تصميم طرائق فعالة من حيث التكلفة لمراقبة الطاقة باستخدام صانعي العجلات للاستخدام التجاري

مقدمة إلى هيئة مراقبة الطاقة التي تستخدم قاعدة مسيحية

ولم يكن الطلب على إدارة الطاقة بكفاءة في المرافق التجارية أعلى من ذلك، فمع ارتفاع تكاليف الكهرباء وفرض أنظمة أكثر صرامة في مجال الطاقة، تسعى الشركات إلى إيجاد حلول موثوقة منخفضة التكلفة لضبط الحمولات الكهربائية، وقد برزت نماذج لمراقبة الطاقة القائمة على أساس العجلات كإجابة مثبتة، وهذه التحولات شبه الموصلات تعالج كميات كبيرة من الفولط والتيارات ذات الحد الأدنى من الخسائر، مما يجعلها مثالية لمجموعة واسعة من التطبيقات التجارية، ومن خلال وضع نماذج فعالة من حيث التكلفة حول نفاياتها.

وتستكشف هذه المادة أسس تكنولوجيا الغدة الدرقية، والخيارات الرئيسية للتصميم التي تبقي تكاليف الوحدات منخفضة، والتطبيقات التجارية التي تحقق فيها هذه الوحدات أكبر أثر، وسندرس أيضا الفوائد الاقتصادية والاعتبارات العملية لإدماج السيطرة القائمة على الغدة الدرقية في النظم القائمة.

فهم العلماء ودورهم في مراقبة السلطة

إن راعي الغدة هو جهاز نصف موصل رباعي يعمل كمفتاح مكرر، ويظل يُشغل بجهاز التحكم في الطاقة، بعد أن يُطلق إلى إشارة البوابة، إلى أن ينخفض هذا الدار من خلاله إلى أدنى من عتبة الحيازة، وهذا السحب يجعل من المُستبدعين كفاءة استثنائية في التحكم في الطاقة الجارية، ويمكن تحويلها إلى نقاط محددة في دورة التكتل، ثم يُغلق تلقائياً عند خط التكييف.

ويأتي المُستعمِرون في عدة أنواع، حيث يكون أكثرها شيوعاً في مجال مراقبة السلطة هو جهاز التصحيح الذي يتحكم فيه السليكون والثلاثي، ويتحكم في أجهزة التكييف في اتجاه واحد، وكثيراً ما تستخدم في أزواج لمراقبة الموجات الكاملة، بينما يمكن للمتجرين أن يُجروا في كلا الاتجاهين، ويبسطوا تصميم الدوائر الخاصة بالشحنات المُحمَّلة من مركبات الكربون، ويوفِّدوا قدرة عالية الارتفاع، وتُعَة.

وفي وحدات التحكم في الطاقة التجارية، يحل محل التكنولوجيات القديمة مثل المقاومين المتغيرين، والمواصلات، والمفاتيح الميكانيكية، فخلافا للمقاومين، لا يثرون إلا القليل جدا من الحرارة في الدولة؛ وعلى عكس عمليات التأخير، يقدمون تعديلا سلسا ومستمرا؛ وعلى عكس التحولات الميكانيكية، فإنهم محصنون على ارتداء وار، وهذه الخصائص تسهم بصورة مباشرة في فعالية وموثوقية الوحدات القائمة على أساس الغرارة.

الاعتبارات الرئيسية المتعلقة بالتصميمات في مجال الطرائق ذات التكلفة - الفعالة

ويتطلب تصميم نموذج لمراقبة الطاقة القائمة على أساس الغرار من أجل الاستخدام التجاري تحقيق التوازن بين الأداء والموثوقية وتكاليف التصنيع، وتوضح الفروع التالية العوامل الحاسمة التي تؤثر على سعر الوحدة النهائية وفعاليتها.

اختيار العناصر المناسبة لشركات الأخصائيين

إن اختيار راكدة الدراجة هو أهم عامل تكلفة واحد، إذ أن اختيار جهاز له درجات عالية ومعدلات قياسية حاليا أعلى بكثير من ظروف التشغيل المتوقعة يكفل الموثوقية الطويلة الأجل، ولكن الإفراط في تحديد التكاليف يضيف نفقات غير ضرورية، وبالنسبة للإمدادات التجارية العادية )١٢٠ من الفئة الخامسة إلى ٢٧٧ من الفئة الخامسة من العمر، و ٥٠/٦٠ حاء(، فإن عظمة الغدة التي تبلغ ٦٠٠ من الرتبة الخامسة إلى ٨٠٠ من الرتبة الخامسة ينبغي اختيارها على أساس الحد الأقصى لنسبة مئوية.

كما أن التكلفة تتأثر بنوع الطرد، أما الأجهزة السطحية (مثل D2PAK أو TO-263) فهي أرخص لتجميعها في خطوط الإنتاج الآلية من خلال مجموعات من الثقوب (مثلها نحو 220 أو إلى 247). غير أن الوحدات التي تعالج أكثر من 20 ألف، من خلال مجموعات من الثقوب ذات الحانات المعدنية توفر نقلاً حرارياً أفضل، ولا تزال فعالة من حيث التكلفة.

السيركات: مواضيع التطبيقات التجارية

وبالنسبة لمراقبة الطاقة الأساسية، فإن الدائرة البسيطة هي تشكيلة من نوع التحكم في المرحلة باستخدام ثلاثية وداياك، وهذا التضاريس يتطلب فقط بعض المكونات السلبية: مقياس بوتينتيو، ومقاوم، ومكثف لتحديد زاوية إطلاق النار، ويثير الدياك المثلث عند عتبة دقيقة للفولط، ويوفر التحكم السلس من الصفر تقريبا إلى الطاقة الكاملة.

وبالنسبة لتطبيقات الطاقة العالية أو ثلاث معدات تجارية ذات مراحل عالية، يمكن أن يُدفع زوج من أجهزة الاتصال الخاصة في نظام مضاد للبارال (أو ثلاثية واحدة إذا لم يكن القطبية مسألة) بواسطة سائق مكرس للبوابة IC. وتُضمّن عناصر من نظام البوابة المتكاملة، مثل MC3063 أو IL410، من عناصر الكشف عن البيانات والإعفاءات البصرية التي تبسط التصميم وتلبي متطلبات تنظيم السلامة، على الرغم من أن هذه المواد الأقل من حيث التكلفة تُضيف عدداً صغيراً إلى عدد من عناصر الأداء الخارجي.

وفي الحالات التي يلزم فيها توقيت دقيق، مثلاً، عند التحكم في التدفئة أو الحركات المتحركة ذات المحرك الناعم - يمكن أن يولد ناقلات البوابة، ويقرأ المراقب إشارة تعقيبية (الدرجة أو الحالية أو السرعة) ويعدل زاوية إطلاق النار تبعاً لذلك، ولا يزال هذا النهج القائم على المراكب الصغرى فعالاً من حيث التكلفة بسبب وجود 8 متحكمات صغيرة ذات قدرة على الضبط (مثل سلسلة الضبط)().

الإدارة الحرارية والاعتماد

وعلى الرغم من أن أطباء الغدة الدرقية يتسمون بالكفاءة، فإنهم لا يزالون يفرّقون بعض الحرارة أثناء التصريف، ففي حالة الوحدات التي تعمل تحت 10 ألف، فإن التبريد المصاحب من خلال ضميمة مُختلمة جداً، كثيراً ما يكفي بالنسبة للتيارات العليا، أي فرز حراري بسيط للألومنيوم مع مقاومة حرارية تتراوح بين 2 و4 درجات مئوية/ساعة ومتوسطة، بحيث يضاف تحليلات مكثفة إلى ذلك التكاليف.

وينبغي اختيار مواد الوصل الحرارية الطويلة الأجل، حيث أن قياسات الترميز القائمة على أساس السحب رخيصة ولكنها يمكن أن تتحلل بمرور الوقت؛ والأوعية الحرارية أو مواد التغيير التدريجي تكون أكثر تكلفة بقليل ولكنها توفر أداء متسقا وتجميعا أسهل، بما في ذلك جهاز استشعار درجة الحرارة، مثل جهاز قياس الحرارة السلبي ذي الكفاءة العالية، على أن يكون بالإمكان حماية الفشل في المجال الميداني أكثر من الحد من الاحتمال.

ويمتد تقدير درجة حرارة الزلازل القصوى لـ 25 درجة مئوية دون درجة مئوية من درجة تصنيف البيانات إلى حد كبير ليشمل الحياة المكوِّنة، ويعمل العديد من الوحدات التجارية بدرجة حرارة ممتدة تتراوح بين 100 و110 درجة مئوية، وهي درجة تقع في حدود الحد الأقصى المعتاد البالغ 125 درجة مئوية.() ويأتي الالتزام بهذه المبادئ التوجيهية، إلى جانب ممارسات تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي تقلل إلى أدنى حد من المصيد المضيق والاختلاط، في وحدة نموذجية تستمر لسنوات طويلة من الخدمة.

تبسيط دائرة المراقبة

ويعد إحصاء عنصر التخفيض أحد أكثر الطرق فعالية لخفض تكلفة التصنيع وتحسين الموثوقية، وفي العديد من التطبيقات المشتركة، يمكن أن تُطلق ثلاثية مباشرة بواسطة شبكة من طراز RC من طراز RC بدون سائق بوابة IC. وبالنسبة للحمولات التي تكون مقاومة بحتة، مثل عناصر التدفئة، فإن هذا النهج يعمل بشكل غير سليم.

وعندما يستخدم جهاز التحكم في الميكروفون، يمكن أن يتم دمج إمدادات الطاقة الخاصة بالتحكم في نفس المجلس الصغير مع إمداد بالكابسيتور أو جهاز تحويل منخفض التكلفة، وعلى الرغم من أن إمدادات الكابسات المزودة بالحواسيب غير معزولة وتتطلب مناولة دقيقة، فإنها تكلفت تحت ٠,٥٠ دولار ويمكن أن توفر ما يلزم من ٥ ف أو ٣,٣ خامسا لمحولات الريح الصغيرة.

الطلبات في المبادىء التجارية

وتوجد وحدات لمراقبة الطاقة القائمة على الرسغ في كل مبنى تجاري تقريبا، وكثيرا ما تكون مخبأة داخل المعدات التي يأخذها المشغلون للحصول على منح، ويقل هذا عن ذلك عن التطبيقات الأكثر شيوعا ونهج التصميم المصممة حسب كل منها.

أجهزة إطفاء

ويستخدم مقياس قياسي للدمار ثلاثي الأبعاد، ومقياساً للثديين، ومقياساً للدروع، ومقياساً متوافقاً للأجهزة المتفجرة المرتجلة، أكثر استخداماً للتحكم في المرحلة الثلاثية، ويستخدم عنصر قياسي للثديينات المتحركة لتقليل حجم العضو الواحد، وينتج هذان المخصّصان في أحجام ضخمة، مما يجعل تكلفة الوحدة منخفضة للغاية تحت 5 دولارات للوحدة الكاملة.

وفي حين أن حمولات الأجهزة المتفجرة المرتجلة يمكن أن تكون أكثر خدعاً بسبب تعطلها غير الخطي، فإن العديد من الأجهزة المتفجرة المرتجلة مصممة للعمل مع أجهزة الترايك، واختيار ديمر ذي مستوى عال من حيث رتبتها (600 VA أو أكثر) وإضافة مقاوم للحمولات الأدنى (دائرة القشرة) يكفل التوافق ويمنع الارتباك.

موتوغرافيا متحركة سريعة لـ HVAC

إن نظم التدفئة والتهوية وتكييف الهواء هي مستهلكات كبيرة للطاقة في المباني التجارية، حيث تنظم أجهزة التحكم في الزوايا القائمة على مراحل سرعة استخدام المحركات في المراوح والمضخات، مما يتيح تشغيل نظم المتغيرات - الهواء عند انخفاض الطلب، وتستخدم وحدة نموذجية نموذجية نموذجية زوجا من أجهزة التحكم في الموجات الكاملة، مع تعليقات من جهاز تحويلي حالي للحد من الإشطار الحركي وحمايةه.

وكثيراً ما تغفل التصميمات الفعالة من حيث التكلفة لتطبيقات البيوتادايين السداسي الكلور النواقل المعقدة أو خوارزميات التحكم الميدانية، بل إن التحكم في مرحلة فتحية بسيطة مع درجة حرارة أو إشارة ضغط مغلقة، ويقرأ المتحكم في الميكروفون المتناهي الصغر التعليقات ويعدل زاوية الإطلاق للحفاظ على نقطة الانطلاق المنشودة، ويقلل هذا النهج من متطلبات التجهيز ويتيح استخدام نسبة مئوية من الادخار غير المكلف.

مراقبة التدفئة الصناعية

وتستخدم التدفئة الكهربائية في المطابخ التجارية، والمستودعات، وأفران العمليات الصناعية، ويفضل جهاز التحكم في الطاقة الكهربائية الذي يُسمى في كثير من الأحيان " جهاز التحكم في الطاقة الكهربائية الخاضعة للرقابة السيليكونية " ، أن يكون جهاز التحكم في السحب من الصفر أو التحكم في الزوايا، أما بالنسبة للعناصر التدفئة، فإن التحول من الصفر يولد ضوضاء كهربائية دنيا ويلغي عمليات الدفع الحالية الكبيرة المرتبطة بالطرد التدريجي من الزوايا.

وهذه المتحكمون مصممون بنموذج جهاز آلي (يحتوي في كثير من الأحيان على جهاز واحد من أجهزة التغليف يحتوي على جهازين من أجهزة التحكم في المضاد للشبهات) مجهزين على جهاز حرارة، وتزود إشارة البوابة بسائق مُحلّل بعلامات مُعتدلة، مما يتيح التداخل الآمن مع نظام مراقبة ذات حجم منخفض، ويمكن أن يؤدي وجود جهاز مُركّب بسيط أو منطقي مكرس (مثل بوابة XOR) إلى إحداث تغيير في كلفة.

تنظيم السلطة في التطبيقات التجارية الكبيرة

فأفران فرز معدات المطبخ الكبيرة، وغسل الصحون، وأجهزة الإغراق العميقة، في كثير من الأحيان، تتطلب طاقة متغيرة لمختلف دورات الطهي، وتتحكم وحدات الأثاث في عناصر التدفئة وأحياناً في المحركات، وتستبدل المفاتيح الكهربائية بثلاث وحدات مقسمة إلى ثلاثية، وتتحقق شركات تصنيع الأجهزة عملية صامتة، وتزيل قفزات الاتصال، وتخفض معدلات الفشل.

وثمة تطبيق هام آخر هو إمدادات الطاقة غير القابلة للقطع بالنسبة للمعدات التجارية لتكنولوجيا المعلومات، حيث تستخدم أجهزة التبديل المتحركة في نظم الاتحاد البريدي العالمي أجهزة إعادة تصميم ذاتية لنقل الحمولة من الجهة المنحرفة إلى الطاقة الصلاحية فوراً، ويجب على الأجهزة الخاصة معالجة التيارات العالية الارتفاع أثناء النقل، ولكن الوحدة ذاتها بسيطة ويمكن بناؤها بزوج من أجهزة إعادة التكسير العالية السرعة وسائق البوابة.

الفوائد وتحليل التكاليف

وتستند حالة العمل المتعلقة باعتماد وحدات التحكم في الطاقة القائمة على أساس الغرار إلى ثلاث دعائم هي: وفورات الطاقة، والقدرة على الاستمرار، وانخفاض تكلفة التصنيع، وكل من هذه الجوانب يسهم مباشرة في خط الأساس لمالكي المرافق التجارية ومصنعي المعدات.

وفورات الطاقة

أما أنظمة التحكم في الطاقة في المرحلة فتخفض متوسط الطاقة التي يتم تسليمها إلى حمولة دون إدخال خسائر كبيرة، أما بالنسبة للشحنات المقاومة، فإن حجم الطاقة المحتوية على نظام إدارة السجلات والكهرباء يقل بشكل متناسب مع زاوية التصريف، أما بالنسبة للحمولات التي تستخدمها الإدارة، فإن التحكم في سرعة المراوح أو المضخات يؤدي إلى تخفيض في استهلاك الطاقة بسرعة (قوانين السعة) فلا يشير أحد المراوح إلى نسبة 80 في المائة من وحدات خفض الطاقة.

وتأتي وفورات أخرى من القضاء على الخسائر الناجمة عن الهزيمة، إذ أن العديد من الآلات التجارية (مثل غسالات الصحون والتسخين) تقضي فترات طويلة في حالة التأهب، ويمكن تصميم نموذج لطيور الغزال على أن يسحب أقل من 0.5 و عندما يفرغ الحمل، مقارنة بعدد من الخاطين لنظام إعادة التشغيل ذي التواريخ المستمرة، ويترجم هذا التخفيض الاحتياطي إلى آلاف الدولارات التي يتم توفيرها سنويا.

مدة الخدمة وطولها

ولا توجد وحدات الميكانيكية أجزاء متحركة، مما يجعلها أكثر استدامة من مفاتيح التبديل الميكانيكية، وفي بيئة تجارية، قد تفشل عمليات النقل الآلي بعد 000 100 دورة بسبب حفر الاتصال أو الإرهاق الربيعي، ومن ناحية أخرى، يحقق المرشدون عادة 10 ملايين دورة في تطبيقات المراقبة التدريجية، وتكون مقاطعاتهم الميكانيكية قادرة على العمل لأكثر من 20 سنة عندما تخفض تكاليف الصيانة بشكل سليم.

كما أن قوة أطباء الغدة الدرقية تعني أن الوحدات يمكن تصميمها لمواجهة الحمولات الزائدة المؤقتة، وقد أدى العديد من أطباء الغدة الدرقية إلى ارتفاع معدلاتها الحالية بنسبة 10 أضعاف ما كانت عليه من تقدير مستمر لدورة واحدة من دورات AC، مما يتيح للوحدة ركوبها من خلال تيارات الفرن القصيرة دون أن تضاعف من سرعة الكسر، وهذا النوع من تبسيط نظام الحماية، ويقلل من الحاجة إلى أجهزة إطفاء الدوائر، مما يقلل من تكاليف التركيب.

هاء - سهولة التكامل والصيانة

وعادة ما تكون الوحدات القائمة على أساس الصدر صغيرة ويمكن تركيبها مباشرة على سداسي كلور البنزين أو التسخين داخل المنتج النهائي، وتكون واجهات التحكم فيها مباشرة - عادة - مقياساً للنفاذ، أو محولاً للنبض، أو إشارة بسيطة من جهاز التحكم بالنفسج من جهاز متحكم صغير، مما يجعل من السهل دمجها في تصميمات المعدات التجارية القائمة.

ومن منظور التصنيع، يمكن تجميع الوحدة باستخدام عمليات بيع أو إعادة تدفق الموجات التقليدية، ويعتمد فاتورة المواد فيها على المكونات المتاحة على نطاق واسع، وتقل تكلفة إنتاج نموذج قياسي نموذجي لعشرة أضواء عن 3 دولارات في الحجم المرتفع، بينما يمكن بناء وحدة أكثر تعقيداً من 40 وحدة لمراقبة الزئبق في الماء الثقيل أقل من 15 دولاراً، وعندما تقارن هذه التكاليف بالوفورات التي توفرها في الطاقة طوال فترة الحياة، يكون العائد على الاستثمار أقل في كثير من الأحيان.

خاتمة

فوحدات مراقبة الطاقة القائمة على أساس حاكمي توفر مسارا عمليا واقتصاديا لإدارة الطاقة التجارية، وباختيار العناصر المناسبة وتبسيط تصميم الدوائر وإدارة الحمولات الحرارية، يمكن للمهندسين أن يخلقوا وحدات قابلة للتحمل وموثوقة على حد سواء، ولا يمكن أن تستفيد من هذه النماذج من استراتيجيات النمو البسيط التي تنمو من الديدان إلى أجهزة التحكم المتطورة في السيارات، ومن وسائل التحكم في الطاقة التي تصلحها والتي يمكن أن تستفيد من أي أهداف محددة وفعالة تجاريا.

For further reading, refer to Infineon’s thyristor application notes], the ]STMicroelectronics triac product guide, and the U.S. Department of Energy report on changing —speed fan savings