في الوقت الحاضر، مع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا والتحسين المستمر للمستوى الطبي، يصاحب ذلك أيضًا إدخال العديد من المعدات الطبية المتقدمة واسعة النطاق، والتي تنتج عددًا كبيرًا من التوافقيات في هذه المرافق الطبية، مما يؤدي إلى ضرر جسيم للسلامة الكهربائية والعمل العادي للمعدات الطبية.أصبح جهاز الفلتر النشط هو الجهاز الرئيسي لحل هذه المشكلة.
1.1 المعدات الطبية
يوجد عدد كبير من مكونات الطاقة الإلكترونية في المعدات الطبية، وستنتج هذه الأجهزة عددًا كبيرًا من التوافقيات أثناء العمل، مما يسبب التلوث.المعدات الأكثر شيوعًا هي التصوير بالرنين المغناطيسي (جهاز الرنين المغناطيسي النووي) وجهاز التصوير المقطعي المحوسب وجهاز الأشعة السينية وجهاز DSA (جهاز تباين القلب والأوعية الدموية) وما إلى ذلك.من بينها، يتم إنشاء نبض الترددات اللاسلكية والمجال المغناطيسي المتناوب أثناء تشغيل التصوير بالرنين المغناطيسي لتوليد رنين مغناطيسي نووي، وكل من نبض الترددات اللاسلكية والمجال المغناطيسي المتناوب سيجلب التلوث التوافقي.سوف ينتج جسر المعدل لمقوم الجهد العالي في جهاز الأشعة السينية توافقيات كبيرة عندما يعمل، وجهاز الأشعة السينية عبارة عن حمل عابر، يمكن أن يصل الجهد إلى عشرات الآلاف من الفولتات، والجانب الأصلي من سيعمل المحول على زيادة الحمل اللحظي من 60 إلى 70 كيلو وات، مما سيزيد أيضًا من الموجة التوافقية للشبكة.
1.2 المعدات الكهربائية
ستنتج معدات التهوية في المستشفيات مثل مكيفات الهواء والمراوح وما إلى ذلك، ومعدات الإضاءة مثل مصابيح الفلورسنت عددًا كبيرًا من التوافقيات.من أجل توفير الطاقة، تستخدم معظم المستشفيات مراوح تحويل التردد ومكيفات الهواء.يعد محول التردد مصدرًا توافقيًا مهمًا جدًا، حيث يصل إجمالي معدل تشويه التيار التوافقي THD-i إلى أكثر من 33٪، وسينتج عددًا كبيرًا من 5، 7 شبكة كهرباء ملوثة للتيار التوافقي.يوجد في أجهزة الإضاءة داخل المستشفى عدد كبير من مصابيح الفلورسنت، والتي ستنتج أيضًا عددًا كبيرًا من التيارات التوافقية.عندما يتم توصيل مصابيح الفلورسنت المتعددة بحمل ثلاثي الطور بأربعة أسلاك، فإن الخط الأوسط سوف يتدفق تيارًا توافقيًا ثالثًا كبيرًا.
1.3 معدات الاتصالات
في الوقت الحاضر، تقوم المستشفيات بإدارة شبكات الكمبيوتر، مما يعني أن عدد أجهزة الكمبيوتر وأجهزة المراقبة بالفيديو والمعدات الصوتية كبير، وهذه مصادر توافقية نموذجية.بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون الخادم الذي يقوم بتخزين البيانات في نظام إدارة شبكة الكمبيوتر مزودًا بالطاقة الاحتياطية مثل UPS.يقوم UPS أولاً بتصحيح طاقة التيار الكهربائي إلى تيار مباشر، يتم تخزين جزء منه في البطارية، ويتم تحويل الجزء الآخر إلى طاقة تيار متردد منظمة من خلال العاكس لتزويد الحمل بالطاقة.عندما يتم تزويد محطة التيار الكهربائي، تقوم البطارية بتزويد العاكس بالطاقة لمواصلة العمل وضمان التشغيل العادي للحمل.ونحن نعلم أن المقوم والعاكس سيستخدمان تقنية IGBT وPWM، وبالتالي فإن UPS ستنتج الكثير من التيار التوافقي 3، 5، 7 في العمل.
2. ضرر التوافقيات على المعدات الطبية
من الوصف أعلاه، يمكننا أن نجد أن هناك العديد من المصادر التوافقية في نظام التوزيع بالمستشفى، والتي ستنتج عددًا كبيرًا من التوافقيات (أكثرها 3، 5، 7 توافقيات) وتلوث شبكة الكهرباء بشكل خطير، مما يسبب مشاكل جودة الطاقة مثل الزائد التوافقي والحمل التوافقي الزائد المحايد.هذه المشاكل يمكن أن تؤثر على استخدام المعدات الطبية.
2.1 ضرر التوافقيات على معدات الحصول على الصور
بسبب تأثير التوافقيات، غالبًا ما يتعرض الطاقم الطبي لأعطال في المعدات.يمكن أن تتسبب هذه الأخطاء في حدوث أخطاء في البيانات، أو عدم وضوح الصور، أو فقدان المعلومات، أو مشاكل أخرى، أو إتلاف مكونات لوحة الدائرة، مما يؤدي إلى عدم قدرة المعدات الطبية على الاستمرار في العمل بشكل طبيعي.على وجه الخصوص، عندما تتأثر بعض معدات التصوير بالتوافقيات، قد تسجل المكونات الإلكترونية الداخلية التقلبات وتغير المخرجات، مما سيؤدي إلى تشوه متداخل أو غموض في صورة الشكل الموجي، وهو ما يسهل التسبب في تشخيص خاطئ.
2.2 ضرر التوافقيات على أدوات العلاج والتمريض
هناك العديد من الأدوات الإلكترونية المستخدمة في العلاج، والأداة الجراحية هي الأكثر تضررا من التوافقيات.يشير العلاج الجراحي إلى العلاج بالليزر والموجات الكهرومغناطيسية عالية التردد والإشعاع والميكروويف والموجات فوق الصوتية وما إلى ذلك بمفرده أو بالاشتراك مع الجراحة التقليدية.تخضع المعدات ذات الصلة للتداخل التوافقي، وسوف تحتوي إشارة الخرج على فوضى أو تضخم الإشارة التوافقية مباشرة، مما يسبب تحفيزًا كهربائيًا قويًا للمرضى، وهناك مخاطر كبيرة تتعلق بالسلامة عند معالجة بعض الأجزاء المهمة.ترتبط أدوات التمريض مثل أجهزة التنفس الصناعي وأجهزة ضبط نبضات القلب وأجهزة تخطيط القلب وغيرها ارتباطًا وثيقًا بحياة أولياء الأمور، وتكون إشارة بعض الأجهزة ضعيفة جدًا مما قد يؤدي إلى جمع معلومات غير صحيحة أو حتى الفشل في العمل عند تعرضها للتوافقي مما تسبب في خسائر فادحة للمرضى والمستشفيات.
3. تدابير التحكم التوافقي
وفقا لأسباب التوافقيات، يمكن تقسيم إجراءات المعالجة بشكل تقريبي إلى الأنواع الثلاثة التالية: تقليل ممانعة النظام، والحد من المصدر التوافقي، وتركيب جهاز الترشيح.
3.1 تقليل مقاومة النظام
لتحقيق الغرض المتمثل في تقليل مقاومة النظام، من الضروري تقليل المسافة الكهربائية بين المعدات الكهربائية غير الخطية ومصدر الطاقة، وبعبارة أخرى، لتحسين مستوى جهد الإمداد.على سبيل المثال، المعدات الرئيسية لمصنع الصلب هي فرن القوس الكهربائي، والذي يستخدم في الأصل مصدر طاقة 35KV، وتم إعداده على التوالي لخط إمداد طاقة خاص 35KV بواسطة محطتين فرعيتين 110KV، وكان المكون التوافقي أعلى في شريط الناقل 35KV.بعد استخدام مسافة 4 كيلومترات فقط 220 كيلو فولت، قامت المحطة الفرعية بإعداد 5 خطوط إمداد طاقة خاصة 35 كيلو فولت، تحسنت التوافقيات في الحافلة بشكل كبير، بالإضافة إلى أن المصنع يستخدم أيضًا مولدًا متزامنًا بسعة أكبر، بحيث تكون المسافة الكهربائية لهذه غير الخطية تم تقليل الأحمال بشكل كبير، بحيث أدى المصنع إلى تقليل توافقي.تحتوي هذه الطريقة على أكبر استثمار، وتحتاج إلى التنسيق مع تخطيط تطوير شبكة الطاقة، وهي مناسبة للمشاريع الصناعية واسعة النطاق، وتتطلب المستشفيات إمدادات طاقة مستمرة دون انقطاع، يتم تشغيلها عمومًا بواسطة محطتين فرعيتين أو أكثر، لذا فإن هذه الطريقة ليست طريقة أولوية.
3.2 الحد من المصادر التوافقية
تحتاج هذه الطريقة إلى تغيير تكوين المصادر التوافقية، والحد من طريقة عمل توليد التوافقيات بكميات كبيرة، والتركيز على استخدام الأجهزة ذات التكامل التوافقي لإلغاء بعضها البعض.يتم زيادة تردد التوافقيات المميزة عن طريق زيادة عدد الطور للمحول، ويتم تقليل القيمة الفعالة للتيار التوافقي بشكل كبير.تحتاج هذه الطريقة إلى إعادة ترتيب دائرة المعدات وتنسيق استخدام الأدوات التي لها قيود عالية.يمكن للمستشفى أن يعدل قليلاً وفقًا لحالته الخاصة، مما يمكن أن يقلل من كمية التوافقيات إلى حد معين.
3.3 تثبيت جهاز التصفية
في الوقت الحاضر، هناك نوعان من أجهزة تصفية التيار المتردد شائعة الاستخدام: جهاز التصفية السلبي وجهاز التصفية النشط (APF).يستخدم جهاز الترشيح السلبي، المعروف أيضًا باسم جهاز الترشيح LC، مبدأ رنين LC لإنشاء فرع رنين متسلسل بشكل مصطنع لتوفير قناة مقاومة منخفضة جدًا لعدد معين من التوافقيات المراد ترشيحها، بحيث لا يتم حقنها في شبكة الكهرباء.جهاز المرشح السلبي له بنية بسيطة وتأثير امتصاص توافقي واضح، ولكنه يقتصر على توافقيات التردد الطبيعي، وخصائص التعويض لها تأثير كبير على مقاومة الشبكة (عند تردد معين، ومقاومة الشبكة وLC قد يكون لجهاز الترشيح رنين متوازي أو رنين متسلسل).جهاز الفلتر النشط (APF) هو نوع جديد من أجهزة الطاقة الإلكترونية، والذي يستخدم لقمع التوافقيات ديناميكيًا وتعويض الطاقة التفاعلية.يمكنه جمع وتحليل الإشارة الحالية للحمل في الوقت الفعلي، وفصل كل قوة توافقية وتفاعلية، والتحكم في إخراج المحول بسعة متساوية للتيار التوافقي والتفاعلي وتيار التعويض العكسي من خلال وحدة التحكم لتعويض التيار التوافقي في الحمل، وذلك لتحقيق الغرض من السيطرة التوافقية.مرشح نشطيتمتع الجهاز بمزايا التتبع في الوقت الفعلي والاستجابة السريعة والتعويض الشامل (يمكن تعويض الطاقة التفاعلية والتوافقيات 2 ~ 31 في نفس الوقت).
4 تطبيق محدد لجهاز التصفية النشط APF في المؤسسات الطبية
مع التحسين المستمر لمستويات معيشة الناس وتسارع شيخوخة السكان، يتزايد الطلب على الخدمات الطبية بشكل مطرد، وصناعة الخدمات الطبية على وشك الدخول في فترة من النمو السريع، والممثل الأكثر أهمية وأهمية للصناعة الطبية هو المستشفى.بسبب القيمة والأهمية الاجتماعية الخاصة للمستشفى، فإن حل مشكلة جودة الطاقة فيه أمر ملح.
4.1 اختيار APF
تتمثل فوائد التحكم التوافقي، في المقام الأول، في ضمان السلامة الشخصية للمرضى والعاملين الطبيين، أي تقليل أو إزالة التأثير السلبي للتحكم التوافقي على نظام التوزيع، لضمان التشغيل الطبيعي للمحولات والأدوات الطبية ;ثانيًا، يعكس بشكل مباشر الفوائد الاقتصادية، أي ضمان التشغيل العادي لنظام تعويض السعة ذات الجهد المنخفض، ولعب دوره الواجب، وتقليل المحتوى التوافقي في شبكة الطاقة، وتحسين عامل الطاقة، وتقليل فقدان الطاقة التفاعلية ، وإطالة عمر خدمة المعدات.
إن ضرر التوافقيات على الصناعة الطبية كبير جدًا، حيث سيؤثر عدد كبير من التوافقيات على أداء واستخدام الأدوات الدقيقة، وقد يعرض السلامة الشخصية للخطر في الحالات الخطيرة؛كما أنه سيزيد من فقدان الطاقة للخط وحرارة الموصل، ويقلل من كفاءة وعمر المعدات، وبالتالي فإن أهمية التحكم التوافقي أمر بديهي.من خلال التثبيتمرشح نشطالجهاز، يمكن تحقيق غرض التحكم التوافقي بشكل جيد، وذلك لضمان سلامة الأشخاص والمعدات.على المدى القصير، تحتاج السيطرة على التوافقيات إلى قدر معين من استثمار رأس المال في المرحلة المبكرة؛ومع ذلك، من وجهة نظر التنمية طويلة المدى، فإن المنتدى الآسيوي والمحيط الهادئجهاز تصفية نشطمن السهل صيانتها في فترة لاحقة، ويمكن استخدامها في الوقت الفعلي، كما أن الفوائد الاقتصادية التي توفرها للتحكم في التوافقيات والفوائد الاجتماعية لتنقية شبكة الطاقة واضحة أيضًا.
وقت النشر: 30 يونيو 2023