مُحَوِّل التَّصْويب: مبادئ العمل وتطبيقات
1. محول التقويم: المبدأ والمقدمة
محول التقويم هو محول متخصص مصمم لتزويد أنظمة التقويم. مبادئ عمله تشبه تلك الخاصة بالمحولات التقليدية - يعمل على أساس الحث الكهرومغناطيسي ويستخدم لتحويل الجهد المتردد. المحول النموذجي يحتوي على ملفين كهربائيين معزولين كهربائياً - الأساسي والثانوي - ملفوفين حول نواة حديدية مشتركة.
عندما يتم توصيل الملف الأساسي بمصدر طاقة متناوبة، يتدفق التيار المتناوب عبره مما يولد قوة مغناطيسية (MMF)، والتي تنتج تدفقاً مغناطيسياً متناوباً في النواة الحديدية المغلقة. هذا التدفق المتغير يقطع كل من الملف الأساسي والثانوي، مما يسبب جهداً متناوباً بنفس التردد في الملف الثانوي.
نسبة عدد اللفات بين الملف الأساسي والثانوي تساوي نسبة الجهد. على سبيل المثال، إذا كان المحول يحتوي على 440 لفة في الملف الأساسي و220 لفة في الملف الثانوي، وبجهد إدخال 220 فولت على الجانب الأساسي، سيكون الجهد الإخراجي على الجانب الثانوي 110 فولت. بعض المحولات قد تحتوي على ملفات ثانوية متعددة أو نقاط توصيل، مما يسمح بحصول عدة جهود إخراج مختلفة.
2. خصائص محولات التقويم
تعمل محولات التقويم مع أجهزة التقويم لتشكيل معدات التقويم، مما يتيح تحويل الطاقة المتناوبة إلى طاقة مستمرة. مثل هذه الأنظمة المستخدمة بشكل شائع كمصادر للطاقة المستمرة في المؤسسات الصناعية الحديثة، وتُطبق على نطاق واسع في نقل الطاقة ذات التوتر العالي، والجر الكهربائي، ومطاحن الدرفلة، والتلبيد الكهربائي، والأlectrolysis وغيرها من المجالات.
الجانب الأساسي (المعروف أيضاً بالجانب الشبكي) لمحول التقويم يتصل بشبكة الطاقة المتناوبة، بينما الجانب الثانوي (المعروف أيضاً بالجانب الصمامي) يتصل بأجهزة التقويم. رغم أن بنية المحول الأساسية ومبدأ عمله متشابهان مع المحولات التقليدية، فإن الحمل - وهو جهاز التقويم - يختلف بشكل كبير عن الأحمال العادية، مما يؤدي إلى خصائص تصميمية وتشغيلية فريدة:
2.2 موجات التيار غير الجيبية
في دارة التقويم، كل ذراع يوصل فقط خلال جزء من الدورة، مما يؤدي إلى موجات تيار غير جيبية - عادة ما تكون قريبة من النبضات المستطيلة المتقطعة. نتيجة لذلك، يكون تيار الملف الأساسي والثانوي غير جيبياً.
على سبيل المثال، في جهاز التقويم الثلاثي الأطراف ذو الاتصال Y/Y، تظهر موجة التيار أنماطاً نبضية مميزة. عند استخدام الثايروستورات للتقويم، كلما زاد زاوية التأخير، زاد انحدار التيار، مما يزيد من محتوى التوافقيات. هذا يؤدي إلى زيادة خسائر التيار الدوامي. بما أن الملف الثانوي يوصل التيار فقط جزء من الوقت، فإن معدل الاستخدام لمحول التقويم أقل من المحول التقليدي. لذا، بالنسبة لنفس القوة المعينة، يكون محولات التقويم أكبر وأثقل.
2.3 السعة الظاهرة المكافئة (المتوسطة)
في المحول التقليدي، تكون القوة الإدخالية والإخراجية متساوية (تجاهلاً للخسائر)، لذا فإن السعة المحددة هي ببساطة السعة الظاهرة لأي من الملفين. ومع ذلك، في محول التقويم، قد تختلف موجات التيار بين الملف الأساسي والثانوي (مثل التقويم النصف موجي)، مما يجعل سعتيهما الظاهرة غير متساويتين.
لذلك، يتم تعريف سعة المحول كمتوسط السعات الظاهرة للملف الأساسي والثانوي، ويعرف باسم السعة المكافئة:
حيث S1 هي السعة الظاهرة للملف الأساسي و S2 هي السعة الظاهرة للملف الثانوي.
2.4 قدرة عالية على تحمل القصر الكهربائي
يجب أن يكون لمحولات التقويم مقاومة ميكانيكية عالية لتحمل القوى الكهرومغناطيسية الناتجة عن الأعطال المتكررة أو التغييرات المفاجئة في الحمل (مثل بدء تشغيل المحرك). ضمان الاستقرار الديناميكي تحت ظروف القصر الكهربائي هو اعتبار مهم في التصميم والإنتاج.
3. التطبيقات الرئيسية لمحولات التقويم
تعمل محولات التقويم كمصدر للطاقة لأجهزة التقويم. أهم ميزتها هي تحويل الإدخال المتناوب على الجانب الأساسي إلى إخراج مستمر عبر عناصر التقويم على الجانب الثانوي. "تحويل الطاقة" يشمل التقويم، والعكس، والتغيير في التردد، حيث يعتبر التقويم الأكثر شيوعاً. المحولات المستخدمة لتزويد أجهزة التقويم تسمى محولات التقويم. معظم مصادر الطاقة المستمرة الصناعية يتم الحصول عليها عن طريق الجمع بين شبكات التيار المتناوب ومحولات التقويم ودوائر التقويم.
3.1 الصناعة الكهروكيميائية
هذا هو أكبر مجال تطبيق لمحولات التقويم:
التقطير الكهربائي للمركبات المعدنية لإنتاج الألومنيوم والمغنيسيوم والنحاس وغيرها من المعادن اللافلزية
إنتاج الكلور والكاوستيك صودا بواسطة التقطير الكهربائي لماء البحر
إنتاج الهيدروجين والأكسجين بواسطة التقطير الكهربائي للماء
هذه العمليات تتطلب طاقة مستمرة عالية التيار وذات فولتية منخفضة، مماثلة في بعض الجوانب لمحولات الأفران الكهربائية. لذا، تشارك محولات التقويم بعض الخصائص الهيكلية مع محولات الأفران.
أهم ميزة مميزة لمحولات التقويم هي أن التيار الثانوي لم يعد متناوباً. بسبب التوصيل أحادي الاتجاه لعناصر التقويم، تصبح التيارات الفازية نبضية وأحادية الاتجاه. بعد الترشيح، يصبح هذا التيار النبضي مستمراً.
الفولتية والتيار الثانوي يعتمدان ليس فقط على سعة المحول وجماعته الاتصال ولكن أيضاً على تركيب دائرة التقويم (مثل الجسر الثلاثي الفاز، أو ثنائي التوازي المعاكس مع مفاعل موازن). حتى لو كان الإخراج المستمر نفسه، فإن دوائر التقويم المختلفة تتطلب فولتيات وتيارات ثانوية مختلفة. لذا، تبدأ حسابات معلمات محولات التقويم من الجانب الثانوي وبناءً على التركيب الخاص لدائرة التقويم.
بسبب احتواء التيارات الثانوية لمحولات التقويم على توافقيات مرتبة عالية، فهي تلوث الشبكة المتناوبة وتقلل من عامل القوة. للتخفيف من التوافقيات وتحسين عامل القوة، يجب زيادة عدد النبضات في نظام التقويم، عادةً ما يتم تحقيق ذلك من خلال تقنيات التحويل الفازي. الغرض من التحويل الفازي هو تقديم تغير في الطور بين الفولتيات الخطية في المحطات المتماثلة للملف الثانوي.
3.2 تزويد الطاقة المستمرة للجر
يستخدم في القطارات الكهربائية في المناجم أو المناطق الحضرية مع خطوط جر مستمرة.
أعطال قصر كهربائي متكررة بسبب تعرض خطوط الجر
تغيرات كبيرة في الحمل المستمر
بدء تشغيل المحركات بشكل متكرر يسبب زيادة قصيرة الأمد في الحمل
للتعامل مع هذه الظروف:
حدود درجة الحرارة المنخفضة
انخفاض كثافة التيار
المعاومة حوالي 30% أعلى من المحولات الكهربائية القياسية
3.3 تزويد الطاقة المستمرة لأنظمة الدفع الصناعية
يُستخدم بشكل أساسي لتزويد المحركات الكهربائية المستمرة في أنظمة الدفع الكهربائي، مثل:
المحركات المستخدمة في مطاحن الدرفلة
3.4 نقل الطاقة المستمرة ذات التوتر العالي (HVDC)
الأجهزة تعمل عادة بأجهزة توتر أعلى من 110 كيلوفولت
السعات تتراوح من عشرات الآلاف إلى مئات الآلاف من الكيلو فولت أمبير
يجب الاهتمام الخاص بالتعرض المشترك للأجهزة الكهربائية والمستمرة للأرض
تطبيقات أخرى:
الطاقة المستمرة لعمليات التلبيد الكهربائي أو التصنيع الكهربائي
مصادر الطاقة لمحركات التحريض
أنظمة شحن البطاريات
مصادر الطاقة لمحركات التنقية الكهروستاتيكية (ESP)
