يُذكركم مُورِّدو وحدات كبح مُحوِّلات التردد بأنه نتيجةً للترويج القوي لتكنولوجيا مُحوِّلات التردد والترويج المُكثَّف لتجارها، ربطت بعض الشركات الصناعية، دون وعي، استخدام مُحوِّلات التردد بترشيد الطاقة وتوفير الكهرباء. ومع ذلك، في التطبيق العملي، ونتيجةً لاختلاف الظروف، أدركت العديد من الشركات تدريجيًا أن ليس كل مكان تُطبَّق فيه مُحوِّلات التردد قادر على توفير الطاقة والكهرباء. فما أسباب هذا الوضع، وما هي المفاهيم الخاطئة الشائعة حول مُحوِّلات التردد؟
1. يمكن لمحول التردد توفير الكهرباء عند استخدامه على جميع أنواع المحركات
تُحدَّد قدرة مُحوِّل التردد على توفير الطاقة من خلال خصائص تنظيم سرعة حمله. بالنسبة لآلات الطرد المركزي والمراوح ومضخات المياه، التي تنتمي إلى أحمال عزم الدوران التربيعية، يجب استيفاء قدرة خرج المحرك P ∝ Tn وP ∝ n3، أي أن قدرة الخرج على عمود المحرك تتناسب طرديًا مع القوة الثالثة للسرعة. يُلاحظ أن تأثير توفير الطاقة لمُحوِّلات التردد يكون الأبرز في أحمال عزم الدوران التربيعية.
في أحمال عزم الدوران الثابتة، مثل منفاخات روتس، لا يعتمد عزم الدوران على السرعة. عادةً، يتم ضبط مخرج العادم والتحكم فيه بواسطة صمام. عندما يتجاوز حجم الهواء الطلب، يُفرّغ هذا الحجم الزائد لتحقيق الضبط. في هذه الحالة، يمكن استخدام تنظيم السرعة للتشغيل، مما يُحقق أيضًا توفيرًا للطاقة. بالإضافة إلى ذلك، في أحمال الطاقة الثابتة، لا تعتمد الطاقة على السرعة. في هذه الحالات، لا حاجة لاستخدام مُحوّل تردد.
2. المفاهيم الخاطئة حول الطرق غير الصحيحة في حساب استهلاك الطاقة
تستخدم العديد من الشركات تعويض القدرة التفاعلية بناءً على القدرة الظاهرية عند حساب فعالية توفير الطاقة. على سبيل المثال، عند تشغيل محرك بأقصى حمل في ظل ظروف تردد الطاقة، يكون تيار التشغيل المُقاس 194 أمبير. بعد استخدام تنظيم سرعة التردد المتغير، يرتفع معامل القدرة أثناء التشغيل بأقصى حمل إلى حوالي 0.99. عندها، يكون التيار المُقاس 173 أمبير. يعود سبب انخفاض التيار إلى أن مكثف الترشيح الداخلي لمحول التردد يُحسّن معامل قدرة النظام.
وفقًا لحساب الطاقة الظاهرة، يكون تأثير توفير الطاقة كما يلي:
ΔS=UI=380×(194-173)=7.98 كيلو فولت أمبير
يبلغ تأثير توفير الطاقة حوالي 11% من الطاقة المقدرة للمحرك.
في الواقع، القدرة الظاهرية S هي حاصل ضرب الجهد في التيار. في ظل ظروف الجهد نفسها، يتناسب التغير في القدرة الظاهرية طرديًا مع التغير في التيار. بالنظر إلى مفاعلة النظام في الدائرة، لا تمثل القدرة الظاهرية الاستهلاك الفعلي للطاقة للمحرك، بل تمثل أقصى سعة خرج في الظروف المثالية. عادةً ما يُعبر عن الاستهلاك الفعلي للطاقة للمحرك بالقدرة الفعالة.
يتم تحديد الاستهلاك الفعلي للطاقة للمحرك من خلال المحرك وحمله. بعد زيادة معامل القدرة، لا يتغير حمل المحرك، ولا تتغير كفاءة المحرك أيضًا. وبالتالي، لن يتغير الاستهلاك الفعلي للطاقة للمحرك. بعد زيادة معامل القدرة، لم يكن هناك أي تغيير في حالة تشغيل المحرك، أو تيار الجزء الثابت، أو التيارات النشطة والتفاعلية. فكيف يتم تحسين معامل القدرة؟ يكمن السبب في مكثف الترشيح داخل محول التردد، وجزء من استهلاك المحرك هو الطاقة التفاعلية التي يولدها مكثف الترشيح. يؤدي تحسين معامل القدرة إلى تقليل تيار الدخل الفعلي لمحول التردد، كما يقلل من فقد الخط وفقدان المحول لشبكة الطاقة. في الحساب أعلاه، على الرغم من استخدام التيار الفعلي للحساب، يتم حساب الطاقة الظاهرية بدلاً من الطاقة النشطة. لذلك، فإن استخدام الطاقة الظاهرية لحساب تأثيرات توفير الطاقة غير صحيح.
كدائرة إلكترونية، يستهلك محول التردد نفسه الطاقة أيضًا
من تركيب مُحوِّل التردد، يتضح أنه يحتوي على دوائر إلكترونية، ما يعني أنه يستهلك طاقة أثناء التشغيل. ورغم أن استهلاكه للطاقة أقل مقارنةً بالمحركات عالية القدرة، إلا أن استهلاكه الذاتي للطاقة أمرٌ واقع. ووفقًا لحسابات الخبراء، يبلغ الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة الذاتية لمُحوِّل التردد حوالي 3-5% من طاقته المُصنّفة. يستهلك مُكيِّف هواء بقوة 1.5 حصان ما بين 20 و30 واط من الكهرباء، أي ما يُعادل إضاءةً مستمرة.
باختصار، من المعروف أن محولات التردد تتميز بوظائف توفير الطاقة عند تشغيلها بتردد طاقة، ولكن شرطها الأساسي هو: أولاً، طاقة عالية وحمل مروحة/مضخة؛ ثانياً، أن يتمتع الجهاز نفسه بوظيفة توفير الطاقة (دعم برمجي)؛ ثالثاً، تشغيل مستمر طويل الأمد. هذه هي الشروط الثلاثة التي يُظهر فيها محول التردد تأثيرات توفير الطاقة.
يُعدّ الحفاظ على الطاقة وترشيد الاستهلاك هدفين أساسيين للصناعة التحويلية، ولكن من الضروري للمؤسسات الصناعية فهم الظروف التي ينبغي فيها استخدام محولات التردد، والحالات التي لا يُنصح فيها باستخدامها، والنظر في التكوين الكامل لمحولات التردد بشكل شامل. وقد أصبح من المتفق عليه أن المخاطر التوافقية الناجمة عن الإفراط في تكوين محولات التردد قد أصبحت خطرًا. لذلك، من الضروري استخدام محولات التردد بشكل معقول لتحقيق استراتيجية ترشيد الطاقة وترشيد الاستهلاك والتنمية المستدامة.