صناعة الطاقة: محرك التردد المتغير ذو الجهد المتوسط

ال محرك التردد المتغير ذو الجهد المتوسط (MV VFD) عبارة عن قطعة مهمة من المعدات الإلكترونية للطاقة التي تتيح التحكم الدقيق والتشغيل الفعال لمحركات التيار المتردد في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية. يعمل كواجهة بين مصدر الطاقة والمحرك، حيث يقوم MV VFD بتعديل التردد والجهد المزود للمحرك، مما يسمح بتغيير سرعته وعزم الدوران بسلاسة ودقة.

تعريف الجهد المتوسط

في سياق أنظمة الطاقة الكهربائية، يشير مصطلح "الجهد المتوسط" عمومًا إلى نطاق من الإمكانات الكهربائية يقع عادةً بين $1\text{كيلو فولت}$ و $35\text{كيلو فولت}$ . هذا النطاق أعلى بكثير من الجهد المنخفض المستخدم في المنازل والمباني التجارية الصغيرة (عادةً أقل من $1\text{كيلو فولت}$ ). المحركات المصممة للعمل عند مستويات الجهد العالي هذه شائعة في الصناعات الثقيلة مثل النفط والغاز والتعدين وتوليد الطاقة ومعالجة المياه والبتروكيماويات، حيث تكون قوة المحرك الكبيرة (غالبًا $\text{ميغاواط}$ claقق) مطلوب للمضخات والضواغط والمراوح وأنظمة النقل.

الوظيفة الأساسية والتكنولوجيا

ال primary function of a محرك التردد المتغير ذو الجهد المتوسط هو تنظيم سرعة المحرك. من خلال التحكم في تردد طاقة التيار المتردد المزودة للمحرك، يتحكم المحرك مباشرة في سرعة الدوران، كما هو محدد في صيغة السرعة المتزامنة للمحرك: ${ن}_s=\frac{120و}{ص}$ حيث ${ن}_s$ هي السرعة المتزامنة، $و$ هو التردد، و $ص$ هو عدد أقطاب المحرك.

ال internal operation of the MV VFD involves three main stages:

1. تصحيح: يتم تحويل طاقة التيار المتردد الواردة إلى طاقة التيار المستمر.

2. رابط العاصمة: ال DC power is smoothed using capacitors or inductors.

3. الانقلاب: ال DC power is converted back into AC power with the desired, متغير التردد والجهد. يتم تحقيق ذلك عادةً باستخدام مفاتيح أشباه الموصلات عالية الطاقة، مثل الترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBTs) أو بوابة إيقاف الثايرستور (GTOs) .

نظرًا لمستويات الجهد العالي، تستخدم ملفات MV VFD طبولوجيا متخصصة - مثل محولات متعددة المستويات (على سبيل المثال، نقطة محايدة مثبتة (نصC)، مكثف طائر، أو جسر H المتتالي (CHB)) - لإدارة إجهاد الجهد عبر أشباه الموصلات وتحقيق شكل موجة خرج عالي الجودة (تشوه توافقي منخفض). تحظى طوبولوجيا الجسر H المتتالية بشعبية خاصة لأنها تسمح للمكونات القياسية ذات الجهد المنخفض أن تكون متصلة بشكل متسلسل لتجميع الجهد المتوسط.

المزايا والتطبيقات الرئيسية

ال adoption of the محرك التردد المتغير ذو الجهد المتوسط يقدم مزايا مقنعة تترجم إلى فوائد تشغيلية كبيرة:

• توفير الطاقة: وهذه هي في كثير من الأحيان الفائدة الأكثر أهمية. في تطبيقات المضخة والمروحة، تتناسب الطاقة المستهلكة مع مكعب السرعة ( $ص\propto {ن}^3$ ). يؤدي الانخفاض الطفيف في السرعة الذي يتم تحقيقه عبر VFD إلى توفير كبير في الطاقة مقارنة بالطرق التقليدية مثل صمامات الاختناق أو المخمدات.

• التحكم في العملية: تسمح VFDs بالتحكم الدقيق في السرعة وعزم الدوران، مما يؤدي إلى تحسين العمليات لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة والجودة والإنتاج.

• تقليل الإجهاد الميكانيكي: بالتمكين بداية ناعمة (التسارع التدريجي)، يقلل VFD بشكل كبير من تيارات التدفق العالية والصدمات الميكانيكية المرتبطة ببدء التشغيل المباشر على الخط، وبالتالي إطالة عمر المحرك والمعدات المتصلة.

• تحسين جودة الطاقة: غالبًا ما تشتمل تصميمات MV VFD الحديثة على ميزات تقلل من التشوه التوافقي المنعكس على شبكة الطاقة، مع الالتزام بمعايير جودة الطاقة الصارمة.

الse advantages make the MV VFD indispensable in sectors requiring continuous, large-scale motor operation. Common applications include:

1. المضخات والضواغط: تحسين التدفق في خطوط الأنابيب والمصافي ومرافق المياه.

2. المراوح والمنافخ: التحكم في تدفق الهواء في الأفران ومحطات الطاقة وأنظمة التهوية.

3. الناقلات والكسارات: إدارة سرعة مناولة المواد والحمل في إنتاج التعدين والأسمنت.

4. البثق والمطاحن: توفير تنظيم دقيق للسرعة في عمليات التصنيع.