مروری بر ترانسفورماتور کوره

I. ترانسفورماتور کوره چیست؟

 

A ترانسفورماتور کورهیک دستگاه الکتریکی است که ولتاژ جریان متناوب (AC) را تنظیم می‌کند، یا آن را بالا یا پایین می‌برد تا با نیازهای عملیاتی سیستم‌های مبتنی بر کوره - مطابقت داشته باشد. در کاربردهای ذوب فلزات صنعتی - (مثلاً برای فولاد، فولاد ویژه، کوراندوم سفید، آلومینیوم الکترولیتی)، به عنوان یک ترانسفورماتور قدرت تخصصی که قادر به تحمل بارهای جریانی بزرگ - و تنش‌های مکانیکی و حرارتی مکرر از قوس الکتریکی است، عمل می‌کند، که معمولاً دارای ولتاژ اولیه و ظرفیت الکترودهای u5 و 72 کیلوولت است. در محیط‌های خانگی و تهویه مطبوع، برق ولتاژ بالا - را به ولتاژ پایین‌تر و ایمن برای اجزای کوره (مانند ترموستات‌ها و سیستم‌های احتراق) تبدیل می‌کند، که امکان عملکرد کارآمد را از طریق القای الکترومغناطیسی برای انتقال انرژی، با محل نصب آن از داخل کوره تا واحدهای AC در فضای باز بسته به طراحی سیستم خاص، ممکن می‌سازد.

 

 

 

ترانسفورماتور کوره به عنوان "قلب" یک کوره صنعتی عمل می کند. وظیفه اصلی آن تبدیل ولتاژ بالا و جریان پایین شبکه به ولتاژ پایین و جریان بالا مورد نیاز کوره است که توان دقیق و قوی را برای فرآیندهایی مانند ذوب، گرمایش و پالایش ارائه می دهد. بسته به نوع کوره خاص، اصل عملکرد و الزامات فرآیند، ترانسفورماتورهای کوره به طور قابل توجهی از نظر طراحی و فناوری متفاوت هستند. در زیر برخی از پرکاربردترین انواع در صنایع متالورژی، شیمیایی و مواد آورده شده است.

به طور خلاصه،انواع مختلف ترانسفورماتورهای کوره محصول فرآیندهای صنعتی خاص آنها هستند. آنها در پارامترهای طراحی (ولتاژ، جریان، امپدانس)، روش های تنظیم ولتاژ، ظرفیت اضافه بار و رژیم های عملیاتی تخصصی هستند. درک صحیح و انتخاب ترانسفورماتور کوره مناسب برای اطمینان از ایمنی تولید، بهبود کیفیت محصول و کاهش مصرف انرژی بسیار مهم است.

 

 

با توجه به ولتاژ ثانویه پایین، جریان زیاد و محدوده تنظیم ولتاژ وسیع ترانسفورماتورهای کوره (که نیاز به تنظیم از حداکثر مقدار تا 25٪ تا 50٪ حداکثر مقدار دارند)، روش های تنظیم ولتاژ آنها به طور قابل توجهی با ترانسفورماتورهای قدرت متفاوت است. روش های اصلی به شرح زیر است:

1. تنظیم ولتاژ شار متغیر

اصل آن تنظیم شیرهای تنظیم ولتاژ یا جدا کردن سیم پیچ های تنظیم ولتاژ روی سیم پیچ اولیه است. هنگامی که ولتاژ اولیه ثابت است، ولتاژ در هر دور با تغییر تعداد دور سیم پیچ اولیه متصل به مدار تغییر می کند و در نتیجه ولتاژ سیم پیچ ثانویه تغییر می کند. شار هسته در طول تنظیم ولتاژ تغییر می کند.

• ویژگی ها: ساختار ساده، و سیم پیچ ها را می توان به صورت متحدالمرکز یا به صورت پلکانی مرتب کرد. هنگامی که تعداد دورهای شیرهای سیم پیچ اولیه برابر است، اختلاف پله ولتاژ ثانویه نابرابر است. در صورت نیاز به اختلاف پله مساوی، باید از سیم پیچی انباشته استفاده شود. هنگامی که ولتاژ ثانویه به حداکثر می رسد، قسمت بیکار سیم پیچ اولیه مستعد نوسانات ولتاژ است که برای عایق کاری نامطلوب است. هنگامی که ولتاژ ثانویه در حداقل خود است، چگالی مغناطیسی هسته پایین است، که برای محصولات با محدوده تنظیم ولتاژ گسترده غیراقتصادی است. با استفاده از تبدیل D{4}}Y می توان وضعیت را بهبود بخشید.
• دامنه کاربرد: ترانسفورماتورهای کوره کوچک و متوسط{0}}با ولتاژ اولیه 35 کیلوولت یا کمتر و محدوده تنظیم ولتاژ کمتر از 20%.

 

2. تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور سری

یک ترانسفورماتور سری در مخزن ترانسفورماتور اصلی اضافه می شود. سیم پیچ های ولتاژ پایین ترانسفورماتور اصلی و ترانسفورماتور سری به صورت سری به هم متصل می شوند. ولتاژ سیم پیچ ولتاژ بالا ترانسفورماتور سری از طریق سیم پیچ تنظیم ولتاژ جداگانه ترانسفورماتور اصلی تغییر می کند و در نتیجه ولتاژ ترکیبی سیم پیچ های ولتاژ پایین ترانسفورماتور اصلی و ترانسفورماتور سری تغییر می کند.

• مزایا: محدوده تنظیم ولتاژ گسترده و اختلاف پله ولتاژ ثانویه زمانی برابر است که تعداد چرخش های شیر برابر باشد. ولتاژ اولیه توسط سطح عایق-تغییر کننده شیر محدود نمی شود و می توان مستقیماً از 63 تا 220 کیلو ولت کاهش داد و نیاز به یک پست میانی را از بین برد. ظرفیت سیم پیچ تنظیم ولتاژ بسیار کوچکتر از ظرفیت خروجی ترانسفورماتور کوره است و انتخاب یک تپ-تغییر کننده با ضریب ایمنی بالا را آسان می کند. سیم پیچ تنظیم ولتاژ را می توان به یک خازن جبرانی متصل کرد تا ضریب توان را بهبود بخشد. ترانسفورماتور اصلی با شار ثابت کار می کند و طراحی محصولات با ظرفیت زیاد و محدوده تنظیم ولتاژ گسترده را مقرون به صرفه تر می کند.
• معایب: ساختار پیچیده، زمان‌بر-ساخت، و نامناسب برای نگهداری. هنگامی که در شیرهای منفی، تلفات بار زیاد است، و تلفات بار در حداقل ولتاژ ثانویه کمی با حداکثر ولتاژ ثانویه متفاوت است و افزایش ولتاژ امپدانس زیاد است.
• دامنه کاربرد: ترانسفورماتورهای کوره با ظرفیت 10000 کیلو ولت آمپر یا بیشتر یا ترانسفورماتورهای کوره با ولتاژ اولیه بالا (63 کیلوولت یا بیشتر).

 

3. تنظیم ولتاژ اتوترانسفورماتور

شامل یک اتوترانسفورماتور و یک ترانسفورماتور کوره با نسبت تبدیل ثابت است که می تواند در یک مخزن یا به طور جداگانه با حداکثر سطح عایق 35 کیلو ولت نصب شود.

• ویژگی ها: نقطه خنثی مشترک اتوترانسفورماتور باید به طور قابل اعتماد به زمین متصل شود (زمانی که سطح ولتاژ دو طرف اولیه و ثانویه متفاوت است). زمانی که سطوح ولتاژ یکسان باشد، می توان آن را زمین گیر نکرد. وقتی تعداد دورهای شیر مساوی است، اختلاف پله ولتاژ پایین-ترانسفورماتور کوره برابر است. تغییر امپدانس در طول فرآیند تنظیم ولتاژ کم است. برای محصولات تک فاز، می توان از یک هسته سه- با مقاطع نابرابر- استفاده کرد، با یک پایه برای سیم پیچ تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور اتوترانسفورماتور، یک پایه برای سیم پیچ ترانسفورماتور کوره، و یک پایه به عنوان یوغ معمولی که منجر به طراحی اقتصادی تر می شود. محصولات با ظرفیت{8}بزرگ باید ساختار جداگانه ای داشته باشند و گذرگاه اتصال بین اتوترانسفورماتور و ترانسفورماتور کوره باید کوتاه و محصور شود تا از آسیب دیدن اتوترانسفورماتور به دلیل جریان اتصال کوتاه بسیار زیاد در صورت اتصال کوتاه جلوگیری شود.

 

 

 

 

ترانسفورماتورهای کوره از سیم پیچ‌های-ولتاژ بالا، ولتاژ-تنظیم‌کننده و ولتاژ پایین- تشکیل شده‌اند که آرایش آنها از این اصول کلیدی پیروی می‌کند:

 

 

 

 

با توجه به نیاز به انطباق با شرایط کاری کوره های الکتریکی مانند دمای بالا، جریان زیاد و تنظیم ولتاژ مکرر، ترانسفورماتورهای کوره تفاوت هایی را در ساختار اجزای هسته نسبت به ترانسفورماتورهای قدرت معمولی هدف قرار داده اند. در زیر شرح مفصلی از مؤلفه متمایز کلیدی ارائه شده است.

1. هسته مزدوج

• ویژگی ساختاری: هسته راکتور وهسته ترانسفورماتوربه اشتراک گذاشتن یک یوغ مشترک، تشکیل یک طرح "مجموعه" یکپارچه.
• نقطه تفاوت: هسته ترانسفورماتور و هسته راکتور ترانسفورماتورهای قدرت معمولی عمدتاً ساختارهای جداگانه مستقل و بدون یوغ مشترک هستند.
• هدف طراحی: فشرده سازی حجم کلی از طریق یوغ مشترک، کاهش تلفات مغناطیسی نشتی، و بهبود راندمان اتصال مدار مغناطیسی هسته برای انطباق با نیازهای تنظیم دینامیکی بارهای کوره الکتریکی.

 

2. سیم پیچ های تکان دهنده

سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتورهای کوره‌ای، طراحی پلکانی خاصی را اتخاذ می‌کنند که با روش سیم‌پیچ مرسوم متفاوت است.ترانسفورماتورهای قدرت. آنها عمدتاً به دو نوع تقسیم می شوند:

• سیم‌پیچ‌های پیچ‌خورده مستقیم-: رساناها به‌طور متناوب در گام‌های خاصی در طول سیم‌پیچ مستقیم چیده می‌شوند، بدون اینکه از منطق سیم‌پیچ متوالی یکنواخت ترانسفورماتورهای قدرت پیروی کنند.
• سیم‌پیچ‌های پلکانی مونتاژ شده: سیم‌پیچ‌ها به صورت مقطعی پیش ساخته می‌شوند و سپس به صورت مجموعه‌ای مونتاژ می‌شوند و جهت سیم پیچ و موقعیت هر بخش از سیم‌پیچ‌ها به طور متناوب توزیع می‌شوند.
• مزیت اصلی: تقویت-مقاومت اتصال کوتاه سیم‌پیچ‌ها، بهبود توزیع میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در داخل سیم‌پیچ‌ها، کاهش تلفات موضعی و انطباق با شرایط جریان هجومی در هنگام راه‌اندازی کوره الکتریکی.

 

3. سیم پیچ های متحدالمرکز (طراحی ویژه برای تنظیم ولتاژ و سیم‌پیچ‌های ولتاژ پایین-)

سیم‌پیچ‌های متحدالمرکز ترانسفورماتورهای کوره در شکل‌های ساختاری سیم‌پیچ‌های تنظیم‌کننده ولتاژ و سیم‌پیچ‌های ولتاژ پایین- با ترانسفورماتورهای قدرت تفاوت‌های قابل‌توجهی دارند:

سیم پیچ های تنظیم کننده ولتاژ

• انواع سیم پیچی: شامل چهار طرح خاص: نوع پیوسته، نوع درهم، نوع مارپیچی و نوع استوانه ای، با سناریوهای کاربردی بیشتر هدفمند.
• نقطه تفاوت: سیم‌پیچ‌های تنظیم‌کننده ولتاژ ترانسفورماتورهای قدرت عمدتاً از نوع پیوسته و ساختارهای اختصاصی تنظیم‌کننده ولتاژ{0}}بار هستند. سیم‌پیچ‌های تنظیم‌کننده ولتاژ درهم و مارپیچی ترانسفورماتورهای کوره بیشتر بر مقاومت در برابر ولتاژ ضربه تمرکز می‌کنند، در حالی که نوع استوانه‌ای آن پایداری میدان مغناطیسی را در طول تنظیم ولتاژ بهینه می‌کند.
• الزامات سازگاری: نیازهای تنظیم ولتاژ وسیع- و مکرر در حین ذوب کوره الکتریکی را برآورده می کند و قابلیت اطمینان عایق سیم پیچ ها را بهبود می بخشد.

سیم‌پیچ‌های ولتاژ پایین-

(1) انواع ساختاری ویژه:

• سیم‌پیچ‌های ولتاژ پایین-دوبل: در بخش‌های دیسکی دوتایی، با ناحیه اتلاف حرارت بزرگ‌تر در مقایسه با سیم‌پیچ‌های ولتاژ پایین{{3} معمولی ترانسفورماتورهای قدرت، پیچ می‌شوند.
• سیم‌پیچ‌های ولتاژ پایین به شکل «شکل{1}}8»: سیم‌پیچ‌ها به شکل «شکل-8» توزیع می‌شوند که به طور موثر شار مغناطیسی نشتی را کاهش می‌دهند و با انتقال جریان زیاد سازگار می‌شوند.
• سیم‌پیچ‌های ولتاژ پایین-نوع-صفحه: طراحی ساختاری صفحه‌ای صاف-، کاهش اثر پوستی تحت جریان زیاد، و بهبود ظرفیت حمل-جریان.

(2) تفاوت هسته: سیم‌پیچ‌های ولتاژ پایین ترانسفورماتورهای قدرت عمدتاً از نوع استوانه‌ای و مارپیچی هستند. سیم‌پیچ‌های ولتاژ پایین ترانسفورماتورهای کوره همگی برای انطباق با شرایط کاری فعلی زیاد طراحی شده‌اند و بیشتر بر عملکرد تلفات کم و اتلاف حرارت بالا تمرکز می‌کنند.

 

4. سیم‌های سرب ولتاژ پایین

• ویژگی ساختاری: سیم‌های سرب ولتاژ پایین-از رساناهای بزرگ با مقطع-استفاده می‌کنند و مسیر طرح‌بندی برای طراحی امپدانس کوتاه-فاصله کوتاه-بهینه شده است. در برخی از سناریوها از ساختار محافظ استفاده می شود.
• نقطه تفاوت: سیم‌های سربی{0} ولتاژ پایین ترانسفورماتورهای قدرت بیشتر بر روی حفاظت عایق و سیم‌کشی منظم تمرکز دارند. سیم‌های سربی ولتاژ پایین ترانسفورماتورهای کوره عمدتاً در اطراف "انتقال جریان بزرگ" با سطح مقطع هادی بزرگتر و امپدانس کمتر برای کاهش تلفات سیم سربی بهینه شده اند.

 

5. پایانه های خروجی ولتاژ پایین

(1) انواع خاص:

• پایانه های صفحه مسی: از یک تکه صفحه مسی ضخیم، با سطح تماس بزرگ، مناسب برای انتقال جریان با ظرفیت متوسط ​​و بزرگ پردازش می شود.
• پایانه‌های لوله‌های مسی خنک‌شده با آب-: از لوله‌های مسی توخالی به‌عنوان حامل، همراه با یک سیستم خنک‌کننده آب استفاده کنید، که می‌تواند به سرعت گرمای تولید شده توسط جریان‌های بزرگ را دفع کند.

(2) نقطه تفاوت: پایانه‌های خروجی ولتاژ پایین ترانسفورماتورهای قدرت عمدتاً میله‌های مسی معمولی یا پایانه‌های پیچ- بدون طراحی اختصاصی خنک‌کننده آب- هستند. ساختار ترمینال ترانسفورماتورهای کوره مخصوصاً برای مقاومت در برابر جریان زیاد و شرایط کاری دمای بالا، تضمین پایداری انتقال جریان و عمر مفید طراحی شده است.