كل المعلومات المتعلقة بـ "محول الطاقة" موجودة هنا، شاملة للغاية، اجمعها وتعلمها!

مخطط توضيحي للمكونات الرئيسية للمحول

عملية تصنيع المحولات

قلب المحول

المحتوى الرئيسي لمقدمة قلب المحول هو قطع قلب المحول وتكديسه وتثبيته وأحدث تقنيات التكديس لتقليل فقد الطاقة في حالة عدم التحميل.

2. قلب المحول

القلب الحديدي هو المكون الأساسي للمحول. يتكون من موصل مغناطيسي وجهاز تثبيت. وله وظيفتان: من حيث المبدأ، يعمل الموصل المغناطيسي للقلب الحديدي كدائرة مغناطيسية للمحول، حيث يحول الطاقة الكهربائية للدائرة الابتدائية إلى طاقة مغناطيسية، ومن ثم يحول طاقته المغناطيسية إلى طاقة كهربائية للدائرة الثانوية، التي تُعد وسيطًا لتحويل الطاقة. أما من الناحية الهيكلية، فيدعم القلب الحديدي جميع المكونات الداخلية للمحول، مثل الهيكل والأسلاك.

يتكون قلب المحول الحديدي من هيكل مغلق على شكل إطار. يُطلق على الجزء الذي يغطي الملف اسم عمود القلب. أما الجزء الذي لا يغطي الملف ويقتصر دوره على إغلاق الدائرة المغناطيسية فيُسمى العملاق الحديدي.

أنواع النوى الحديدية

بحسب الموقع النسبي للملفات والقلب الحديدي، يمكن تقسيم القلب الحديدي إلى نوعين: قلب حديدي عادي وقلب حديدي ذو غلاف. سنتناول هنا فقط القلب الحديدي ذو القلب الحديدي العادي. بالنسبة للمحولات أحادية الطور، يتخذ القلب الحديدي أشكالًا هيكلية متعددة، مثل القلب الحديدي ثنائي الأعمدة، والقلب الحديدي أحادي العمود رباعي الأعمدة، والقلب الحديدي ثنائي العمود رباعي الأعمدة.

بالنسبة للمحولات ثلاثية الطور، يتخذ القلب الحديدي أشكالًا هيكلية متعددة، منها ثنائي الأعمدة، وثلاثي الأعمدة، ورباعي الأعمدة (خماسي الأعمدة). ويُحدد اختيار هيكل القلب بناءً على عوامل شاملة، كالتوزيع الأمثل للملفات المختلفة، وتوفير المواد، ومراعاة ارتفاع النقل. ويمكن للتحويل الجانبي أن يقلل من الموجتين الخامسة والسابعة في تدفق التسرب وتيار التمغنط.

شريط فولاذي كهربائي (صفيحة فولاذية سيليكونية):

المادة المستخدمة في الموصل المغناطيسي ذي القلب الحديدي هي شريط فولاذي كهربائي ذو محتوى عالٍ من السيليكون، والمعروف أيضًا باسم صفيحة الفولاذ السيليكوني.

يوجد نوعان من صفائح الفولاذ السيليكوني: الدرفلة على البارد والدرفلة على الساخن، وتنقسم صفائح الفولاذ السيليكوني المدرفلة على البارد إلى نوعين: غير موجهة وموجهة.

تتميز صفائح الفولاذ السيليكوني المدرفلة على الساخن بخواص مغناطيسية ضعيفة، حيث لا تتجاوز كثافة التدفق المغناطيسي 1.5 تسلا، كما أن فقد الطاقة فيها مرتفع للغاية، لذا لم يعد يُستخدم. أما صفائح الفولاذ السيليكوني المدرفلة على البارد ذات الحبيبات الموجهة، فتتميز بتوجيهية واضحة، وكثافة مغناطيسية عالية عند التشبع، وفقد طاقة منخفض، وقدرة إثارة منخفضة، ولذا فهي تُستخدم على نطاق واسع حاليًا.

تتعدد مواصفات سمك صفائح الفولاذ السيليكوني الموجه الحبيبات المدرفلة على البارد، مثل 0.35 مم، 0.3 مم، 0.27 مم، 0.23 مم، إلخ. والسمك الأكثر استخدامًا هو 0.3 مم، وهو يتناقص باستمرار، والغرض الرئيسي منه هو تقليل الفقد العرضي في حالة عدم التحميل.

في الوقت الحاضر، تعد مناطق الإنتاج الرئيسية لألواح الصلب السيليكوني هي اليابان وأوروبا الغربية وروسيا وكوريا الجنوبية وشركة ووهان للحديد والصلب المحلية.

تُحدد مواصفات صفائح الفولاذ السيليكوني الموجه الحبيبات والمدرفلة على البارد بشكل أساسي من خلال سمكها وفقد الوحدة (واط/كجم) عندما تكون كثافة التدفق المغناطيسي بتردد 50 هرتز 1.7 تسلا، على سبيل المثال:

·صفائح فولاذية سيليكونية مطورة حديثًا باستخدام تقنية التشعيع بالليزر والنقش الميكانيكي

قصّ صفيحة الفولاذ السيليكوني لقلب المحول:

عند دخول صفائح الفولاذ السيليكوني إلى المصنع، تكون على شكل لفائف بعرض حوالي 1000 مم. يجب تقطيعها إلى الشكل المطلوب باستخدام معدات قص خاصة (مثل آلة القص السلكية الألمانية جورجر). يجب ألا يتجاوز حجم نتوء القص في كل صفيحة 0.02 مم.

تكديس النوى الحديدية:

● نظرًا لأن ملف المحول ذي القلب الحديدي دائري، فمن المفترض أن يكون مقطع عمود القلب الحديدي دائريًا أيضًا، إلا أن تصنيعه بهذه الطريقة صعب وغير اقتصادي، لذا يُصنع على شكل متدرج (أسطواني متدرج). تشكل كل درجة مستطيلًا، وتقع حدودها الخارجية على نفس الدائرة المحيطة. يوجد حد أقصى لعدد الدرجات، ويجب دراسة هذا الحد بدقة وفقًا للجدوى الاقتصادية.

● عند تكديس النوى الحديدية، يتم تداخل عمود النواة وقطع النواة الحديدية للنير الحديدي بالتناوب بقطعة واحدة أو عدة قطع، بحيث تتداخل وصلات الطبقات العلوية والسفلية من صفائح الفولاذ السيليكوني بالتناوب وتغطي بعضها البعض. ويؤدي ذلك إلى تقليل تيار الإثارة وفقدان الطاقة في حالة عدم التحميل مع تحسين المتانة.

وصلة تراكبية لقطعة القلب الحديدي:

يعتمد قلب المحول حاليًا على شكل وصلة مائلة كاملة، أي أن زاوية التقاء عمود القلب مع النير الحديدي تبلغ 45 درجة. يتناسب هذا الشكل تمامًا مع خصائص صفائح الفولاذ السيليكوني الموجهة ذات النفاذية المغناطيسية العالية المستخدمة حاليًا، مما يجعل الدائرة المغناطيسية متناسقة قدر الإمكان.

بالنسبة لقلوب المحولات الكبيرة ذات الوصلات المائلة الكاملة، يتم عادةً تجميعها على شكل وصلات ثنائية المراحل. ولتحسين خصائص قلب المحول في حالة عدم التحميل، يتم تشكيل القلب على شكل وصلات متعددة المستويات، أي قلب StepLap.

في القلب الرقائقي، تتداخل طبقات صفائح الفولاذ السيليكوني. عندما يصطدم التدفق المغناطيسي لقطعة معينة بالفجوة الهوائية عند خط التماس، تكون المقاومة المغناطيسية للفجوة الهوائية أعلى بآلاف المرات من مقاومة صفيحة الفولاذ السيليكوني. يمر معظم التدفق عبر صفائح الفولاذ السيليكوني المجاورة التي تربط هذا المفصل. يتراكب التدفق المغناطيسي الأصلي للرقائق عند مفاصل الربط مع التدفقات المغناطيسية الناتجة عن الربط. قد تصل الكثافة إلى حد التشبع، مما يؤدي إلى زيادة حادة في فقد الطاقة وتيار اللاحمل في منطقة المفصل (أي محليًا)، وبالتالي زيادة إجمالي فقد الطاقة في اللاحمل.

تُعد تقنية Step lap تقنية جديدة للتغليف تم اعتمادها هذا العام، والتي يمكنها تحسين الكثافة المغناطيسية لصفائح الفولاذ السيليكوني في منطقة الوصل، وبالتالي تقليل فقدان الحمل والضوضاء في الجزء الأساسي بشكل فعال.

العزل الأساسي:

تؤثر عزلات القلب الحديدي بشكل مباشر على جودة منتج قلب المحول. ويمكن تقسيم عزلات القلب الحديدي إلى جزأين: العزل بين الصفائح والعزل بين الرقائق والأجزاء الهيكلية.

يتم تحقيق العزل بين الرقائق بشكل أساسي من خلال جانبين: أحدهما هو الطلاء الموجود على سطح الصفيحة المصفحة، والآخر هو وضع طبقة من الورق المقوى العازل بسمك معين في كل كومة أثناء عملية التكديس، والتي تعمل أيضًا كقناة لتبديد الحرارة.

في المحولات ذات السعة الكبيرة، ولضمان تبديد الحرارة المتولدة في القلب الحديدي بواسطة زيت المحول المتداول، توجد قنوات لتبريد الزيت في عمود القلب الحديدي واليوك. يمكن أن تكون هذه القنوات مصنوعة من صفائح فولاذية سيليكونية مموجة، أو من قضبان فولاذية ملحومة على صفائح فولاذية سيليكونية. أما في المحولات ذات الوصلات المائلة الكاملة، ولتقليل الفاقد، تُستخدم شرائح من مواد غير معدنية لفصل قنوات الزيت.

تأريض القلب الحديدي:

أثناء تشغيل المحول، ونظرًا لاختلاف مواقع القلب الحديدي وهياكله المعدنية في المجال الكهربائي، تختلف الجهود المتولدة. وعندما يصل فرق الجهد بين نقطتين إلى قيمة معينة، تحدث ظاهرة التفريغ الكهربائي. ونتيجةً لهذا التفريغ، يتحلل زيت المحول أو تتلف العازل الصلب. ولتجنب هذه الظاهرة، يجب تأريض القلب الحديدي وأجزائه المعدنية بشكل فعال.

ملحقات القلب الحديدي

الجزء الثاني: لفائف المحول

المحتوى الرئيسي لجزء لف المحول هو السلك وطريقة لف المحول.

الملف هو الدائرة الكهربائية المسؤولة عن إدخال وإخراج الطاقة الكهربائية للمحول، وهو المكون الأساسي للمحول. يجب تصميم الملفات بحيث تستوفي المتطلبات الأساسية التالية:

1. القوة الكهربائية

جهد تحمل نبضات البرق

جهد تحمل النبضة التشغيلية

جهد تحمل تردد الطاقة

2. مقاومة الحرارة

في ظل الحرارة المتولدة عن تيار التشغيل طويل الأمد، يجب ألا يقل العمر الافتراضي لعزل الملف عن 20 عامًا.

في ظل ظروف تشغيل المحول، يحدث قصر مفاجئ في أي طرف من أطراف الخط، ويجب أن يكون الملف قادراً على تحمل الحرارة الناتجة عن تيار القصر دون أن يتضرر.

3. القوة الميكانيكية

نوع الملف؛

يُختار نوع الملف بشكل أساسي بناءً على قدرة التخفيف، مثل جهد الملف، مع مراعاة القوة الكهربائية والميكانيكية، وتبديد الحرارة، وجدوى عملية التصنيع. ولا يوجد تصميم واحد لهيكل الملف، بل تتوفر عدة أشكال هيكلية للاختيار من بينها. ويرتبط هذا أيضاً بالعادات التقليدية لمصنعي المحولات.

يمكن تقسيم ملفات المحولات تقريبًا إلى نوعين: نوع الطبقات ونوع الكعكة. أما ملفات الدبابيس، فيمكن تقسيمها إلى أنواع حلزونية، ومستمرة، ومتشابكة، ومتشابكة مستمرة، ومستمرة محمية داخليًا، ومتداخلة.

سلك ملفوف:

يمكن تقسيم أسلاك اللف إلى أسلاك نحاسية وألومنيوم حسب نوع الموصل، وأسلاك دائرية وأسلاك مسطحة حسب شكل الموصل، وأسلاك ورقية ومطلية وزجاجية حسب مادة العزل. وتستخدم محولات الطاقة عادةً أسلاكًا فولاذية مسطحة مغلفة بالورق.

يمكن تقسيم الأسلاك الفولاذية المسطحة المغطاة بالورق إلى أنواع مختلفة، منها الأسلاك العادية المغطاة بالورق، والأسلاك المركبة، والأسلاك المتحولة، وغيرها. وبحسب قوة الشد، تُصنف هذه الأسلاك إلى أسلاك عادية (≤ 0.00 ميجا باسكال)، وأسلاك نحاسية شبه صلبة (≤ 120 ميجا باسكال < 0.00 ميجا باسكال، ≤ 210 ميجا باسكال). ومن بينها، يوجد أيضًا سلك متحول ذاتي اللصق، وهو عبارة عن سلك مسطح واحد مغطى بطبقة من راتنج الإيبوكسي (سمك طبقة الطلاء على كلا الجانبين هو 10 ...

(0.06 ± 0.02 مم)، والغرض من ذلك هو لصق جميع الأسلاك الصغيرة معًا بعد معالجة طبقة الطلاء حراريًا، وذلك لتحسين مقاومة الدائرة القصيرة للملف. في الوقت الحالي، يتم تطبيق أحدث أسلاك النقل ذات التغليف الشبكي، كما تم إدخال خطوط إنتاج معالجة مقابلة لها في الصين.

يمكن تقسيم أسلاك اللف إلى أسلاك نحاسية وألومنيوم حسب نوع مادة التوصيل، وأسلاك دائرية وأسلاك مسطحة حسب شكل الموصل، وأسلاك ورقية ومطلية وزجاجية حسب مادة العزل. تستخدم محولات الطاقة عادةً أسلاكًا نحاسية مسطحة مغلفة بالورق.

يمكن تقسيم الأسلاك النحاسية المسطحة المغطاة بالورق إلى أنواع مختلفة، منها الأسلاك العادية المغطاة بالورق، والأسلاك المركبة، والأسلاك المبدلة، وغيرها. وبحسب قوة الشد، تُصنف هذه الأسلاك إلى أسلاك عادية (من 0 إلى 120 ميجا باسكال)، وأسلاك نحاسية شبه صلبة (من 120 إلى 210 ميجا باسكال). ومن بينها، يوجد سلك مبدل ذاتي اللصق، حيث يُغطى كل سلك مسطح بطبقة من راتنج الإيبوكسي (بسماكة 0.06 ± 0.02 مم على كلا الجانبين)، وذلك عن طريق تسخين طبقة الطلاء. بعد التصلب، تُلصق جميع الأسلاك الصغيرة معًا لزيادة مقاومة الدائرة القصيرة للملف. وقد تم مؤخرًا استخدام أحدث أنواع الأسلاك المبدلة ذات التغليف الشبكي، كما تم إدخال خطوط إنتاج خاصة بها في الصين.

عادة ما تنقسم اللفائف إلى نوعين: نوع الطبقات ونوع الفطيرة.

تُرتّب لفات الملف وتُلفّ بشكل متواصل على طول المحور، وهو ما يُسمى باللف الطبقي. كل طبقة تُشبه أسطوانة. اللف البرميلي.

تُلفّ لفات الملف بشكل متواصل في الاتجاه القطري لتشكيل شكل قطعة دائرية (قطاع)، ويُطلق على الملف المُكوّن من العديد من القطع الصغيرة المرتبة في الاتجاه المحوري اسم ملف القطعة الدائرية. ويشمل ذلك الملفات المستمرة والمتشابكة والملفات السعوية المُدخلة.

أشكال اللف الشائعة:

تشمل اللفات الشائعة اللفات الأسطوانية واللولبية والمستمرة والمتشابكة.

اللف الأسطواني هو أبسط أنواع اللف، ويتكون عادةً من لفة واحدة أو عدة لفات. عند اللف، تُلف لفة واحدة قريبة من لفة أخرى على طول محور قالب السلك، على غرار زنبرك لولبي دائري ملفوف بإحكام. يتميز هذا النوع بسهولة اللف، وجودة الصنع، وتبديد الحرارة الجيد عبر قنوات الزيت بين الطبقات، ولكنه يتميز بصغر مساحة دعم الأطراف وضعف المتانة الميكانيكية.

يُصنع اللف الحلزوني من سلك مسطح، وتكون اللفات متباعدة بمسافة محددة (قناة زيتية) مع فواصل عازلة، مثل زنبرك لولبي مشدود. تكمن ميزته في سهولة عملية اللف ووجود قناة زيتية لتبديد الحرارة، إلا أنه غير مناسب لللف ذي عدد اللفات الكبير.

يتكون النوع الحلزوني من عدة أسلاك ملفوفة بالتوازي على أنبوب الإطار الصلب، ويمكن لفها على شكل حلزون مفرد، أو حلزون مزدوج أو رباعي عند وجود عدد أكبر من الأسلاك المتوازية. عند توصيل عدة أسلاك بالتوازي، يجب تبديلها، وإلا سيحدث تيار كهربائي دائري نتيجة لاختلاف أطوالها.

يتكون اللف المستمر من سلك مسطح واحد أو أكثر، تُلف بشكل متواصل على شكل عدة أجزاء سلكية على شكل قطع دائرية على أسطوانة عازلة أو دعامات قالب سلكي، وذلك من خلال عملية خاصة. يتميز هذا النوع من اللف بقوة ميكانيكية عالية وأداء جيد في تبديد الحرارة، إلا أن عملية اللف معقدة.

يتم توصيل سلك الكعكة المستمر بسلك الكعكة بالتناوب من الداخل والخارج للملف، لذلك طالما أن طول السلك كافٍ، يمكن لفه في ملف مستمر بدون وصلات لحام.

تُشكّل اللفة السعوية المُدخلة بإدخال سلك (سلك محمي) ذي سعة طولية بين اللفات داخل الجانب الخارجي لكعكة الأسلاك الملفوفة بشكل مستمر. يُمكن تحديد كعكة الأسلاك المُدخلة وعدد اللفات المُدخلة وفقًا للسعة المطلوبة. لا يحتوي السلك المحمي على تيار كهربائي، لذا يُستخدم عادةً أسلاك رفيعة جدًا. يمر تيار التشغيل عبر السلك المحمي.

تعتمد اللفة السعوية المُدخلة على اللف المستمر، مما يقلل عدد نقاط اللحام بشكل كبير مقارنةً باللفة المتشابكة، كما يمكن تعديل عدد لفات سلك الحماية المُدخل بحرية، وبالتالي ضبط السعة الطولية حسب الحاجة. وتُستخدم هذه اللفة حاليًا على نطاق واسع في لفات المحولات الكبيرة ذات جهد 110 كيلوفولت وما فوق.

تحويل الأسلاك

عندما يكون تيار المحول عاليًا، تتكون لفات الملف من عدة أسلاك متوازية. إذا لم تُتخذ أي إجراءات، يكون السلك القريب من المحور المركزي قصيرًا، بينما يكون السلك البعيد عنه طويلًا. وبسبب اختلاف طول السلك وموضعه في المجال المغناطيسي، تصبح المقاومة والمفاعلة الحثية للسلك غير متوازنة، مما يؤدي إلى عدم توازن توزيع التيار بين الموصلات. ولضمان توزيع التيار بالتساوي على طول الموصلات وتقليل الفاقد الإضافي، يجب تبديل مواضع الموصلات المتوازية، وهي عملية تُعرف باسم "التبديل".