يُذكركم مُورِّد جهاز تغذية الطاقة العاكسة بأن استهلاك الطاقة للمحرك الكهربائي المُشغِّل للحمل يُمثل أكثر من 70% من إجمالي استهلاك الطاقة. لذا، فإنَّ الحفاظ على طاقة المحرك الكهربائي والحمل الذي يُشغِّله له أهمية اجتماعية وفوائد اقتصادية بالغة الأهمية.
هناك طريقتان رئيسيتان لتوفير الطاقة من خلال المحركات الكهربائية وأحمالها: الأولى هي تحسين كفاءة تشغيل المحرك أو الحمولة، مثل تركيب مصعد مزود بذاكرة ذكية. ففي المبنى، غالبًا ما تعمل عدة مصاعد في نفس الاتجاه، مما يستهلك الكثير من الكهرباء. كيف نجعل المصاعد ذكية وموفرة للطاقة؟ يمكن القول إن تقنيات التحكم الحديثة قد حلت هذه المشكلة. تُشبه "الخلايا العصبية الاصطناعية" بنوك الذاكرة ومعالجة المعلومات، حيث تسجل تشغيل المصاعد أسبوعيًا كفترة زمنية. ووفقًا للمعلومات المسجلة، تُولد "الخلايا العصبية الاصطناعية" وضع التشغيل الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة، وتتحكم في عدة مصاعد في المبنى، وتوزع العمل بينها بوضوح، وتصل إلى الموقع المناسب في الوقت المناسب، وتُسهّل صعود ونزول الركاب، وتُقلل عدد مرات تشغيل المصعد وتشغيله. بالنسبة للمصاعد الجماعية، يمكن أن تصل نسبة توفير الطاقة إلى أكثر من 30%. بالإضافة إلى ذلك، تشمل تدابير توفير الطاقة الهادفة إلى تحسين كفاءة تشغيل المحرك الكهربائي إيقاف تشغيل إضاءة المصعد تلقائيًا عند عدم وجود أي راكب، والتوقف التلقائي أو تشغيل السلالم المتحركة بسرعات منخفضة، وغيرها. أما الثاني، فيتمثل في تحويل الطاقة الميكانيكية التي ينقلها المحرك إلى الحمل إلى طاقة كهربائية وإرسالها إلى شبكة الكهرباء، مما يقلل من استهلاك المحرك والحمل للطاقة في وحدة زمنية واحدة، وبالتالي تحقيق هدف توفير الطاقة. وتُعدّ التغذية الراجعة للطاقة أداةً نموذجية لتوفير الكهرباء في الفئة الثانية.
كما هو معروف، تمتلك المحركات الكهربائية طاقة حركية ميكانيكية عند تحريك الأحمال. إذا سحبت المحركات الكهربائية أحمالًا تتحرك لأعلى ولأسفل (مثل المصاعد والرافعات وبوابات الخزانات، إلخ)، فإنها تمتلك طاقة كامنة. عندما يدفع المحرك الكهربائي الحمل لإبطاء سرعته، تنطلق طاقته الحركية الميكانيكية؛ وعندما تنخفض طاقة الحمل الكامنة أثناء الحركة (أي تنخفض طاقة الوضع)، تنطلق طاقته الميكانيكية أيضًا. إذا أمكن تحويل هذين الجزأين من الطاقة الميكانيكية بفعالية إلى طاقة كهربائية وإرسالهما إلى شبكة الكهرباء المترددة، يمكن تحقيق هدف الحفاظ على الطاقة.
تحليل توفير الطاقة للمصاعد
المصعد الذي يستخدم تنظيم سرعة تحويل التردد لديه أقصى طاقة حركية ميكانيكية بعد الوصول إلى أقصى سرعة تشغيل. قبل الوصول إلى الطابق المستهدف، يحتاج المصعد إلى التباطؤ تدريجيًا حتى يتوقف عن الحركة. هذه العملية هي الفترة التي يطلق فيها حمل المصعد الطاقة الحركية الميكانيكية. يمكن لمحول التردد تحويل الطاقة الميكانيكية خلال هذه الفترة إلى طاقة كهربائية من خلال المحرك الكهربائي وتخزينها في المكثف الكبير لوصلة التيار المستمر لمحول التردد. في هذا الوقت، يشبه المكثف الكبير خزانًا صغيرًا بسعة تخزين محدودة. إذا لم يتم تفريغ الماء المحقون في الخزان الصغير في الوقت المناسب، فقد تحدث حوادث فيضان في الخزان. وبالمثل، إذا لم يتم تفريغ الطاقة في المكثف في الوقت المناسب، فقد يحدث أيضًا جهد زائد. في الوقت الحاضر، تتمثل طريقة تضخيم المكثفات في محولات التردد في استخدام وحدات الكبح أو المقاومات الخارجية عالية الطاقة، والتي تهدر الكهرباء في المكثفات الكبيرة إلى المقاومات الخارجية عالية الطاقة. يمكن للمحولات إعادة الكهرباء المخزنة في المكثفات الكبيرة إلى شبكة الطاقة دون استهلاك، وبالتالي تحقيق هدف توفير الطاقة والقضاء على الحاجة إلى المقاومات عالية الطاقة التي تستهلك الكهرباء وتولد الحرارة، مما يحسن بشكل كبير بيئة تشغيل النظام.
لا يزال المصعد حمولة محتملة، ومن أجل سحب الحمل بالتساوي، يتكون حمل المصعد من عربات الركاب وكتل توازن الثقل الموازن. فقط عندما تكون سعة حمولة عربة المصعد حوالي 50٪ (مثل مصعد ركاب 1000 كجم بحوالي 7 ركاب)، تكون كتلة توازن الثقل الموازن لعربة المصعد في حالة توازن أساسية للكتلة بين الجانبين. بخلاف ذلك، سيكون هناك فرق في الكتلة بين عربة المصعد وكتلة توازن الثقل الموازن، مما سيولد طاقة كامنة ميكانيكية أثناء تشغيل المصعد. عندما تتحرك المكونات الثقيلة للمصعد لأعلى، تزداد الطاقة الكامنة الميكانيكية التي يمتصها المحرك الكهربائي ويحولها من شبكة الطاقة. عندما تتحرك المكونات الثقيلة للمصعد لأسفل، تقل الطاقة الكامنة الميكانيكية، ويتم إطلاق الطاقة الكامنة الميكانيكية المخفضة وتحويلها إلى طاقة كهربائية مخزنة في المكثف الكبير لوصلة التيار المستمر لمحول التردد من خلال المحرك الكهربائي. ثم يرسل جهاز تغذية الطاقة هذا الجزء من الطاقة الكهربائية مرة أخرى إلى شبكة الطاقة.
تُظهر التحليلات والحسابات واختبارات النماذج الأولية أنه كلما زادت سرعة المصعد، ارتفع الطابق، وانخفض استهلاك الدوران الميكانيكي، زادت الطاقة المُعادة إلى شبكة الكهرباء. يمكن أن تصل كمية الكهرباء المُعادة إلى حوالي 50% من إجمالي استهلاك المصعد، مما يعني أن كفاءة توفير الطاقة تصل إلى حوالي 50%.
يشير التحليل السابق إلى أن استخدام أجهزة تغذية الطاقة له تأثير ملحوظ في توفير الطاقة في المعدات سريعة الحركة، مثل المصاعد والرافعات. كما أن له تأثيرًا ملحوظًا في توفير الطاقة في معدات مثل القاطرات الكهربائية والمقاشط الجسرية التي تعمل وتتوقف بشكل متكرر.
هيكل ومبادئ التحكم الأساسية للأجهزة الموفرة للطاقة
يظهر الهيكل الرئيسي للدائرة لجهاز ردود الفعل للطاقة في الشكل 1، ويتكون بشكل أساسي من جسر كامل ثلاثي الطور IGBT (ترانزستور ثنائي القطب ذو بوابة معزولة)، ومحاثة متسلسلة، ومكثف ترشيح، وبعض الدوائر الطرفية.
تطبيق أجهزة تغذية الطاقة في الحفاظ على طاقة المصاعد
الشكل 1: مخطط هيكل الدائرة الرئيسية وطريقة التوصيل لجهاز تغذية الطاقة PFE
يتصل طرف الخرج بأطراف الدخل R وS وT لمحوّل تردد المصعد؛ ويوجد ثنائيا عزل VD1 وVD2 موصولان على التوالي عند طرف الدخل، ثم يُوصلان بخط PN لمحوّل التردد. عندما يُولّد المصعد الكهرباء من خلال إعادة التوليد، يرتفع جهد ناقل محول تردد المصعد، وبعد مروره عبر VD1 وVD2، يرتفع أيضًا جهد ناقل جهاز التغذية الراجعة. عندما يتجاوز جهد الناقل قيمة الفتح المُحددة، يبدأ جهاز التغذية الراجعة العمل ويُعيد الطاقة الكهربائية إلى الشبكة.
يمكن وصف وظيفة جهاز تغذية الطاقة باستخدام الشكل 2. تتكون دائرة التحكم (داخل المربع المنقط) من شريحة منطقية قابلة للبرمجة بواسطة حاسوب دقيق أحادي الشريحة وجهاز أخذ عينات إشارة محيطية، إلى جانب تصميم برمجي عالي التكرار، مما يتيح لدائرة التحكم تحديد قيم تسلسل الطور والطور والجهد والتيار اللحظية لشبكة الطاقة ثلاثية الطور بالتيار المتردد تلقائيًا، والتحكم بشكل منظم في وحدة الطاقة الذكية (IPM) للعمل في حالة PWM، مما يضمن إمكانية إرجاع طاقة التيار المستمر بسرعة إلى شبكة الطاقة بالتيار المتردد.
تطبيق أجهزة تغذية الطاقة في الحفاظ على طاقة المصاعد
الشكل 2 مخطط كتلة وظيفية لجهاز تغذية الطاقة
تتوفر حاليًا منتجات أجهزة ردود الفعل للطاقة، والتي تتمتع بالخصائص التالية:
① استبدال عناصر التسخين مثل مقاومات الفرامل، والقضاء على مصادر الحرارة، وتحسين بيئة غرفة الماكينة، وتقليل الآثار السلبية لدرجات الحرارة المرتفعة على المكونات مثل المحركات وأنظمة التحكم، وإطالة عمر خدمة المصاعد؛
② يمكنه التخلص على الفور من جهد المضخة، وتحسين أداء فرملة المصعد بشكل فعال، وتعزيز أداء راحة المصعد؛
③ باستخدام استراتيجية التحكم في الطور، يمكن قمع التداخل التوافقي لمحول التردد الذي يحرك المصعد على شبكة الطاقة بشكل فعال، مما يؤدي إلى تنقية شبكة الطاقة؛
④ شكل موجة جهد الخرج جيد، وعامل القدرة مرتفع، ولا يوجد دوران نابض، ويتطابق جهده مع جهد الشبكة؛
⑤ وجود تدابير عزل كهربائية فعالة لا تتداخل مع المعدات الكهربائية الأخرى أو تتأثر بالعوامل الخارجية؛
⑥ يتميز المنتج بدرجة عالية من الذكاء والتشغيل المستقر والسلامة والموثوقية، كما أن وظائف الحماية من الأخطاء والإنذار المختلفة كاملة؛
⑦ طالما أن الاختيار صحيح، والأسلاك صحيحة، وليس هناك حاجة إلى تصحيح الأخطاء، فيمكن وضعه موضع الاستخدام؛
⑧ المنتج يتميز بهيكل بسيط وحجم صغير وسهولة التركيب والصيانة.