ما هي أنواع المفاعلات؟ الأدوار الرئيسية في أنظمة الطاقة
المفاعل (المستحث): التعريف والأنواع
المفاعل، المعروف أيضًا باسم المستحث، يولد مجالًا مغناطيسيًا في الفضاء المحيط عندما يتدفق التيار عبر الموصل. لذلك، فإن أي موصل يحمل تيارًا يمتلك بشكل طبيعي الاستحثاء. ومع ذلك، فإن الاستحثاء للموصل المستقيم صغير وينتج حقلًا مغناطيسيًا ضعيفًا. يتم بناء المفاعلات العملية عن طريق لف الموصل على شكل سولينويد، وهو ما يعرف بالمفاعل ذو اللب الهوائي. ولزيادة الاستحثاء بشكل أكبر، يتم إدخال لب مغناطيسي فرروي إلى داخل السولينويد، مما يشكل مفاعل ذو لب فرروي.
1. المفاعل الموازٍ
كان النموذج الأولي للمفاعلات الموازية يستخدم لاختبار الأحمال الكاملة للمحركات الكهربائية. المفاعلات الموازية ذات اللب الفرروي تولد قوى مغناطيسية متناوبة بين أقسام اللب المنفصلة، مما يؤدي إلى مستويات من الضوضاء عادةً أعلى بـ 10 ديسيبل من المحولات ذات القدرة المكافئة. تحمل المفاعلات الموازية التيار المتردد (AC) وتستخدم لتوفير تعويض عن الاستحثاء السعوي لنظام. غالبًا ما يتم ربطها متسلسلًا مع الثايرستورات لتمكين التنظيم المستمر للتيار الاستحثائي.
2. المفاعل المتسلسل
يحمل المفاعلات المتسلسلة التيار المتردد (AC) وترتبط متسلسلًا مع مكثفات الطاقة لتشكيل دارة توافق متسلسلة للتوافقيات الثابتة (مثل التوافقيات 5 و7 و11 و13). المفاعلات المتسلسلة النموذجية لها قيم مقاومة تتراوح بين 5-6٪ وتُعتبر من النوع ذي الاستحثاء العالي.
3. المفاعل المنسجم
يحمل المفاعلات المنسجمة التيار المتردد (AC) وترتبط متسلسلًا مع المكثفات لإنشاء توافق متسلسل عند تردد توافقي محدد (n)، وبالتالي امتصاص تلك المكونات التوافقي. الترتيبات المنسجمة الشائعة هي n = 5 و7 و11 و13 و19.
4. المفاعل الخرج
يحد المفاعل الخرج من تيار الشحن السعوي في أسلاك المحرك ويقيد معدل ارتفاع الجهد عبر ملفات المحرك ليكون ضمن 540 فولت/ميكروثانية. عادةً ما يكون مطلوبًا عندما يتخطى طول الكابل بين محرك التحكم المتغير في التردد (VFD) (4-90 كيلوواط) والمحرك 50 مترًا. كما أنه ينعم الجهد الخارج من VFD (يقلل من حدة حواف التبديل)، مما يقلل من الاضطرابات والضغط على مكونات العاكس مثل IGBTs.
ملاحظات التطبيق للمفاعلات الخرج:
للتوسع في المسافة بين VFD والمحرك، استخدم كابلات أسمك مع عزل محسن، ويفضل أن تكون من النوع غير المدرع.
خصائص المفاعلات الخرج:
مناسب لتعويض الطاقة الاستحثائية وتخفيف التوافقيات؛
يعوض عن السعة الموزعة في الكابلات الطويلة ويقمع التيار التوافقي الخارج؛
يحمي بشكل فعال VFDs، ويحسن عامل القوة، ويمنع التداخل من جانب الشبكة، ويقلل من تلوث التوافقيات من وحدات التقوية إلى الشبكة.
5. المفاعل الدخول
يحده المفاعل الدخول انخفاض الجهد على جانب الشبكة أثناء التحويل في المحول، ويقمع التوافقيات، ويقوم بإزالة الترابط بين مجموعات المحولات المتوازية. كما يحد أيضًا من زيادة التيار الناتجة عن التوافقيات الجهدية أو عمليات التبديل. عندما يكون نسبة القدرة القصوى للشبكة إلى قدرة VFD أكبر من 33:1، يجب أن يكون الانخفاض النسبي للمفاعل الدخول 2٪ للعمل في الربع الواحد و4٪ للعمل في الأرباع الأربعة. يمكن للمفاعل العمل عندما يتجاوز جهد قصر الشبكة 6٪. بالنسبة لوحدة التقوية ذات 12 نبضة، يتطلب مفاعل دخول على الجانب الخط بانخفاض جهد لا يقل عن 2٪. يتم استخدام المفاعلات الدخول على نطاق واسع في أنظمة التحكم الآلي الصناعي والمصانع. يتم تركيبها بين شبكة الطاقة ووحدات VFD أو متحكمات السرعة، حيث تقوم بقمع الفولتات والتيارات الزائدة التي تنتج عن هذه الأجهزة، مما يقلل بشكل كبير من التوافقيات العليا والمشوهة في النظام.
خصائص المفاعلات الدخول:
مناسب لتعويض الطاقة الاستحثائية وترشيح التوافقيات؛
يحد من زيادة التيار الناتجة عن التوافقيات الجهدية والجهد الزائد بسبب التبديل؛ يقوم بتصفية التوافقيات لتقليل تشوه موجة الجهد؛
ينعم الفواصل الجهدية ونقاط التحويل في دوائر الجسر.
6. المفاعل الحد التيار
يُستخدم المفاعلات الحد التيار عادةً في دوائر التوزيع. يتم ربطها متسلسلًا مع خطوط التغذية الفرعية المتفرعة من نفس الشريط الأمامي لتحديد التيار القصير والحافظ على استقرار جهد الشريط الأمامي أثناء الأعطال، ومنع انخفاض الجهد المفرط.
7. مكثف القوس (حلقة بيترسن)
يُستخدم مكثف القوس بشكل واسع في الأنظمة الأرضية الرنانة من 10 كيلوفولت إلى 63 كيلوفولت، ونتيجة للاتجاه نحو محطات خالية من الزيت، خاصة لأنظمة أقل من 35 كيلوفولت، أصبحت تصاميم مكثف القوس من نوع الراتنج المصبوب أكثر شيوعًا.
8. المفاعل المعتدل (غالبًا ما يكون متماثلًا للمفاعل المتسلسل)
يتم ربط المفاعلات المعتدلة متسلسلًا مع مكثفات البنوك أو المكثفات المدمجة لتقييد التيار الداخل أثناء التبديل المكثف—متشابهة الوظيفة للمفاعلات الحد التيار. المفاعل المرشح: عند ربطه متسلسلًا مع مكثفات المرشح، يشكلون دارات مرشحة رنانة، ويستخدمون عادةً لتصفية التوافقيات من 3 إلى 17 أو مرشحات مرتفعة التردد. محطات التحويل الكهربائي المباشر عالي الجهد، ومراقبة التوتر الثابت VAR، ومقويات كبيرة، وخطوط السكك الحديدية الكهربائية، ودوائر إلكترونية عالية الطاقة تستند إلى الثايرستورات هي جميعًا مصادر للتيار التوافقي الذي يجب ترشيحه لمنع حقنه في الشبكة. لدى شركات الكهرباء لوائح محددة بشأن مستويات التوافقيات في الأنظمة الكهربائية.
9. المفاعل المعتدل (المفاعل الرابط DC)
يُستخدم المفاعلات المعتدلة في الدوائر الكهربائية المباشرة بعد التقوية. بما أن دوائر التقوية تنتج عددًا محدودًا من النبضات، فإن الجهد المباشر الخارج يحتوي على تقلبات، والتي غالبًا ما تكون ضارة ويجب قمعها بواسطة مفاعل معتدل. يتم تجهيز محطات التحويل الكهربائي المباشر بمفاعلات معتدلة لجعل الجهد المباشر الخارج قريباً قدر الإمكان من المثالي. المفاعلات المعتدلة أساسية أيضًا في محركات التحكم بالثايرستور. في دوائر التقوية، خاصة في مصادر الطاقة ذات التردد المتوسط، وظائفهم الرئيسية تشمل:
تحديد تيار القصر (خلال التحويل في الثايرستور العاكس، التوصيل المتزامن يعادل القصر المباشر في خرج جسر التقوية)؛ بدون مفاعل، سيؤدي ذلك إلى قصر مباشر؛
قمع تأثير المكونات ذات التردد المتوسط على شبكة الطاقة؛
تأثير التصفية—يحتوي التيار المقوّى على مكونات متناوبة؛ يتم عرقلة التيار المتناوب عالي التردد بواسطة الاستحثاء الكبير—ضمان استمرارية موجة التيار الخارج. التيار غير المستمر (مع فترات توقف التيار) سيؤدي إلى توقف جسر العاكس، مما يؤدي إلى حالة قصر في جسر التقوية؛
في دوائر العاكس المتوازية، يتم تبادل الطاقة الاستحثائية عند الدخل؛ بالتالي، فإن عناصر تخزين الطاقة—المفاعلات—أساسية في الدائرة الدخل.
ملاحظات مهمة
يُستخدم المفاعلات في شبكات الطاقة لامتصاص الطاقة الاستحثائية السعوية التي تنتجها خطوط الكابل. من خلال تعديل عدد المفاعلات الموازية، يمكن تنظيم جهد التشغيل للنظام. المفاعلات الموازية ذات الجهد الفائق تقدم العديد من الوظائف المتعلقة بإدارة الطاقة الاستحثائية في الأنظمة الكهربائية، بما في ذلك:
تخفيف التأثير السعوي على خطوط النقل الخفيفة الحمل أو بدون حمل، وتقليل التوترات العابرة للتردد الأساسي؛
تحسين توزيع الجهد على طول خطوط النقل الطويلة؛
توازن الطاقة الاستحثائية محليًا تحت ظروف الحمل الخفيف، ومنع تدفق الطاقة الاستحثائية غير المعقولة وتقليل خسائر الطاقة في الخطوط؛
تقليل الجهد الثابت للتردد الأساسي على الشريط الأمامي عالي الجهد عند تزامن المولدات الكبيرة مع الشبكة، مما يسهل تزامن المولدات؛
منع الرنين الذاتي الذي قد يحدث عند توصيل المولدات بخطوط النقل الطويلة؛
عندما يتم توصيل محايد المفاعل بالأرض عبر مفاعل صغير، يمكن للمفاعل الصغير أن يعوض عن السعة بين الأطوار والسعة للأرض، مما يسرع من انطفاء التيار المتبقي ويسمح بإعادة التوصيل التلقائي للأقطاب الواحدة.
يتم ربط المفاعلات إما متسلسلًا أو موازياً. المفاعلات المتسلسلة تُستخدم عادةً لتقييد التيار، بينما المفاعلات الموازية تُستخدم بشكل شائع لتوفير تعويض الطاقة الاستحثائية.
المفاعل الموازي: في أنظمة النقل البعيدة ذات الجهد الفائق، يتم ربطها بلف الثالث للمحولات لتوفير تعويض عن تيار الشحن السعوي لخطوط النقل، وتحديد ارتفاع الجهد والتقلبات الجهدية، وضمان التشغيل الموثوق للنظام.
المفاعل المتسلسل: يتم تركيبها في دوائر المكثفات وتستخدم عند تغذية بنك المكثفات.
