ما هي وظيفة القلب في المحولات المغمورة بالزيت؟

في نظام الطاقة، يعد المحول المغمور بالزيت جهازًا كهربائيًا رئيسيًا يستخدم لتحقيق تحويل الطاقة بين مستويات الجهد المختلفة. في الهيكل الداخلي للمحول، يعتبر اللب الحديدي أحد المكونات الأساسية التي تحدد أدائه وكفاءته واستقراره.

1. الوظيفة الأساسية للنواة الحديدية
الوظيفة الرئيسية لل تمزق المحولات المغمورة بالزيت هو نقل الطاقة بين الملف الأولي والملف الثانوي من خلال مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. النواة الحديدية هي الوسيلة الرئيسية في عملية تحويل الطاقة هذه.

1. توفير مسار التدفق المغناطيسي
تتمثل الوظيفة الأساسية للنواة الحديدية في توفير قناة مقاومة مغناطيسية منخفضة للتدفق المغناطيسي للمحول. عندما يتدفق التيار عبر الملف الأولي، يتم إنشاء مجال مغناطيسي متناوب، وتتدفق هذه التدفقات المغناطيسية عبر القلب الحديدي وتحفز الجهد في الملف الثانوي. إن وجود القلب الحديدي يعزز بشكل كبير من كفاءة الاقتران المغناطيسي.

2. تقليل فقدان الطاقة
بالمقارنة مع الهواء، فإن النفاذية المغناطيسية للمادة الأساسية الحديدية (مثل صفائح فولاذ السيليكون المدرفلة على البارد) أعلى بكثير، والتي يمكن أن تركز التدفق المغناطيسي بشكل فعال وتقلل من ظاهرة التسرب المغناطيسي، وبالتالي تقلل بشكل كبير من فقدان الطاقة وتحسين كفاءة المحول.

3. دعم استقرار الهيكل
إن القلب الحديدي ليس فقط مسار تدفق مغناطيسي، ولكنه أيضًا هيكل دعم ميكانيكي للملف بأكمله. يمكنه تحمل القوة الكهرومغناطيسية أثناء ماس كهربائى والحفاظ على استقرار الهيكل الداخلي للمحول.

2. مادة وهيكل النواة الحديدية

1. اختيار المواد
يتكون القلب الحديدي عادةً من **صفائح فولاذ السيليكون الموجهة المدلفنة على البارد (CRGO)** ذات نفاذية مغناطيسية عالية وخسارة منخفضة. يحتوي فولاذ السيليكون على 2% إلى 3% من السيليكون، مما يمكن أن يزيد بشكل كبير من النفاذية المغناطيسية ويقلل من فقدان التيار الدوامي.

2. هيكل التصفيح (التصفيح)
من أجل تقليل فقدان التيار الدوامي (Eddy Current Loss)، فإن قلب الحديد ليس كتلة كاملة، ولكنه يتكون من طبقات من صفائح رقيقة مفصولة بطلاء عازل. السمك النموذجي هو 0.23 مم أو 0.27 مم.

3. الشكل الهيكلي
الأشكال الأساسية الحديدية الشائعة للمحولات المغمورة بالزيت هي:

الهيكل الأساسي (النوع الأساسي): يحيط اللف بالنواة الحديدية؛

هيكل الصدفة (نوع الصدفة): يحيط القلب الحديدي باللف؛

هيكل ثلاثي الطور بثلاثة أعمدة: يستخدم بشكل شائع في المحولات ثلاثية الطور لتقليل استهلاك المواد واستهلاك الطاقة.

3. الخواص الكهرومغناطيسية لقلب الحديد وكفاءة المحولات
تؤثر جودة اللب الحديدي بشكل مباشر على أداء المحولات، خاصة في النواحي التالية:

1. الخسارة الأساسية
ويشمل فقدان التباطؤ وخسارة التيار الدوامي، وهما المصدران الرئيسيان للخسارة عند تفريغ المحول. يمكن لصفائح فولاذ السيليكون عالية الجودة أن تقلل بشكل كبير من هذا الجزء من الخسارة.

2. مشكلة تشبع التدفق المغناطيسي
يحتوي قلب الحديد على حد معين لحمل التدفق المغناطيسي. عندما يتم تجاوز هذا الحد (أي التشبع المغناطيسي)، فإن الجهد المستحث لن يتغير خطيًا، وسوف يتسبب في ارتفاع الحرارة والفشل الكهربائي. ولذلك، ينبغي النظر في كثافة تدفق مغناطيسي معقولة (يتم التحكم فيها بشكل عام عند 1.5 ~ 1.7 طن) أثناء التصميم.

3. تسرب التحكم المغناطيسي
سيؤدي تسرب التدفق المغناطيسي إلى انخفاض كفاءة الحث وارتفاع درجة الحرارة المحلية وحتى التداخل مع المعدات المحيطة. يمكن أن يساعد تحسين شكل القلب الحديدي وترتيب اللفات في تقليل تأثير تسرب التدفق المغناطيسي.

4. العمل المشترك لقلب الحديد ونظام التبريد المغمور بالزيت
في المحولات المغمورة بالزيت، يلعب زيت المحولات دورًا عازلًا ويستخدم لتبريد مكونات توليد الحرارة. سيولد قلب الحديد الكثير من الحرارة بسبب التغيرات المتكررة في التدفق المغناطيسي، لذلك هناك حاجة إلى زيت المحولات لإزالة الحرارة.

يتدفق الزيت عبر فجوة القلب، مما يزيل الحرارة بشكل فعال؛

تحسين كفاءة التبريد من خلال نظام تدوير الزيت القسري؛

ضمان الاتصال الكامل والعزل بين القلب والمواد العازلة للزيت.

5. التقنيات الرئيسية في التصنيع الأساسي

1. تكنولوجيا القطع والتكديس
يجب قطع القطع الأساسية بدقة لضمان الاتساق الهندسي. تستخدم عملية التراص تقنيات مثل "اللفة المتدرجة" و"التراص المتدرج" لتقليل المقاومة المغناطيسية والفجوات بشكل فعال.

2. تصميم مضاد للضوضاء
سوف يولد القلب ضوضاء بسبب تأثير التضيق المغناطيسي تحت المجالات المغناطيسية المتناوبة عالية التردد، وهو ما يسمى "الأزيز". لتقليل الضوضاء من الضروري:

رقابة صارمة على الفجوة بين النوى.

استخدام هيكل مضاد للاهتزاز ومنصات الزيت.

استخدم "وصلات مشطوفة كاملة" أو "تداخل بزاوية 45 درجة" لتقليل الاهتزاز.

6. الأعطال الشائعة ونقاط الصيانة
أثناء التشغيل طويل الأمد، قد يواجه القلب الحديدي المشكلات التالية:

ارتفاع درجة الحرارة المحلية: قد يكون سببها ضعف الاتصال أو ماس كهربائي في قلب الحديد؛

قلب الحديد السائب: يسبب زيادة الضوضاء، ويجب تشديد الدعامة؛

التفريغ الجزئي أو الانهيار: يحدث عادة بسبب فشل العزل أو التلوث النفطي.

تشمل التدابير الوقائية ما يلي:

قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء بانتظام للتحقق من توزيع درجة حرارة قلب الحديد؛

تحليل جودة الزيت لضمان قوة العزل؛

كشف التفريغ الجزئي عبر الإنترنت لفهم حالة التشغيل.

باعتباره المكون الأساسي للمحول المغمور بالزيت، فإن قلب الحديد لديه وظائف أكثر من مجرد "التوصيل المغناطيسي". إنه يلعب أدوارًا متعددة مثل إجراء التدفق المغناطيسي وتقليل الخسائر ودعم الهياكل وتحسين الاستقرار. إنه عامل رئيسي في تحديد أداء وعمر وسلامة المحول. مع تطور نظام الطاقة نحو الجهد العالي والسعة الكبيرة وتوفير الطاقة وحماية البيئة، فإن المواد الأساسية للحديد والتصميم يتطوران أيضًا باستمرار، مما يوفر أساسًا متينًا للتشغيل الفعال للمحول.