توصيف المعاوقة التسلسلية الصفرية لمحول الأرض الجاف مع اتصال ZN

في نظام الطاقة ثلاثي الأطوار مع عازل محايد، يوفر محول التأريض نقطة محايدة اصطناعية يمكن أن تكون متصلة بالأرض بشكل صلب أو عبر مفاعلات/لفائف إخماد القوس. الاتصال ZNyn11 شائع، حيث يتم إلغاء قوى المغناطيسية الصفرية في نصف اللفائف الداخلية/الخارجية لنفس عمود اللب، مما يوازن بين تيارات العطل في اللفائف المتسلسلة ويقلل من تسرب الفيض الصافر/المقاومة الصفرية.

تعتبر المقاومة الصفرية مهمة للغاية: فهي تحدد حجم تيار العطل وتوزيع الجهد بين الطور والأرض في الأنظمة الأرضية ذات المقاومة.

1. خصائص محول التأريض ذو الاتصال ZN

على الرغم من أنه يمكن استخدام المحولات المتصلة YNd11، إلا أن ZNyn11 هو الأفضل (الشكل 1). الاختلافات الرئيسية:

• يعتمد YNd11 على تيارات الدائرة المثلثية للتوازن، مما يقلل من السعة الإنتاجية.

• يستخدم ZNyn11 الترابط المغناطيسي لللفائف المتسلسلة لتوازن تيارات العطل دون فقدان السعة، لذا يتم استخدامه بشكل أكثر انتشاراً.

خلال أعطال الأطراف الواحدة للأرض، اختيار المقاومة المناسبة للتوصيل بالأرض يحد من تيارات العطل القصيرة بين الأطوار بحيث لا تتجاوز التيار المقنن للأطوار الرئيسي للمحول.

2. تحليل المقاومة الصفرية لمحولات التأريض ذات الاتصال ZN

تظهر المعلمات التقنية الرئيسية لنموذج تحليل محول التأريض في الجدول 1، مع الحاجة إلى أن يكون الانحراف المسموح به للمقاومة الصفرية ضمن ±7.5%.

2.1 حساب المقاومة الصفرية باستخدام الصيغة التجريبية التقليدية

كما هو موضح في الشكل 2 (ترتيب لفائف محول التأريض)، يتم تعريف المقاومة الصفرية كنسبة الهبوط الجهد في طور واحد إلى تيار العطل عندما يتدفق تيار العطل عبر الأطوار الثلاثة في نفس الوقت. لحساب ذلك، يتبع X₀ مبدأ المقاومة لمتحولات الطاقة ثنائية اللفائف العادية (المعادلة 1).

في المعادلة، W يمثل عدد دورات اللفائف. بالنسبة للفائف ذات الاتصال ZN، W هو عدد دورات نصف اللفائف؛ ∑aR يشير إلى مساحة تسرب الفيض المكافئة. بالنسبة للفائف ذات الاتصال ZN، هي مساحة تسرب الفيض المكافئة للنصفين من اللفائف؛ ρ هو معامل روجوفسكي؛ H هو ارتفاع التفاعل لللفائف.

عند استبدال البيانات في الجدول 1 في المعادلة (1)، فإن المقاومة الصفرية المحسوبة هي 70.6 Ω.

2.2 تحليل المقاومة الصفرية باستخدام برامج الكهرومغناطيسية

تم استخدام برنامج Magnet الكهرومغناطيسي من Infolytica لتحليل المجال المغناطيسي. تم إنشاء نموذج مبسط ثلاثي الأبعاد بناءً على خصائص المنتج البنيوية، كما هو موضح في الشكل 3. يستخدم البرنامج خوارزمية حل مجموعة T-Ω بالعناصر المعدنية باستخدام متعددات الحدود الاستيفائية من الدرجة الأولى إلى الثالثة.

تحليل العناصر المحدودة (FEA) هو طريقة حساب رقمية تستند إلى مبدأ التباين والتقسيم الشبكي. يقوم أولاً بتحويل مشكلة القيمة الحدودية إلى مشكلة تباينية مكافئة (أي مشكلة قصوى لوظيفة) باستخدام مبدأ التباين، ثم يقسم المشكلة التباينية إلى مشكلة قصوى لوظيفة متعددة المتغيرات الشائعة من خلال التقسيم الشبكي، مما يؤدي في النهاية إلى مجموعة من المعادلات الجبرية متعددة المتغيرات لحل الحل الرقمي. أثناء التحليل، تم تحديد تقسيمات الشبكة كما يلي: الهواء عند 80، اللب الحديد عند 30، واللفائف عند 15. توضح الشكل 4 مخطط الشبكة للمنتج.

في خوارزميات العناصر المحدودة، ترتبط درجة متعددات الحدود بدقة دوال الشكل للمنطقة الميدانية - الدرجات الأعلى تصف خصائص المجال بشكل أفضل. لهذا النموذج، تم استخدام متعددة حدود من الدرجة الثانية، مع أقصى عدد من التكرارات يصل إلى 20، وخطأ تكراري بنسبة 0.5٪، وخطأ تدرج مترافق بنسبة 0.01٪.

لاختبار المقاومة الصفرية لمحول التأريض باستخدام طريقة الربط الميداني الدائري: قم بتطبيق التيار المقنن العالي (27.59 A ذروة للبرنامج) في نقطة المحايدة، واحتفظ بالجانب المنخفض مفتوح الدائرة، وقم بقياس الجهد.

2.3 قياس المقاومة الصفرية

يتم قياس المقاومة الصفرية بين المحطات الخطية ومحطة المحايدة لمحول التأريض عند التردد المقنن (كما هو موضح في الشكل 5)، ويتم التعبير عنها بالأوم لكل طور. يتم حساب قيمتها كـ 3U/I (حيث U هو الجهد الاختباري وI هو تيار الاختبار). أثناء القياس، يتم تطبيق تيار مقنن قدره 19.5 A على المحطات الخطية، ويتم قياس الجهد بين المحطات الخطية ونقطة المحايدة عند 443.3 V. يتم حساب المقاومة الصفرية عند 68.2 Ω.

2.4 تحليل مقارن للقيم المحسوبة والمُحاكاة والمقاسة

تم مقارنة المعلمات الأداء الرئيسية في الجدول 2. تظهر النتائج أن المقاومة الصفرية المحسوبة والمُحاكاة لمحول التأريض قريبة من القيمة المقاسة، مع انحرافات بلغت 3.5٪ و0.88٪ على التوالي. النتائج المحاكاة من البرامج الكهرومغناطيسية أقرب إلى القيم المقاسة. تساعد نتائج تحليل المجال المغناطيسي على فهم واضح لتوزيع المجال المغناطيسي للمنتج تحت هذه الظروف التشغيلية، والتي يمكن استخدامها لتحسين تصميم المجال الكهرومغناطيسي والتصميم البنيوي للمنتج بناءً على خصائص توزيع المجال المغناطيسي.

تتناسب نتائج محاكاة المجال المغناطيسي التي تم الحصول عليها بواسطة البرامج الكهرومغناطيسية بشكل أوثق مع القيم المقاسة. بمساعدة نتائج تحليل المجال المغناطيسي، يمكن فهم خصائص توزيع المجال المغناطيسي للمنتج تحت هذه الظروف التشغيلية بشكل أكثر وضوحاً، وبالتالي القيام بتصميم كهرومغناطيسي هيكلي مستهدف للمنتج.

3. الخلاصة

تعتبر المقاومة الصفرية معلمة رئيسية لمحولات التأريض، مع وجود متطلبات صارمة للانحراف من قبل المستخدمين. عند حساب باستخدام الصيغ التجريبية التقليدية في الهندسة، يتطلب الأمر تصحيح معاملات التجربة، والتي تعتمد بشكل كبير على خبرة المصممين ولا تضمن الدقة.

لتحسين الدقة، يستخدم هذا البحث برامج المحاكاة لتحليل المجال المغناطيسي، ويقارن النتائج مع نتائج الصيغ التجريبية ويتحقق منها من خلال الاختبارات. تعتبر نتائج المحاكاة دقيقة ويمكن أن تلبي احتياجات الهندسة.