأثير التوافقيات على المحركات لا يسبب خسائر إضافية فحسب، بل يولد أيضًا اهتزازًا ميكانيكيًا وضوضاء وجهدًا زائدًا، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة المحولات المحلية بشدة. يمكن أن تتسبب التوافقيات في ارتفاع درجة الحرارة وتقادم العزل وتقصير العمر الافتراضي وحتى تلف المكثفات والكابلات والمعدات الأخرى.
(3) يمكن أن تسبب التوافقيات رنينًا متوازيًا محليًا ورنينًا متسلسلًا في شبكة الكهرباء العامة، وبالتالي تضخيم التوافقيات، مما يزيد بشكل كبير من ضرر (1) و(2) أعلاه، وحتى التسبب في حوادث خطيرة.
(4) التوافقيات يمكن أن تسبب سوء تشغيل حماية المرحل والأجهزة الأوتوماتيكية، ويمكن أن تؤدي إلى قياس غير دقيق لأجهزة القياس الكهربائية.
(5) يمكن أن تسبب التوافقيات تداخلاً مع أنظمة الاتصالات المجاورة، وفي الحالات الخفيفة، يمكن أن تتولد ضوضاء، مما يقلل من جودة الاتصال؛ وتؤدي الحالات الشديدة إلى فقدان أماكن الإقامة، مما يجعل نظام الاتصالات غير قادر على العمل بشكل صحيح
