حول كانوين: هل ترغب بمعرفة كيفية تركيب بنية المحولات؟ دليل المستخدم | كانوين

02 شكل القلب الحديدي

يتكون القلب الحديدي من عمود حديدي ونير حديدي. يُغطى العمود الحديدي بملفات، ويربط النير الحديدي العمود الحديدي لتشكيل دائرة مغناطيسية مغلقة.

الشكل 1أ يُمثل محولًا أحادي الطور، والشكل 1ب يُمثل محولًا ثلاثي الأطوار. يمكن تقسيم بنية القلب الحديدي إلى جزأين: C هو جزء الملف، ويُعرف بعمود القلب. Y هو الجزء المستخدم لإغلاق الدائرة المغناطيسية، ويُسمى نير الحديد. يحتوي المحول أحادي الطور على عمودين للقلب، بينما يحتوي المحول ثلاثي الأطوار على ثلاثة أعمدة.

نظرًا لأن التدفق المغناطيسي في قلب المحول الحديدي هو تدفق متناوب، ولتقليل فقد التيارات الدوامية، يُصنع قلب المحول الحديدي عادةً من رقائق حديدية ذات حجم محدد مصنوعة من صفائح فولاذية سيليكونية عالية المقاومة. تُقطع صفائح الفولاذ السيليكونية المكونة للقلب الحديدي أولًا إلى الشكل والحجم المطلوبين، وتُسمى هذه الرقائق بالصفائح المثقبة، ثم تُجمع معًا بطريقة متداخلة. يوضح الشكل 2أ قلبًا حديديًا لمحول أحادي الطور، حيث تتكون كل طبقة من 4 رقائق مثقبة. أما الشكل 2ب فيوضح قلبًا حديديًا لمحول ثلاثي الأطوار، حيث تتكون كل طبقة من 6 رقائق، وتُستخدم طرق ترتيب مختلفة لدمج الرقائق المثقبة لكل طبقتين، مما يُؤدي إلى تداخل وصلات الدائرة المغناطيسية لكل طبقة. تُسمى طريقة التجميع هذه بالتجميع المتداخل، وهي تُجنب تدفق التيارات الدوامية بين الصفائح الفولاذية. ولأن الطبقات متشابكة ومتداخلة، يُمكن استخدام عدد أقل من أدوات التثبيت، مما يُبسط التركيب عند ضغط القلب. عند التجميع، يتم أولاً تداخل قطع التثقيب لتشكيل قلب حديدي كامل، ثم يتم تثبيت النير السفلي، ويتم سحب قطع التثقيب العلوية للنير لكشف عمود القلب الحديدي، ويتم وضع اللفائف الجاهزة على عمود القلب الحديدي، وأخيراً يتم إدخال قطع التثقيب العلوية المسحوبة للنير.

بحسب تصميم اللفائف في القلب الحديدي، يُقسم المحول إلى نوعين: ذو القلب الحديدي والصدفي. ويكمن الاختلاف الرئيسي بينهما في توزيع الدائرة المغناطيسية؛ ففي المحول الصدفي، يحيط نير حديدي بالملفات، بينما في المحول ذي القلب الحديدي، يقع معظم الملف داخل القلب الحديدي، ولا يخرج منه إلا جزء صغير من الملف، ويُستخدم هذا الجزء لتشكيل حلقة مغناطيسية.

03 تبديد الحرارة من قلب الحديد

أثناء التشغيل العادي للمحول، يُولّد القلب الحديدي حرارةً نتيجةً لفقدان الحديد، وكلما زاد وزن وحجم القلب الحديدي، زادت الحرارة المتولدة. يُصبح زيت المحول سريع التلف عند تجاوز درجة حرارته 95 درجة مئوية، لذا يجب التحكم بدرجة حرارة سطح القلب الحديدي بحيث تبقى أقل من هذه الدرجة قدر الإمكان، مما يتطلب بنيةً لتبديد الحرارة في القلب الحديدي لتسريع عملية تبديد الحرارة. تتمثل وظيفة هذه البنية بشكل أساسي في زيادة مساحة سطح تبديد الحرارة في القلب الحديدي. وتشمل عملية تبديد الحرارة في القلب الحديدي بشكل رئيسي تبديد الحرارة في قنوات الزيت وممرات الهواء.

في المحولات المغمورة بالزيت ذات السعة الكبيرة، تُوضع أخاديد زيتية بين صفائح القلب الحديدي لتعزيز تبديد الحرارة. تنقسم هذه الأخاديد إلى نوعين: أحدهما موازٍ لصفيحة الفولاذ السيليكوني، والآخر عمودي عليها، كما هو موضح في الشكل 4. يتميز النوع الثاني بتبديد حرارة أفضل، ولكنه أكثر تعقيدًا من حيث التركيب.

يتم تبريد القلب الحديدي للمحول الجاف بالهواء. ولضمان عدم تجاوز درجة حرارة القلب الحديدي القيمة المسموح بها، يتم عادةً تركيب قناة تهوية في عمود القلب الحديدي واليوك الحديدي.

04 ضجيج القلب الحديدي

تُصدر المحولات ضوضاءً أثناء التشغيل. مصدر هذه الضوضاء هو التمدد المغناطيسي لصفائح الفولاذ السيليكوني في قلبها الحديدي، أو بعبارة أخرى، تُعزى ضوضاء قلب المحول بشكل أساسي إلى التمدد المغناطيسي. يُشير التمدد المغناطيسي إلى زيادة حجم صفائح الفولاذ السيليكوني على طول خطوط الحث المغناطيسي عند تحفيز القلب الحديدي. ويقل حجم هذه الصفائح في الاتجاه العمودي على خطوط الحث المغناطيسي، وهو ما يُعرف بالتمدد المغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر كل من بنية القلب الحديدي وحجمه الهندسي، وتقنيات تصنيعه ومعالجته، بدرجة معينة على مستوى الضوضاء.

يمكن تقليل مستوى الضوضاء الصادر من القلب الحديدي من خلال التدابير التقنية التالية:

(1) استخدم صفائح فولاذية سيليكونية عالية الجودة ذات قيمة مغناطيسية انفعالية صغيرة ε.

(2) تقليل كثافة التدفق المغناطيسي للنواة.

(3) تحسين بنية القلب الحديدي.

(4) اختر حجمًا مناسبًا للقلب.

(5) اعتماد تكنولوجيا المعالجة المتقدمة.

05 تأريض القلب الحديدي

في التشغيل العادي للمحول، يكون المجال الكهربائي المتشكل بين الملفات والأسلاك المكهربة وخزان الزيت مجالًا غير منتظم، ويقع القلب الحديدي وأجزاؤه المعدنية ضمن هذا المجال. ونظرًا لاختلاف جهد الحث الكهروستاتيكي، فإن جهد تعليق القلب الحديدي ومكوناته المعدنية يختلف أيضًا. وعندما يؤدي فرق الجهد بين نقطتين إلى انهيار العازل بينهما، يتولد تفريغ شراري. هذا التفريغ قد يُتلف زيت المحول ويضر بالعزل الصلب. ولتجنب ذلك، يجب تأريض كل من القلب ومكوناته المعدنية تأريضًا موثوقًا.

يجب تأريض القلب الحديدي في نقطة واحدة. عندما يكون للقلب الحديدي أو أي مكونات معدنية أخرى نقطتا تأريض أو أكثر، فإن نقاط التأريض ستشكل حلقة مغلقة، مما يؤدي إلى دوران التيار، وقد يصل التيار أحيانًا إلى عشرات الأمبيرات، مسببًا ارتفاعًا موضعيًا في درجة الحرارة، وتحلل الزيت، وقد يتسبب أيضًا في انصهار عنصر التأريض واحتراق القلب الحديدي، وهذا أمر غير مسموح به. لذلك، يجب تأريض القلب الحديدي، وتأريضه جزئيًا.

ثانيًا: بنية لفائف المحول

وظيفة الملف 01

يُعدّ اللفّ الجزء الأساسي من المحوّل، فهو المسؤول عن إنشاء المجال المغناطيسي ونقل الطاقة الكهربائية، ويُلفّ عادةً بورق عازل، أو بسلك نحاسي أو ألومنيوم، ويُثبّت داخل قلب المحوّل. يجب أن يتمتّع قلب المحوّل بقوة عزل كافية، وقوة ميكانيكية عالية، ومقاومة للحرارة.

نوع اللف

يمكن تقسيم بنية لفائف المحولات عمومًا إلى فئتين: البنية الطبقية والبنية الدائرية. تشير البنية الطبقية إلى أن لفات الملف مرتبة بشكل متواصل على طول محورها، وتُستخدم عادةً في محولات الطاقة منخفضة الفقد من سلسلتي S8 وS9. أما البنية الدائرية، فتشير إلى أن لفات الملف ملفوفة بشكل متواصل على شكل دائرة (قطعة) على طول اتجاهها القطري، ثم تتكون من عدة دوائر مرتبة على طول الاتجاه المحوري. وتُستخدم عادةً في المحولات الكبيرة والضخمة جدًا ذات الجهد العالي الذي يبلغ 110 كيلوفولت فأكثر.

تعتمد ملفات محولات الطاقة المصنعة في الصين بشكل أساسي على بنية متحدة المركز. تعني هذه البنية أن الملفات تُلف حول عمود القلب الحديدي بشكل أسطواني متماثل عند أي مقطع عرضي. يجب وجود فجوة عازلة وقناة لتبديد الحرارة (قناة زيت) بين ملفات الجهد العالي والمنخفض، وبين ملفات الجهد المنخفض وعمود القلب الحديدي، مفصولة بأنبوب كرتوني معزول. تعتمد مسافة العزل على مستوى جهد الملف والمسافة المطلوبة لقناة تبديد الحرارة. عندما يُوضع ملف الجهد المنخفض بالقرب من عمود القلب، تكون مسافة العزل المطلوبة بينهما صغيرة نسبيًا، مما يسمح بتقليل حجم الملف، وبالتالي تقليل الحجم الكلي للمحول.

يُعدّ المحول ثلاثي الملفات الأكثر شيوعًا في أنظمة الطاقة. ويُعتبر استخدامه لربط نظام النقل بثلاثة جهود مختلفة أكثر اقتصادية، ويشغل مساحة أقل، ويتميز بسهولة الصيانة والإدارة مقارنةً باستخدام محولين عاديين. عادةً ما يعتمد المحول ثلاثي الأطوار ثلاثي الملفات على توصيل YY-△، أي أن الملفين الابتدائي والثانوي موصولان على شكل Y، بينما الملف الثالث موصول على شكل △، كما هو موضح في الشكل XX. يُمثل توصيل △ حلقة مغلقة، حيث يمر تيار التوافقي الثالث عبر نفس الطور، وبالتالي لا يظهر جهد التوافقي الثالث في الملفين الابتدائي والثانوي الموصولين على شكل Y. وبهذه الطريقة، يُوفر نقطة تعادل لكل من الجانبين الابتدائي والثانوي. في أنظمة النقل لمسافات طويلة، يُمكن أيضًا توصيل الملف الثالث بكاميرا متزامنة لتحسين معامل القدرة للخط.

ثالثًا: هيكل توصيل المحول

01 مادة الرصاص وتصنيفها

يتم توصيل ملفات المحول خارجيًا بالطرف الأمامي للسلك الذي يسمى السلك، ومن خلال السلك يتم توصيل مصدر الطاقة الخارجي بمحول إدخال الطاقة، ولكن أيضًا من خلال السلك يتم نقل الطاقة الكهربائية الخارجة من المحول إلى الخارج.

توجد بشكل رئيسي الأنواع التالية من العملاء المحتملين:

(1) سلك الرصاص المتصل بنهاية سلك اللف والغطاء؛

(2) توصيل الأسلاك بين نهايات اللف؛

(3) يتم توصيل وصلة الملف بسلك التوصيل المتصل بالمفتاح

مادة الرصاص هي عموماً:

(1) قضيب نحاسي مكشوف، نطاق التطبيق: محول من فئة 10 كيلو فولت 6300 كيلو فولت أمبير وما دونه؛

(2) قضيب نحاسي دائري ملفوف بالورق، نطاق التطبيق: محول صغير السعة من 10 إلى 35 كيلو فولت؛

(3) قضيب نحاسي مكشوف، نطاق التطبيق: 10 كيلو فولت وما دونه من أسلاك اللف ذات الجهد المنخفض؛

(4) سلك نحاسي مجدول، نطاق التطبيق: جميع مستويات الجهد، وخاصة 110 كيلو فولت وما فوق الرصاص؛

(5) أنبوب نحاسي، نطاق التطبيق: سلك محول 220 كيلو فولت وما فوق.

لضمان مسافة عزل كافية، يجب أن تستوفي الأسلاك الموصلة، سواءً كانت مغلفة بالخشب الرقائقي أو معزولة بالكرتون، متطلبات الأداء الكهربائي والمتانة الميكانيكية ومقاومة ارتفاع درجة الحرارة. كما يعتمد اختيار الأسلاك الموصلة على قوة المجال الكهربائي والمتانة الميكانيكية، بالإضافة إلى مقاومة ارتفاع درجة الحرارة عند حدوث قصر في الدائرة وارتفاع درجة الحرارة عند التحميل لفترات طويلة.

02 توصيل السلك

أشكال توصيل أسلاك المحولات هي: اللحام بالنحاس، واللحام بالغاز، واللحام بالضغط البارد، والتوصيل بالبراغي.

يجب أن يكون قطب اللحام مصنوعًا من سبيكة النحاس الفوسفوري للتوصيل بين مخرج الملف والسلك وبين الأسلاك.

تُستخدم اللحام بالغاز في لحام أسلاك الرصاص النحاسية وأنابيب الكابلات المثقوبة.

تعتمد عملية اللحام بالضغط البارد على إدخال طرفي التوصيل المتصلين بواسطة سلك في أنبوب معدني، ثم استخدام قالب لضغط الأنبوب المعدني، مما يؤدي إلى ضغط الطرفين معًا. لا تتطلب هذه العملية تسخينًا، وهي آمنة نسبيًا، ولا ينتج عنها لحام خاطئ أو احتراق الأسلاك أو مواد العزل الأخرى، كما تتميز بجودة عالية في عملية البثق وقوة شد جيدة. لذلك، يُعد اللحام بالضغط البارد الطريقة الرئيسية لتوصيل الأسلاك في المحولات الكبيرة.

تُستخدم وصلة البرغي بشكل أساسي لتوصيل سلك التوصيل بجلبة قضيب التوجيه. يمكن فك سلك التوصيل، كما يمكن استخدامه لتعويض أي اختلاف في طوله. عادةً، يكون هيكل سلك التوصيل المنحني قابلاً للتمدد بحرية، ويُعرف هذا النوع من الوصلات بالوصلة المرنة.

03 تثبيت الرصاصة

لضمان مسافة العزل للسلك، وتحمل الاهتزاز وتأثير الطاقة الكهربائية أثناء التشغيل وقصر الدائرة دون إزاحة أو تشوه، يجب استخدام أجزاء التثبيت لشد السلك.

يجب أن تتمتع أجزاء تثبيت الأسلاك بقوة ميكانيكية وكهربائية كافية، لذا يعتمد هيكلها عادةً على دعامات خشبية، حيث تُثبّت أجزاء التثبيت بالأجزاء المعدنية لجسم المحول. ولتحسين القوة الميكانيكية، يمكن استخدام براغي معدنية متوفرة، ولكن يجب تثبيت أجزاء التثبيت ببراغي إيبوكسية، مع وجود آلية فك. كما يُنصح بإضافة لوح عازل لتثبيت السلك كعزل إضافي لمنع انحشاره.

FAQ

المزايا