المرشحات غير الفعالة هي دارات كهربائية تتكون بشكل رئيسي من مكثفات (Capacitors) و ملفات تحريضية (Reactors)، وتعمل على تصفية التوافقيات (Harmonics) في الشبكات الكهربائية. تعد هذه المرشحات جزءًا مهمًا من أنظمة التحكم في التوافقيات، حيث تساعد في تحسين الجودة الكهربائية وتخفيف الآثار السلبية الناتجة عن وجود التوافقيات في الشبكة.
مبدأ عمل المرشحات غير الفعالة:
المرشحات غير الفعالة تعمل باستخدام دارات طنين (Resonant Circuits)، حيث يتم تكوين هذه الدارات بشكل يجعل الترددات غير المرغوب فيها (مثل التوافقيات) تكون موافقة لتردد الطنين للدارة. عندما يحدث ذلك، فإن الدارة تكون متوافقة مع التردد المراد إزالته، مما يسمح لها بمرور التوافقيات عبر الدارة مع تقليل تأثيرها على الشبكة. في نفس الوقت، تكون ممانعة الدارة كبيرة عند التردد الأساسي (أي التردد الذي يعمل عليه النظام الكهربائي الأساسي) مما يمنع تأثير التوافقيات على الشبكة الرئيسية.
المكونات الرئيسية للمرشح غير الفعال:
- المكثفات (Capacitors):
- تعتبر المكثفات جزءًا أساسيًا من المرشح غير الفعال، حيث إنها تتفاعل مع التوافقيات وتساعد في تقليل تأثيراتها على الشبكة الكهربائية.
- يتم تحديد سعة المكثف وفقًا للتردد الذي يجب تصفيته، حيث إنه يعمل كمسار للتوافقيات.
- ملفات التحريض (Reactors):
- تعمل ملفات التحريض (التي تحتوي على أسلاك ملتوية تُحاكي مغناطيسياً عند مرور التيار الكهربائي) على زيادة ممانعة الدائرة عند الترددات غير المرغوب فيها، مما يساعد على تقليل تدفق التوافقيات.
- تساهم هذه الملفات أيضًا في تحسين استقرار النظام وحماية المعدات.
- التردد الطنيني (Resonant Frequency):
- يتم تصميم المرشح بحيث يتوافق تردد الطنين الخاص به مع الترددات التي تمثل التوافقيات غير المرغوب فيها، وبالتالي تتمكن الدارة من تصفيتها بفعالية.
- في هذه الحالة، يكون التردد الطنيني هو التردد الذي يتسبب في رنين الدارة، وهو ما يتوافق مع الترددات التي نرغب في إزالتها.
طريقة تصميم المرشح غير الفعال:
لتصميم مرشح غير فعال، يجب تحديد الترددات التي تحتوي على التوافقيات التي نرغب في إزالتها. بناءً على ذلك، يتم اختيار المكثف و ملف التحريض بحيث يكون التردد الطنيني للدارة هو نفس تردد التوافقيات المراد تصفيتها.
- مواصفات المكثف والملف يجب أن تتناسب مع الترددات التي نرغب في إزالتها، وبناءً على ذلك، يتم حساب القيم المناسبة للمكونات باستخدام قوانين الرنين.
الاستخدام الأمثل للمرشحات غير الفعالة:
يعتبر المرشح غير الفعال أكثر فاعلية في الحالات التي توجد فيها أحمال فردية أو مكونات معينة (مثل المحركات أو الأجهزة التي تولد توافقيات معينة)، حيث يسهل توجيه التصفية إلى التوافقيات الصادرة عن تلك الأحمال بشكل خاص.
تيار المرشح:
يجب أن يكون التيار الاسمي للمرشح أكبر من تيار التوافقيات المرغوب في إزالتها أو على الأقل مساوٍ لها، بحيث يتمكن المرشح من تحمل التيار الناتج عن التوافقيات دون أن يتعرض للأضرار.
المرشحات متعددة الترددات:
يمكن تصميم المرشحات غير الفعالة لمعالجة توافقيات متعددة في نفس الوقت، أي أن المرشح يمكن أن يعمل على إزالة توافقيات متعددة بفضل الترددات المتعددة للطاقة التي تم تصميمها لاستهدافها.
الفوائد الأخرى للمرشحات غير الفعالة:
- تحسين عامل الاستطاعة (Power Factor):
- أحد أبرز الفوائد للمرشحات غير الفعالة هو تحسين عامل الاستطاعة، وهو المقياس الذي يُستخدم لتحديد كفاءة استخدام الطاقة الكهربائية.
- التوافقيات تؤثر سلبًا على عامل الاستطاعة، حيث تؤدي إلى تقليل كفاءة نقل الطاقة عبر الشبكة. باستخدام المرشحات غير الفعالة، يمكن تقليل التوافقيات، مما يساهم في تحسين عامل الاستطاعة وزيادة كفاءة النظام.
الخلاصة:
المرشحات غير الفعالة هي أدوات فعالة لمعالجة التوافقيات في الأنظمة الكهربائية. باستخدام مكونات مثل المكثفات وملفات التحريض، تقوم هذه المرشحات بتصفية التوافقيات عن طريق تكوين دارات طنين متوافقة مع الترددات غير المرغوب فيها. وهي مفيدة بشكل خاص في تحسين عامل الاستطاعة وتقليل التأثيرات السلبية للتوافقيات على النظام الكهربائي، كما أنها ضرورية لتحسين كفاءة الشبكة.
