المكثفات الكهربائية منخفضة الجهد المستخدمة حاليًا في أجهزة التعويض هي جميعها مكثفات معدنية. تتميز المكثفات المعدنية بأنها مدمجة واقتصادية وفعالة وتتمتع بخاصية الشفاء الذاتي؛ لذلك تم اعتمادها على نطاق واسع.
تتكون صفائح الأقطاب في المكثفات المعدنية من أفلام ألمنيوم تمت معالجتها بتبخرها تحت ضغط منخفض بسمك على مستوى النانومتر. وبما أن فيلم الألمنيوم رقيق جدًا، فإن فيلم الألمنيوم المحيط بالعيب يتبخر عندما يخضع فيلم العزل لانهيار محلي ناتج عن عيوب، مما يمنع حدوث أعطال دائرة قصر. ويُعرف هذا الظاهرة باسم تأثير الشفاء الذاتي.
يشمل عملية إخراج القطب في المكثفات الممعدنة رش طبقة موصلة معدنية على كلا طرفي العنصر الأساسي بعد لفه، تليها عملية لحام أسلاك التوصيل على الطبقة الموصلة. وبما أن تيار صفيحة القطب يتدفق من مركز العنصر نحو كلا الطرفين، وأن فيلم الألمنيوم الخاص بصفيحة القطب رقيق للغاية مع خسائر مقاومية نسبية عالية، ولذلك يُفضل أن يُلف العنصر الأساسي على شكل قصير وسميك لتقليل الخسائر المقاومية. على الجانب الآخر، بسبب أن صفيحة القطب المصنوعة من فيلم ألمنيوم رقيق للغاية تمتلك مقاومة ميكانيكية محدودة، فإنه لا يمكن إنشاء اتصال محكم بين الطبقة الموصلة الطرفية وصفيحة القطب. وعندما يتعرض العنصر الأساسي لتشوه غير منتظم بسبب الحرارة، فإن فصلًا محليًا يحدث بسهولة بين الطبقة الموصلة الطرفية وصفيحة القطب، مما يؤدي إلى حدوث أعطال. ومن هذه الناحية، يُفضل أن يُلف العنصر الأساسي على شكل نحيل وطويل.
تتميز المكثفات الكهربائية المعدنية بوجود نوعين من الهياكل: المكعبية والاسطوانية. تكون العناصر الأساسية داخل المكثفات المكعبية رفيعة ومتصلة على نحو متوازٍ، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات العامة. أما العناصر الأساسية داخل المكثفات الاسطوانية فهي قصيرة وسميكة، وتتصل على نحو متسلسل، مما يجعلها مناسبة للبيئات ذات التوافقيات الشديدة.
تتمثل المشكلة الأساسية التي تواجه عملية تشغيل المكثفات المعدنية في تقليل السعة. جميع المكثفات المعدنية تمر بانخفاض في السعة مع مرور الوقت بسبب عملية الإصلاح الذاتي، على الرغم من اختلاف الدرجة. قد تُظهر بعض المكثفات ذات الجودة الأقل أيضًا أعطابًا حيث ينفصل الطبقة الموصلة من لوحة القطب، مما يؤدي إلى تقليل السعة إلى النصف، أو الثلث، أو حتى الصفر من القيمة المقدرة. بالنسبة للمكثفات من العلامة التجارية نفسها، كلما كانت سعة الوحدة أكبر، زاد طول العنصر الأساسي وسماكة قطره. يؤدي العنصر الأطول إلى زيادة في الخسائر المقاومة، بينما يؤدي العنصر الأسمك إلى زيادة مساحة الطبقة الموصلة على الوجه النهائي، وزيادة الفرق الحراري بين داخل العنصر وخارجه، مما يجعل الطبقة الموصلة أكثر عرضة للانفصال عن لوحة القطب. وبالتالي، فإن استخدام مكثف واحد كبير السعة يُعد أقل موثوقية من استخدام عدة مكثفات أصغر متصلة على التوازي. تُظهر المكثفات المعدنية عددًا أقل من أعطاب القصر والانفجارات.
كان أقدم متحكم في تعويض القدرة التفاعلية يعتمد على تحديد معامل القدرة؛ ولا يزال هذا المتحكم قيد الاستخدام حتى اليوم نظرًا لانخفاض تكلفته. ولكن يؤدي التحكم استنادًا إلى معامل القدرة إلى مشكلة تذبذب الحمل الخفيف. على سبيل المثال: في جهاز تعويض، تصنيف المكثف الأدنى هو 10 Kvar، والقدرة التفاعلية الحثية للحمل هي 5 Kvar، ومعامل القدرة متأخر بمقدار 0.5. في هذه المرحلة، يؤدي تشغيل مكثف إلى تحويل معامل القدرة إلى 0.5 مُتقدّم؛ بينما يؤدي إيقاف المكثف إلى تحويل معامل القدرة إلى 0.5 متأخر. وبالتالي، سيستمر عملية التذبذب إلى ما لا نهاية.
تعمل المتحكمات الحديثة لتعويض القدرة التفاعلية استنادًا إلى القدرة التفاعلية، مما يتطلب وظيفة ضبط تسمح بتحديد تصنيف المكثف داخل جهاز التعويض. ويتيح هذا التبديل المكثفي وفقًا للقدرة التفاعلية للحمل، مما يلغي ظاهرة تذبذب الحمل الخفيف.
مع التقدم المستمر في التكنولوجيا، توسعت وظائف وحدات تحكم تعويض القدرة التفاعلية بشكل متزايد لتشمل تخزين البيانات، والاتصالات البيانات، وكشف التوافقيات، وقياس القدرة، وهكذا دواليك. وتطورت مكونات التحكم من الدوائر المتكاملة ذات المقياس الصغير في البداية إلى وحدات تحكم 8 بت، ثم إلى وحدات تحكم 16 بت، تليها معالجات الإشارة الرقمية (DSPs) بـ 16 بت، وأخيرًا وحدات تحكم 32 بت. حاليًا، انخفض سعر وحدات التحكم 32 بت إلى أقل من 30 يوان للوحدة، مما أدى إلى تأثير ضئيل على تكلفة الأجهزة الخاصة بالوحدات المتحكم. تتفوق أداء هذه الوحدات على وحدات التحكم 8 بت بأكثر من 100 مرة. العائق الرئيسي أمام الاعتماد الواسع هو التعقيد التقني العالي في التطوير.
مع استمرار الانتشار المتزايد لأجهزة تعويض القدرة التفاعلية، أصبح دمج أجهزة التعويض مع معدات أخرى اتجاهًا حتميًا. على سبيل المثال، دمج أجهزة التعويض مع صناديق العدادات وصناديق المفاتيح والمعدات المشابهة. يمكن للأجهزة المتكاملة أن تقلل التكاليف وتوفير المساحة وتقليل الأسلاك وتخفيف عبء الصيانة. لا تواجه تصميم وتصنيع الأجهزة المتكاملة أي تحديات تقنية؛ ولكن بسبب عدم وجود معايير موحدة، يمكن للمصنّعين فقط تنظيم الإنتاج بناءً على الطلبات.
حقوق النشر © شركة نانتونغ زهي فونغ لتكنولوجيا الطاقة الكهربائية المحدودة. جميع الحقوق محفوظة - سياسة الخصوصية-المدونة
