الدليل النهائي لمحولات المقوم: من مبادئ التصميم إلى التطبيقات الصناعية

مقدمة

محول المقوم هو شكل متخصص من تم تصميم محول الطاقة لتوفير التيار المباشر (DC) إلى دوائر المقوم عن طريق التنقل أو تكثيف مستويات الجهد الحالي (AC) المتناوب. على عكس المحولات التقليدية ، يجب على محولات المقوم تحمل الأحمال غير الخطية ، والتيارات التوافقية العالية ، والضغط الحراري الصارم. يستكشف هذا الدليل ميزات التصميم الأساسية ، وطرق البناء ، ومناطق التطبيق ، واعتبارات الأداء لمحولات المقوم ، وتوفير مورد شامل للمهندسين والفنيين ومتخصصين المشتريات.

1. مبادئ التصميم الأساسية

1.1 تحول الجهد والعزل

• تكييف الجهد: يحول الجهد AC الأداة المساعدة (على سبيل المثال ، 11 كيلو فولت ، 33 كيلو فولت) إلى المستوى الدقيق الذي يحتاجه المقوم- غالبًا في نطاق الجهد المنخفض إلى المتوسط ​​(على سبيل المثال ، 400 فولت إلى 2 كيلو فولت).

• العزلة الكهربائية: يوفر الفصل الجلفاني بين الشبكة وحمل التيار المستمر ، وتعزيز سلامة النظام وتخفيف انتشار الصدع.

1.2 الإدارة التوافقية

• لفائف الطور: تنفذ تكوينات دلتا أو متعرج لتقديم تحولات الطور (على سبيل المثال ، 30 درجة) التي تلغي التوافقيات المحددة ، مما يقلل من التشوه التوافقي الكلي (THD).

• التصميمات المتعددة اللاحقة: تستخدم اللفات الثالثة أو لفات ثانوية متعددة مرتبة لتحييد التوافقيات الثلاثي ، مما يضمن الامتثال لجودة الطاقة.

1.3 المتانة الحرارية والميكانيكية

• سعة التحميل الزائد: مصممة لتيارات التيار المستمر مع مقاومة الدائرة القصيرة المنخفضة والقصور الذاتي العالي الحراري ، مما يمنع التشبع تحت التحميل غير الخبيث.

• التخفيف من الاهتزاز: يشتمل على تسوية ولفها المشروع بالراتنجات لتحمل القوى الكهرومغناطيسية والضغوط الميكانيكية أثناء ظروف الصدع والخطأ.

2. البناء والمواد

2.1 التجميع الأساسي

• الفولاذ الأساسي: تصفيح الصلب السيليكون الموجهة للحبوب يقلل من الخسائر الأساسية وتيارات الدوامة.

• التدريع المغناطيسي: الدروع الرقائقية أو الرقائق تقلل من تدفق التسرب والخسائر الضالة ، مما يحسن الكفاءة.

2.2 لف العزل والعزل

• اختيار الموصل: الموصلات النحاسية عالية النقاء ، وأحيانًا الألومنيوم للتصاميم الحساسة للتكلفة ، بحجم التيارات المستمرة.

• أنظمة العزل: عزل الفئة F أو H (على سبيل المثال ، Nomex ، راتنج الايبوكسي) يقاوم درجات حرارة مرتفعة من التدفئة التوافقية.

• مغيرات الصنبور: يتيح مغيرات الصنبور (OLTC) تنظيم الجهد الدقيق (± 2.5 ٪ إلى ± 10 ٪) تحت الحمل الكامل.

2.3 ترتيبات التبريد

• التبريد المغطى بالزيت: أونان (الهواء الطبيعي للزيت) أو ONAF (الهواء الطبيعي النفط) تصاميم للوحدات ذات السعة العالية.

• التبريد من النوع الجاف: التغليف القسري للضغط على الهواء القسري للتركيبات الداخلية الحساسة للبيئة.

3. أنواع محولات المقوم

4. التطبيقات الرئيسية

4.1 المعالجة الكهروكيميائية

• استخراج المعادن: تزود التيارات الدقيقة DC للألمنيوم الكهربائي والنحاس والزنك ، حيث تؤثر تموج الجهد بشكل مباشر على جودة المنتج.

• الطلاء الكهربائي والتنقل: يضمن سمك الودائع الموحدة عن طريق الحفاظ على ناتج DC مستقر.

4.2 صناعات الصلب والمعادن

• أفران القوس الكهربائي (EAF): يوفر إمدادات التيار المستمر لأقطاب الفرن ، مما يتيح التحكم في القوس السلس وتخفيض وميض.

• خطوط Rolling Mills & Gallvanizing: Powers DC Motors و Groator Banks من أجل تسوية الحمل والتحكم في التوتر.

4.3 النقل والجر

• المحطات الفرعية للسكك الحديدية: تغذية أنظمة جر DC للتروس الحضرية والقضبان عالية السرعة ، وغالبًا ما تكون تكوينات 12 نبضًا لتقليل التوافقيات على شبكة AC.

• دفع السفينة: إمدادات DC محركات المحركات البحرية الفعالة.

4.4 الجهد العالي التيار المباشر (HVDC)

• روابط المسافات الطويلة: يحول AC إلى DC للإرسال أكثر من مئات الكيلومترات مع الحد الأدنى من الخسائر ؛ تم تثبيتها في كل من النهايات الإرسال والاستقبال.

• التوصيل البيني وتثبيت الشبكة: يتيح تبادل الطاقة بين الشبكات غير المتزامنة.

4.5 شحن البطارية والتكامل المتجدد

• أنظمة تخزين طاقة البطاريات (BESS): توفر التيار المستمر التي يتم التحكم فيها لشحن بطاريات كبيرة التنسيق في microgrids والمزارع المتجددة.

• العزاب الكهروضوئي: واجهات مع روابط DC ثنائية الاتجاه لوظائف دعم الشبكة.

5. اعتبارات الأداء والصيانة

5.1 الكفاءة والخسائر

• الخسائر الأساسية: أبقى منخفضة من خلال التصفيات عالية الجودة ؛ حاسمة في الأحمال الجزئية.

• خسائر النحاس: زيادة تحت تحيز العاصمة ؛ تم تحسينه عن طريق اختيار حجم الموصل المناسب وتخطيط متعرج.

5.2 المراقبة والحماية

• أجهزة استشعار درجة الحرارة: تحقيقات PT100/RTD مضمنة في اللفات والزيت للمراقبة الحرارية في الوقت الفعلي.

• Buchholz Relay & Leaff Leaff: يكتشف تراكم الغاز والضغط الزائد في خزانات النفط ، مما يؤدي إلى إنذارات أو عزلات.

5.3 دورة الحياة والموثوقية

• الاختبار الروتيني: المنعطفات ، ومؤشر الاستقطاب ، وتحليل الغاز المذاب (DGA) لتقييم سلامة اللف وصحة الزيت.

• التجديد: إرجاء الإرجاع واستبدال النفط يطيل عمر الخدمة لمدة 10-15 سنة عند أداءه بشكل استباقي.

خاتمة

لا غنى عن محولات المقوم في أنظمة الطاقة الحديثة حيث تكون إمدادات التيار المستقر وجودة الطاقة ثابتة. من خلال تكوينات متعرج متقدم ، عزل قوي ، وطرق التبريد المصممة خصيصًا ، تلبي هذه المحولات المتطلبات الصارمة للعمليات الكهروكيميائية الصناعية ، ونقل DC عالي السعة ، وأنظمة الجر الحاسمة. من خلال فهم فروقهم الدقيقة في التصميم ، يمكن للمهندسين ضمان الأداء الأمثل وطول العمر وكفاءة الطاقة في أي تطبيق طاقة التيار المستمر.