ما هي التوافقيات في الأنظمة الكهربائية وما الذي يسببها؟

في النظام الكهربائي، تشير التوافقيات إلى المكونات ذات الترددات التي تكون أضعافاً صحيحة أكبر من التردد الأساسي المحصل عليه من خلال تحليل كمية متناوبة دورية غير جيبية بواسطة سلسلة فورييه، وغالباً ما يطلق عليها اسم التوافقيات العليا.

الأسباب الرئيسية للتوافقيات هي كالتالي:

• وجود الأحمال اللاخطية: هذا هو السبب الرئيسي لتوليد التوافقيات. على سبيل المثال، الأجهزة الإلكترونية القوية، بما في ذلك المستقيميات والمقلبات ومغيرات التردد، حيث أن الأجهزة شبه الموصلة داخلها ستقوم بإزاحة موجات الجهد والتيار أثناء التشغيل، مما يؤدي إلى توليد التوافقيات. خذ المستقيميات كمثال. يقوم بتحويل التيار المتناوب إلى تيار مستمر. خلال عملية التحويل، سيظهر التيار الداخل بموجة غير جيبية وتحتوي على عدد كبير من مكونات التوافقيات. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر الأفران القوسية والأضواء الفلورية أيضاً من الأحمال اللاخطية الشائعة. في عملية صهر الفولاذ في الفرن القوسي، عدم استقرار القوس سيؤدي إلى تقلبات في التيار وتوليد التوافقيات. بسبب وظيفة الكرة في المصباح الفلوري، سيتم إزاحة موجة التيار أيضاً، مما يؤدي إلى توليد التوافقيات.

• تيار التشغيل للمحولات: عند تشغيل المحول، يحدث التشبع المغناطيسي في لب الحديد، مما يجعل تيار التشغيل لم يعد موجة جيبية، وبالتالي توليد التوافقيات. خاصة عندما يتم تشغيل المحول بدون حمل أو تحت حمل خفيف، سيكون مكونات التوافقيات في تيار التشغيل أكثر وضوحاً.

• عدم توازن نظام التغذية الكهربائية: عندما تكون الأحمال لكل مرحلة في نظام التغذية ثلاثي الأطوار غير متوازنة، سيؤدي ذلك إلى عدم تناسق التيار والجهد، وبالتالي توليد التوافقيات. على سبيل المثال، في بعض المواقع الصناعية، بسبب الأجهزة المختلفة المتصلة بكل مرحلة، قد يحدث حالة عدم توازن الأحمال الثلاثية، مما يؤدي إلى ظهور التوافقيات في نظام التغذية الكهربائية.

يمكن أن تسبب التوافقيات زيادة في الحرارة والخسائر في المعدات الكهربائية، مما يؤثر على التشغيل الطبيعي وعمر الخدمة للمعدات. كما يمكن أن تؤدي إلى تداخل مع أنظمة الاتصالات وتثير اهتزازات في نظام الطاقة وغيرها من المشاكل. لذلك، يجب اتخاذ الإجراءات المناسبة للعلاج.