فلاتر وملحقات محركات التردد المتغير لتطبيقات المصاعد

مراجعة لطرق تخفيف التشوه التوافقي في أنظمة المصاعد

بقلم إريك دانر وشركة KEB America

أساسيات محولات التردد المتغيرة

تُستخدم محركات التردد المتغيرة سداسية النبضات (VFDs) اليوم على نطاق واسع في تطبيقات مصاعد الجر نظرًا لموثوقيتها، وجودة ركوبها العالية، وكفاءتها في استهلاك الطاقة، وفعاليتها من حيث التكلفة. تُصمم محركات التردد المتغيرة الحديثة بثلاثة أقسام رئيسية: مقومات الإدخال، ومكثفات ناقل التيار المستمر، وترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBTs) في الإخراج. تقوم مرحلة مقوم الإدخال بتحويل التيار المتردد ثلاثي الأطوار الرئيسي إلى تيار مستمر. تسمح مقومات الإدخال في محرك التردد المتغير بمرور التيار في اتجاه واحد فقط، مما يُنشئ ناقل التيار المستمر. يتكون ناقل التيار المستمر من التيار المستمر المُقوّم في مجموعة كبيرة من المكثفات.

يبلغ الجهد في ناقل التيار المستمر حوالي 1.41 ضعف جهد خط التيار المتردد. مرحلة مقوم الإدخال سلبية، أي أنه في حال حدوث تموج في الخط الرئيسي، سينعكس هذا التموج مباشرةً على ناقل التيار المستمر. تساعد المكثفات في ناقل التيار المستمر على ترشيح هذا التموج وتعمل كاحتياطي لتشغيل المحرك. المرحلة الثالثة في محول التردد المتغير الحديث هي ترانزستورات IGBT للإخراج. تعمل هذه الترانزستورات على التشغيل والإيقاف بترددات عالية جدًا (عادةً من 8 إلى 16 كيلوهرتز لتطبيقات المصاعد)، وتتحكم في جهد ناقل التيار المستمر الموجه إلى المحرك. لا يمكن أن تكون ترانزستورات IGBT للإخراج إلا في حالة التشغيل أو الإيقاف. يُطلق على تعديل جهد ناقل التيار المستمر بواسطة محول التردد المتغير بترددات وقيم محددة اسم تعديل عرض النبضة (PWM)، وهو يسمح لمحول التردد المتغير بإخراج طاقة تيار مستمر على شكل موجة جيبية ثلاثية الأطوار تحاكي جهد التيار المتردد، والتي تتحكم في سرعة وعزم دوران المحرك. تتميز ترانزستورات IGBT ذات خرج ثنائي الاتجاه، مما يعني أن التيار يمكن أن يتدفق في كلا الاتجاهين من ناقل التيار المستمر. يمكن للتيار أن يتدفق إلى المحرك أثناء الحمل أو يعود إلى ناقل التيار المستمر عندما يكون المحرك في حالة استعادة الطاقة. وتُعد تقنية تعديل عرض النبضة (PWM) هي المبدأ الذي يسمح باستخدام محولات التردد المتغيرة (VFDs) في تطبيقات المصاعد.

محركات التردد المتغير تُصدر ضوضاء

على الرغم من أن تقنية تعديل عرض النبضة (PWM) تُمكّن المصاعد من تحقيق جودة ركوب ممتازة وكفاءة عالية وسهولة في التشغيل، إلا أن هذا التصميم يُنتج بطبيعته تشوهًا توافقيًا. وينتج هذا التشوه التوافقي عن مقومات النبضات الستة في محولات التردد المتغيرة (VFD) عند إرسال التيار إلى المحرك. ويعود ذلك إلى أن محول التردد المتغير الذي يُغذي محرك المصعد لديه حمل غير خطي. تتغير معاوقة الأحمال غير الخطية وسحب التيار خلال دورة التيار المتردد. ومن أمثلة الأحمال غير الخطية: محولات التردد المتغيرة في المصاعد، وأجهزة الكمبيوتر، ومصابيح LED، وأجهزة التلفاز.

تختلف هذه الأجهزة عن الأحمال الخطية التي تتميز بمقاومة ثابتة وتسحب تيارًا جيبيًا شبه مثالي من مصدر الجهد. تشمل أمثلة الأحمال الخطية المقاومات، والمحاثات، والمكثفات، أو محرك الحث التيار المتردد الذي يعمل في حالة استقرار من خط التيار المتردد الرئيسي. تسحب مرحلة مقوم دخل الحمل غير الخطي في محول التردد المتغير تيارًا غير جيبي من مصدر الطاقة. ينتج عن سحب التيار غير المنتظم هذا توافقيات للتردد الأساسي (مثل 50 أو 60 هرتز)، والتي تؤثر على معاوقات النظام ضمن شبكة الكهرباء في المبنى. يسحب محول التردد المتغير ذو الست نبضات توافقيات التيار عند الرتب الخامسة والسابعة والحادية عشرة والثالثة عشرة، وهكذا.

كل تيار توافقي له تردد محدد n يبلغ ترددها ضعف تردد الخط، وتعتمد شدتها على الحمل. على سبيل المثال، يبلغ تردد التوافقي الأول، المعروف أيضًا بالتردد الأساسي، 60 هرتز؛ ويبلغ تردد التوافقي الثاني 120 هرتز؛ والثالث 180 هرتز؛ وهكذا.

تحدث أهم التوافقيات في تطبيقات المصاعد عند الرتبتين الخامسة والسابعة. ومع ازدياد رتبة التوافقيات، يقلّ مقدارها. وتؤدي التوافقيات العالية للتيار إلى زيادة سحب التيار الفعال (RMS) من النظام الكهربائي. وعندما يسحب النظام كمية كبيرة من توافقيات التيار مقارنةً بمصدر الطاقة، يحدث تشوه في الجهد الكهربائي على هذا المصدر. هذا التشوه، إذا بلغ حداً كافياً، قد يتسبب في تعطل أجهزة أخرى على نفس نظام الطاقة، ويؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المكونات الكهربائية، مما يُسرّع من تلفها.

القيمة: ساعة اتصال واحدة (1 CEU)

تمت الموافقة على هذه المقالة للتعليم المستمر من قبل الهيئة الوطنية لاعتماد التعليم (NAEC) لأغراض اختبارات الكفاءة والاختبارات والتقييم (CET وCAT وQEI).

تمت الموافقة حاليًا على التعليم المستمر في الحرب الإلكترونية في الدول التالية: AL و AR CO و FL و GA و IL و IN و KY و MD و MO و MS و MT و NJ و OK و PA و UT و VA و VT و WA و WI و WV | المقاطعة الكندية بي سي أند أون. يرجى التحقق من التحقق من الموافقة على الدورة التدريبية المحددة في Elevatorbooks.com.

THDi مقابل TDD

يمكن قياس التشوه التوافقي ويُشار إليه باسم التشوه التوافقي الكلي (THDi). يُعرَّف THDi بأنه النسبة اللحظية للقيمة الفعالة للترددات التوافقية، بما في ذلك التشوه، مقارنةً بالقيمة الفعالة للتردد الأساسي، معبرًا عنها كنسبة مئوية. ولأن THDi قياس لحظي، فإنه يتغير بتغير ظروف تحميل المصعد، مما يجعله أكثر أهمية لمصنعي المكونات عند تحديد حجم المعدات وفقًا لمستوى التيار المقنن.

في تطبيقات المصاعد، يُعدّ تشويه الطلب الكلي (TDD) مؤشرًا أدقّ لتشوّه التيار الكهربائي في النظام. يُمثّل TDD إجمالي تشويه التيار التوافقي الفعال، كنسبة مئوية من تيار الحمل الأقصى (طلب لمدة 15 أو 30 دقيقة). وبما أن TDD متوسط ​​زمني، فإنه يُقدّم وصفًا أدقّ للتوافقيات التياريّة التي تؤثر على نظام المصعد.

يحدد معيار IEEE 519-2022 الصادر عن معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) معايير التشوه الكلي لأنظمة الطاقة في المباني عند 8.0% THD عند نقطة التوصيل المشتركة (PCC). وتُعدّ نقطة التوصيل المشتركة (PCC) هي نقطة التقاء النظام الكهربائي لشركات المرافق مع أنظمة المستهلكين. بالنسبة للمقاولين العاملين في مجال المصاعد، تُعتبر نقطة التوصيل المشتركة (PCC) بمثابة مفتاح الفصل الرئيسي لوحدة تحكم المصعد، نظرًا لأن طاقة المبنى عادةً ما تكون غير متاحة لمقاول المصعد. وتقوم الفكرة على أنه إذا كان مفتاح الفصل قبل وحدة التحكم متوافقًا مع معيار IEEE 519-2022، فلن يتسبب نظام المصعد في عدم توافق بقية نظام الطاقة في المبنى مع المعايير. وفي حال عدم الالتزام بهذه المعايير عند تحديدها، غالبًا ما تواجه المنشآت غرامات أو قيودًا على التوصيل من شركات المرافق.

معامل القدرة

من المقاييس الأخرى التي يجب مراعاتها في تطبيقات المصاعد معامل القدرة. يُمثل معامل القدرة النسبة بين القدرة المُوظفة في شغل مفيد (القدرة الفعالة) عند التردد الأساسي وإجمالي القدرة الكهربائية المنقولة. يُفضل أن يكون معامل القدرة 1.00، مما يدل على أن الحمل يستهلك كامل القدرة المنقولة. عندما تؤثر التوافقيات الكبيرة على النظام، قد ينخفض ​​معامل القدرة بسرعة. وعندما يكون معامل القدرة منخفضًا جدًا في النظام، يلزم استخدام مكونات كهربائية ذات سعة أكبر لاستيعاب القدرة غير الفعالة أو التوافقية.

خانق خطي بنسبة 3% أو 5%

يُعدّ استخدام خانق أو مفاعل خطي بنسبة 3% أو 5% غالبًا الطريقة الأولى والأكثر فعالية من حيث التكلفة لتقليل التشوه التوافقي في محركات التردد المتغير. يُوضع الخانق الخطي عند مدخل المحرك، ويُنصح باستخدامه في جميع تطبيقات محركات التردد المتغير. يمكن للخانق الخطي السلبي أن يُقلل التشوه التوافقي الكلي من حوالي 80% إلى حوالي 40%. هذا الانخفاض في التشوه التوافقي الكلي يمنع حدوث أعطال جهد مزعجة وتلفًا مبكرًا لمكثفات ناقل التيار المستمر في محرك التردد المتغير. يُمكن استخدام مفاعل خطي لمضاعفة عمر مكثفات ناقل التيار المستمر في محرك التردد المتغير. في حال استخدام محول عزل، لا يلزم استخدام مفاعل خطي.

مرشحات توافقية

تُعدّ المرشحات التوافقية وسيلةً ممتازةً لتقليل التشوه التوافقي في الأنظمة الكهربائية. وهي شائعة الاستخدام في التطبيقات التي تعتمد فيها الأجهزة الإلكترونية الحساسة على نفس نظام الطاقة، مثل المستشفيات والمطارات ومراكز البيانات. لا يتطلب تصميم المرشحات التوافقية السلبي وجود إلكترونيات منفصلة للتحكم، ويمكنها تحقيق نسبة تشوه توافقي كلي (THDi) تبلغ 8% عند اختيار الحجم المناسب، مما يجعل النظام متوافقًا مع معايير IEEE 519-2022. ويتحقق ذلك من خلال استخدام محاثات ومكثفات محسوبة تسمح بمرور التيار عند التردد الأساسي، بينما تمنع مرور التيار عند التوافقيات الأعلى. أما اللفائف الأساسية داخل المرشح التوافقي، فهي مصنوعة من صفائح فولاذية عالية الجودة ومصممة خصيصًا لهذا التطبيق.

صُممت المرشحات لتناسب فئتي الجهد 230 فولت و480 فولت، وهي مُحسّنة للتردد الأساسي، إما 50 هرتز أو 60 هرتز للتطبيقات الأوروبية والأمريكية الشمالية. وبما أن التيار يمر في كلا الاتجاهين عبر مرشح التوافقيات، فإنه يُمكن استخدامه أيضًا مع محركات التردد المتغيرة التجديدية.

تُوضع مرشحات التوافقيات عند مدخل محول التردد المتغير (VFD) أو وحدة التجديد (إن وُجدت)، ويتم تحديد حجمها وفقًا لتيار الإدخال للتطبيق. تتميز العديد من مرشحات التوافقيات بقدرة تحمل تيار زائد بنسبة 150% لمدة 60 ثانية، مما يوفر الحماية ضد ارتفاعات الجهد والحمل المؤقتة. يُعدّ اختيار الحجم المناسب أمرًا بالغ الأهمية لفعاليتها، إذ أن اختيار مرشح أصغر من اللازم لتيار التطبيق سيؤدي إلى تشبع النوى. يُقلل تشبع النوى من فعالية مرشحات التوافقيات، ومن المرجح أن يُخرجها عن مواصفات معيار IEEE 519-2022.

عند تحديد حجم مرشح التوافقيات، يجب مراعاة التهوية والتبريد. فمع مرور التيار عبر المرشح، يبدأ قلبه بالتسخين. وإذا زاد الحمل على القلب عن الحد المسموح به بسبب التيار، فإنه سيتشبع، مما يزيد مقاومته ويقلل كفاءته بشكل كبير. لذا، من الضروري أن تتمتع مرشحات التوافقيات بفتحات تهوية مناسبة وتدفق هواء خارجي كافٍ. في مرشحات التوافقيات كبيرة الحجم، تُدمج المراوح في تصميمها. أما في التطبيقات التي تتطلب تيارات عالية، فتُستخدم حاويات NEMA 1 لتوفير التكلفة والمساحة، مما يسمح بتركيبها خارج لوحة التحكم. في هذه التطبيقات، يمكن توصيل عدة مرشحات توافقية على التوازي لاستيعاب التيار المقنن.

عند اختيار حجم مناسب وتهوية جيدة، يمكن لمرشحات التوافقيات أن تحقق معامل قدرة يتراوح بين 0.99 و1.00، ونسبة تشويه توافقي كلي (THD) تبلغ 8% عند الحمل المقنن. كما تحمي مرشحات التوافقيات محرك التردد المتغير (VFD) ونظام التجديد من اضطرابات جانب الخط أو تغيرات الجهد المفاجئة. هذا يقلل من درجة حرارة المكونات الكهربائية داخل محرك التردد المتغير، ويطيل عمره الافتراضي. تشير الدراسات إلى إمكانية زيادة عمر مكثفات ناقل التيار المستمر داخل محرك التردد المتغير بنسبة 300% عند استخدام مرشح التوافقيات. عند استخدامها مع وحدات تحكم يتطابق جهدها المطلوب مع جهد الخط الرئيسي، لا حاجة لمحول عزل، لأن أداء مرشح التوافقيات يفوق بكثير أداء محولات العزل. وهذا يوفر في التكاليف، حيث أن مرشح التوافقيات عادةً ما يكون أقل تكلفة بكثير من محول العزل.

يوضح الشكل 6 الجهد والتيار في خط المصعد الرئيسي دون استخدام خانق خط أو مرشح توافقي. يبلغ التيار الداخل ذروته من خمسة إلى عشرة أضعاف القيمة الفعالة، مما ينتج عنه تيار تموج عالٍ عبر ناقل التيار المستمر. يمكن أن يقلل تيار التموج هذا من عزم دوران المحرك ويؤثر سلبًا على جودة الرحلة.

يوضح الشكل 7 نفس الخط الرئيسي بعد تركيب مرشح توافقي. مع وجود المرشح التوافقي، يصبح تيار جانب الخط جيبيًا، وينخفض ​​سعة ذروة التيار إلى 1.4 ضعف قيمة RMS فقط. كما يتم تسوية الجهد على ناقل التيار المستمر، مما يؤدي إلى انخفاض تيار التموج في مكثفات ناقل التيار المستمر إلى الصفر تقريبًا. يمكن لهذا الانخفاض الكبير في تيار التموج في ناقل التيار المستمر أن يطيل عمر المكثفات بمقدار ثلاثة أضعاف أو أكثر، ويؤدي إلى عزم دوران أكثر استقرارًا وجودة قيادة أفضل.

AIC

تُعدّ المرشحات التوافقية حلاً فعالاً من حيث التكلفة لجعل تطبيقات المصاعد الحساسة متوافقة مع معيار IEEE 519-2022 وإطالة عمر إلكترونيات النظام. مع ذلك، فإن تصميمها السلبي يحدّ من أدائها في تقليل التشوه التوافقي الكلي (THDi) ليقتصر على مكوناتها المادية المحددة. في حال الحاجة إلى أداء توافقي أعلى، يمكن استخدام تقنية محول التغذية النشط (AIC) أو الواجهة الأمامية النشطة (AFE).

يوفر نظام AIC أفضل أداء توافقي، ويتألف من محركي تردد متغيرين متصلين ببعضهما البعض. يقوم المحرك الأول بمزامنة نفسه مع جهد الخط، ثم يقوم بتقويم جهد التيار المتردد إلى تيار مستمر. تستخدم مرحلة التقويم النشط هذه مرشحًا حثيًا سعويًا للربط بخط التيار المتردد. والنتيجة هي تيار يتدفق من الخط على شكل موجة جيبية نقية تقريبًا مع تشويه توافقي منخفض؛ في كثير من الحالات، يتراوح بين 3-5% THDi. استخدام مجموعتين من محولات IGTB يجعل تقنية AIC متجددة بطبيعتها. يتم ضبط معامل القدرة على قيمة 1.00 عند جميع مستويات الحمل. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري وجود مرشح عالي الجودة للتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) أمام النظام، لأن المقوم النشط يُنتج مستوى عالٍ من التداخل الكهرومغناطيسي ذي الوضع المشترك بالنسبة للأرض. يعمل المحرك الثاني كمحرك، ويتحكم في المحرك بشكل مستقل عن مرحلة التشغيل الأمامية.

نظرًا لأن دائرة AIC تستخدم تقنية تعديل عرض النبضة (PWM) بتردد حامل عالٍ، فإن خسائر التبديل تكون أعلى مقارنةً بالتبديل الكتلي لوحدة التجديد. كما أن خسائر الحديد في مرشح AIC أعلى مقارنةً بمرشحات التوافقيات ذات الحجم المماثل. لا يمكن توصيل أنظمة AIC إلا بنظام كهربائي متوازن ثلاثي الأطوار على شكل نجمة (Y) مع تأريض مركزي؛ ولا يُسمح باستخدام أنظمة دلتا. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون فروق جهد الأطوار ضمن نطاق ±5%. يجب استخدام محول كهربائي في المباني التي تحتوي على نظام دلتا كهربائي قديم أو في حال وجود عدم توازن كبير بين الأطوار. تتجاوز دائرة AIC متطلبات معيار IEEE 519، ولكن الأداء الإضافي يأتي بتكلفة أعلى.

مرشحات EMI

مرشح التداخل الكهرومغناطيسي هو جهاز يُركّب قبل مدخل محول التردد المتغير. تعمل مرشحات التداخل الكهرومغناطيسي على تخفيف تأثير الضوضاء الكهربائية عالية التردد. تستهدف هذه المرشحات الضوضاء الكهربائية عالية التردد (حتى 30 ميجاهرتز)، بينما تعالج مرشحات التوافقيات التوافقيات الكهربائية عند ترددات أقل بكثير. في تطبيقات المصاعد، التي تستخدم ترددات تبديل عالية لترانزستورات IGBT تتراوح بين 8 و16 كيلوهرتز، تتراكم الحرارة داخل هذه الترانزستورات.

عندما تتفاعل هذه الترددات العالية مع السعات الطفيلية في النظام الكهربائي، تنشأ تيارات طفيلية. يمكن لهذه التيارات الطفيلية أن تُؤثر سلبًا على مصدر الطاقة والأجهزة الأخرى المتصلة بنفس الدائرة، كما أنها تزيد من درجة حرارة ترانزستورات IGBT داخل المحرك دون داعٍ. تُعد هذه الحرارة الزائدة طاقة مهدرة وتُؤدي إلى تلف مُحرك التردد المتغير (VFD) قبل الأوان. يُمكن استخدام مُرشِّح التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) لتقليل هذه التيارات الطفيلية، مما يُحسِّن من عمر مُحرك التردد المتغير ويحمي الأجهزة الإلكترونية الحساسة الأخرى في نظام الطاقة المُتصل. يُحقق مُرشِّح التداخل الكهرومغناطيسي ذلك عن طريق تصريف التيارات الطفيلية إلى الأرض بدلًا من إعادة توصيلها بتيار التغذية. لكي يعمل مُرشِّح التداخل الكهرومغناطيسي بهذه الطريقة، يجب اتباع إجراءات التأريض الصحيحة. يُعد التأريض الأرضي بالغ الأهمية، حيث يُوفر مسارًا لعودة الضوضاء عالية التردد. بشكل عام، يجب إنشاء مسار ذي مُعاوقة منخفضة، مما يسمح بتصريف ضوضاء التداخل الكهرومغناطيسي. وللحصول على أفضل تأريض، يُفضل استخدام أقصر تأريض مُمكن. يُعدّ الشريط الأرضي المسطّح المضفر الخيار الأمثل، إذ يوفر مساحة سطحية واسعة للتوصيلات ويقلل من المقاومة. قد تتعرض تطبيقات المصاعد التي لا تستخدم مرشحًا للتداخل الكهرومغناطيسي وتأريضًا مناسبًا لأعطال مزعجة في المحرك ووحدة التحكم.

مرشحات dV/dt

قد يحدث تشويش وتشويه كهربائيان على جانب خرج محول التردد المتغير (VFD). يُستخدم ملف خانق dV/dt، وهو ملف حث سلبي، بين خرج محول التردد المتغير والمحرك للتخفيف من هذه المشكلات. عند استخدام محولات التردد المتغيرة لتقنية تعديل عرض النبضة (PWM)، يتم تشغيل وإيقاف ترانزستورات IGBT في المحرك بسرعة كبيرة للتحكم في سرعة وعزم دوران محرك المصعد. عند إغلاق ترانزستور IGBT، يرتفع الجهد عند أطراف خرج محول التردد المتغير إلى جهد ناقل التيار المستمر للمحرك. لا يحدث تغير الجهد بشكل فوري، بل يتزايد تدريجيًا ليصل إلى مستوى ناقل التيار المستمر خلال فترة زمنية محددة (T)._ترتفع). يُشار إلى معدل زيادة الجهد باسم زمن الصعود dV/dt وهو سمة من سمات تصميم IGBT.

في التطبيقات التي تستخدم أسلاك محرك طويلة، قد تتفاعل معاوقات هذه الأسلاك مع إشارة التحكم PWM من وحدة VFD. وتُحدد معاوقات أسلاك المحرك بطولها ومادتها. يكاد يكون من المستحيل مطابقة معاوقات المحرك وأسلاكه. عندما لا تتطابق المعاوقات بين أسلاك المحرك والمحرك نفسه، تعمل أسلاك المحرك كخط نقل، ناقلةً جهد خرج وحدة التحكم إلى المحرك. تؤدي انعكاسات هذه الموجات إلى تجاوز الجهد عند المحرك، مع إرسال موجة انعكاسية عائدة إلى وحدة التحكم. إذا أُضيفت الموجات المنعكسة إلى الموجة الأساسية الصادرة من وحدة التحكم، فقد يرتفع الجهد المُوَصَّل إلى المحرك بشكل كبير. يعمل خانق dV/dt، الموضوع مباشرةً عند خرج وحدة VFD، على الحد من معدل تغير الجهد (dV/dt) إلى مستوى يتناسب مع تصميم المرشح. كما يُقلل المرشح من تموجات التيار وفقدان الطاقة في دوار المحرك.

يوضح الشكل 11 تطبيقًا بجهد 480 فولت مع ناقل تيار مستمر خامل بجهد 675 فولت وأسلاك محرك بطول 25 قدمًا دون استخدام خانق dV/dt. يبلغ جهد الذروة عند المحرك 988 فولت. إذا زادت المسافة بين المحرك وجهاز VFD إلى 75 قدمًا كما في الشكل 12، يرتفع أقصى جهد عند أطراف المحرك إلى ما يقارب 1,326 فولت.

هذا يعادل ضعف قيمة ناقل التيار المستمر لمحرك التردد المتغير تقريبًا! يمكن أن يكون لهذه الارتفاعات المتكررة في الجهد آثار مدمرة للغاية على المحرك، وقد تؤدي إلى مشاكل في جودة الركوب إذا لم يتم تصحيحها.

تُصنّف محركات المصاعد الحديثة ثلاثية الأطوار ذات التيار المتردد اليوم بأنها "مُصممة للعمل مع العاكسات" وتتحمل جهد ذروة لا يقل عن 1600 فولت؛ إلا أن الارتفاعات المتكررة في معدل تغير الجهد (dV/dt) تُجهد بشدة ملفات المحرك وعزله الداخلي. في التطبيقات ذات تردد التبديل العالي، مثل المصاعد التي تعمل بتردد خرج يتراوح بين 8 و16 كيلوهرتز، يحدث هذا التآكل بسرعة أكبر. يوضح الشكل 13 "محركًا محميًا" موصولًا بمُخَنِّق dV/dt بنفس تكوين 480 فولت السابق. مع مُخَنِّق dV/dt، ينخفض ​​جهد الذروة من محول التردد المتغير (VFD) عند أطراف المحرك إلى 951 فولت، أي بانخفاض قدره 40% في جهد المحرك! هذا الانخفاض يحمي ملفات المحرك بشكل كبير ويُحسّن من جودة الركوب.

يُوصى باستخدام خانقات dV/dt في جميع تطبيقات محركات التردد المتغير (VFD) حيث يكون المحرك على بُعد أكثر من 12 مترًا (40 قدمًا) من محرك التردد المتغير. يُنصح باستخدام خانقات dV/dt على مسافات أقصر، ولكن هذا ليس إلزاميًا. يمكن استخدام خانقات dV/dt مع كلٍ من المحركات ذات المغناطيس الدائم والمحركات الحثية. لا يؤثر انخفاض معامل الحث للمرشحات على قدرة محرك التردد المتغير على قياس مقاومة المحرك ومعامل حثه وزمن التوقف أثناء تعلم طراز المحرك أو موضع المشفر في حالة المحركات ذات المغناطيس الدائم. تتوفر خانقات dV/dt لفولتيات تصل إلى 550 فولت تيار متردد، ويتم تحديد حجمها وفقًا لتيار التطبيق. تُعد خانقات dV/dt وسيلة ممتازة لإطالة عمر المحرك، وعادةً ما تكون تكلفتها جزءًا بسيطًا من تكلفة استبدال المحرك.

حلقات الفريت

أبسط الطرق وأكثرها فعالية من حيث التكلفة للحد من التشويش الكهربائي بين المحرك ومحرك التردد المتغير هي استخدام حلقات الفريت. حلقات الفريت عبارة عن ملفات حث سلبية مصنوعة من مواد مغناطيسية خزفية، تساعد على ترشيح التشويش عالي التردد. تُستخدم حلقات الفريت بشكل شائع في أي تطبيق يتم فيه نقل الطاقة. في شاحن الكمبيوتر، ستجد أن الغلاف البلاستيكي الصغير الموجود على طرفي وحدة التغذية هو عبارة عن حلقات فيريت.

في تطبيقات المصاعد، يتسبب تعديل عرض النبضة (PWM) من محول التردد المتغير (VFD) والسعات الطفيلية لأسلاك المحرك والمحرك نفسه في توليد تيارات كهربائية عالية التردد غير مرغوب فيها. تعمل محاثة حلقات الفريت على زيادة المعاوقة بين خرج محول التردد المتغير والكابل، مما يؤدي إلى ترشيح هذه التيارات عالية التردد. توضع حلقات الفريت عند خرج محول التردد المتغير، وتمر أسلاك المحرك من خلالها. يساعد استخدام حلقات الفريت على تخليص محول التردد المتغير ووحدة تحكم المصعد من الأعطال المزعجة، ويمنع التلف المبكر لمحامل المحرك وملفاته نتيجةً للتيارات الطفيلية.

الخلاصة – مقارنة التقنيات

يتطلب سوق المصاعد الحديثة طاقة نظيفة وخالية من التشويش. توجد طرق عديدة للحد من التشويش التوافقي وإطالة عمر المعدات في النظام الكهربائي ونظام المصاعد. تشمل هذه الطرق خانقات الخط، ومرشحات التوافقيات، وتقنية AIC، ومرشحات EMI، وخانقات dV/dt، وحلقات الفريت، وكلها خيارات متفاوتة التكلفة والأداء لتلبية متطلبات أي تطبيق. يجب على المهندسين والاستشاريين الموازنة بين التكلفة ومتطلبات الأداء لتحديد أفضل المعدات المناسبة. سيؤدي التعامل مع هذه المتطلبات بكفاءة إلى مصاعد عالية الأداء تدوم طويلًا وآمنة.