ما هو جوهر محول توزيع الطاقة ولماذا هو مهم لتوصيل الطاقة بكفاءة؟

في أنظمة الطاقة الحديثة، يجب أن يمر نقل الطاقة الكهربائية من نهاية توليد الطاقة إلى نهاية استهلاك الطاقة عبر عمليات تحويل جهد متعددة، ويتولى المحول المهام الرئيسية المتمثلة في "تنظيم الجهد" و"نقل الطاقة". يلعب "قلب" المحول، وهو قلب محول توزيع الطاقة، دورًا حيويًا في تحديد كفاءة المحول واستقراره وعمره. إذن، ما هو قلب محول التوزيع؟ ما هي المواد والأشكال الهيكلية التي لديها؟ ولماذا يعتبر إنجازا هاما في تحسين استخدام الطاقة؟

1. ما هو جوهر محول توزيع الطاقة؟

يعد قلب محول التوزيع مكونًا رئيسيًا يستخدم لتشكيل حلقة تدفق مغناطيسي داخل المحول. وتتمثل وظيفتها في نقل الطاقة الحالية في الملف الأولي إلى الملف الثانوي من خلال المجال المغناطيسي، وبالتالي تحقيق تحويل الجهد أو التيار.

وعادة ما تكون مصنوعة من صفائح فولاذ السيليكون (شرائط فولاذ السيليكون) أو مواد سبائك نانوية بلورية ذات موصلية مغناطيسية ممتازة، وقد تم تصميم الشكل ليكون دائرة مغناطيسية مغلقة لتقليل التسرب المغناطيسي وفقدان الطاقة.

2. لماذا يعتبر القلب الحديدي أحد أهم المكونات في المحول؟
إن دور القلب الحديدي في المحول لا يمكن الاستغناء عنه، وتشمل وظائفه الأساسية ما يلي:

التوصيل المغناطيسي: توجيه وتقوية عملية الحث الكهرومغناطيسي، وتعزيز كفاءة تحويل الطاقة للمحول؛

تقليل المقاومة المغناطيسية: تساعد الدائرة المغناطيسية المغلقة على زيادة كثافة التدفق المغناطيسي وتقليل فقدان التدفق المغناطيسي؛

هيكل اللف الحامل: يعمل القلب الحديدي كإطار داعم، ويحمل ملف اللف وطبقة العزل.

باختصار، بدون نواة حديدية عالية الجودة، سيتم تقليل كفاءة المحول واستقراره والتحكم في الضوضاء بشكل كبير.

3. ما هي أنواع بنية المحولات الأساسية الشائعة؟

4. ما هي المواد الرئيسية المستخدمة في قلب محولات التوزيع؟
صفائح الفولاذ السليكونية المدرفلة على البارد (CRGO)

محتوى السيليكون حوالي 2.5%-3.5%، مع الموصلية المغناطيسية الممتازة؛

يجعل الهيكل الاتجاهي الخصائص المغناطيسية مثالية على طول اتجاه التدحرج؛

تطبق على محولات التوزيع الكبيرة ومحولات الطاقة.

صفائح الفولاذ السليكونية غير الموجهة المدرفلة على البارد (CRNGO)

الموصلية المغناطيسية موحدة نسبيا في جميع الاتجاهات؛

تستخدم في الغالب في المحولات أو المحركات الصغيرة والمتوسطة الحجم من النوع الجاف.

مادة سبائك النانو البلورية

كثافة الحث المغناطيسي عالية التشبع، خسارة منخفضة، مناسبة للمحولات عالية التردد؛

تكلفة عالية ولكن كفاءة ممتازة في استخدام الطاقة، ومناسبة للمعدات الجديدة الموفرة للطاقة.

مادة سبيكة غير متبلورة (سبائك غير متبلورة)

فقدان التباطؤ منخفض للغاية، ويتم تقليل فقدان عدم التحميل إلى حد كبير؛

يشيع استخدامها في محولات التوزيع الموفرة للطاقة، وذلك تمشيا مع اتجاه توفير الطاقة الخضراء.

5. ما هي عملية تصنيع المحولات الأساسية؟

لا تعتمد النواة عالية الجودة على المواد فحسب، بل تعتمد أيضًا على تكنولوجيا المعالجة الصارمة:

اختيار المواد والتليين: ضمان انخفاض فقدان الحديد والتنظيم الموحد؛

القص التلقائي أو القطع بالليزر: ضمان دقة الأبعاد والحواف الأنيقة؛

تقنية التصفيح ذو الطبقات: دورة متداخلة أو دورة متدرجة لتقليل التيار الدوامي؛

التلدين: استعادة المغناطيسية والقضاء على الإجهاد الداخلي؛

طلاء العزل: منع ماس كهربائى ورقة الحديد؛

التجميع والتثبيت الأساسي: منع الاهتزاز وتغييرات الدائرة المغناطيسية أثناء التشغيل؛

التجفيف بالفراغ والتعبئة المضادة للتآكل: تحسين أداء العزل وإطالة العمر.

6. ما هي مجالات التطبيق النموذجية لمحولات توزيع الطاقة الأساسية؟
نظام توزيع الطاقة في المناطق الحضرية
المحولات من النوع الصندوقي أو المثبتة على الأعمدة اللازمة للكهرباء السكنية في المناطق الحضرية وإمدادات الطاقة التجارية تستخدم بشكل عام نوى فولاذية من السيليكون عالية الكفاءة.
تحويل شبكة الكهرباء الريفية
من أجل تحسين جودة الجهد في المناطق الريفية ومعدل توفير الطاقة، يتم استخدام نوى السبائك غير المتبلورة على نطاق واسع في المحولات الموفرة للطاقة.
نظام الطاقة الجديد
تُستخدم النوى عالية التردد ومنخفضة الفقد عمومًا في محولات تصعيدية في أنظمة توليد طاقة الرياح والطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة.
النقل بالسكك الحديدية والمجمعات الصناعية
تستخدم أنظمة التوزيع ذات متطلبات الاستقرار العالية للغاية النوى المصفحة CRGO ذات الخصائص المغناطيسية المستقرة.
مبنى أخضر
تُستخدم المواد الأساسية منخفضة فقدان الحديد على نطاق واسع في أنظمة توزيع المباني الصديقة للبيئة عالية الكفاءة ومنخفضة الضوضاء ومنخفضة الخسارة.
7. الأسئلة الشائعة
س1: هل تحدد المادة الأساسية مستوى كفاءة الطاقة للمحول؟
ج: نعم. إن استخدام المواد غير المتبلورة أو عالية النفاذية يمكن أن يقلل بشكل كبير من خسائر عدم التحميل ويحسن مستوى كفاءة الطاقة في المحولات.
س 2: كيف يمكن تقليل ضجيج النواة أثناء التشغيل؟
ج: إن اختيار مواد عالية الجودة، وتحسين هيكل التصفيح، وزيادة قوة التثبيت يمكن أن يقلل بشكل فعال من الضوضاء المغناطيسية "الصاخبة".

س 3: ما هو دور التلدين الأساسي؟

ج: التليين يمكن أن يزيل الضغط الناتج أثناء المعالجة، ويحسن النفاذية المغناطيسية، ويقلل الخسائر.

س 4: هل يحتاج المحول ثلاثي الطور إلى نواة واحدة فقط؟

ج: تعتمد المحولات ثلاثية الطور عمومًا على بنية أساسية مشتركة مكونة من ثلاثة أعمدة، وتشترك المراحل الثلاث في دائرة مغناطيسية، وهي مدمجة في الهيكل.

8. اتجاه التطوير والابتكار التكنولوجي للمحولات الأساسية

1. توفير الطاقة الخضراء

مع عملية حياد الكربون العالمية، أصبحت المواد الأساسية غير المتبلورة والبلورية النانوية منخفضة الخسارة وعالية الكفاءة نقطة ساخنة للبحث والتطوير.

2. التصنيع الذكي
تعمل أنظمة القص الآلي والكشف عبر الإنترنت وتتبع البيانات على تحسين اتساق النوى وإمكانية تتبعها.

3. تطبيقات الترددات العالية جداً
تعمل أجهزة أشباه الموصلات الجديدة (مثل SiC و GaN) على تعزيز ترقية التكنولوجيا الأساسية للمحولات عالية التردد.

4. التخصيص المعياري
قم بتخصيص الحجم الأساسي والمواد وهيكل الدائرة المغناطيسية وفقًا لمختلف المستخدمين والبيئات، وهو أكثر مرونة وذكاءً.

9. الخلاصة: قلب المحول، "القلب المغناطيسي" لنقل الطاقة بكفاءة
باعتباره المكون الأساسي لمحول توزيع الطاقة، لا يحدد قلب محول توزيع الطاقة معيار الأداء للمحول بأكمله فحسب، بل يتولى أيضًا مهمة الحفاظ على الطاقة والتشغيل المستقر في نظام شبكة الطاقة بأكمله.

من صفائح الفولاذ السليكونية التقليدية إلى السبائك غير المتبلورة، ومن التجميع اليدوي إلى آلات التصفيح الأوتوماتيكية بالكامل، فإن التطور المستمر للتكنولوجيا الأساسية يدفع المحولات نحو مستقبل أكثر كفاءة وأكثر ذكاءً وأكثر صداقة للبيئة. إن اختيار نواة عالية الجودة يعني اختيار مصدر طاقة مستقر وتوفير الطاقة وتقليل الانبعاثات والموثوقية على المدى الطويل.