نظرة عامة على محول الفرن

I. ما هو محول الفرن؟

 

A محول الفرنهو جهاز كهربائي ينظم جهد التيار المتردد (AC)، إما برفعه أو خفضه، ليتوافق مع متطلبات التشغيل للأنظمة المعتمدة على الفرن -. في تطبيقات صهر المعادن الصناعية - (على سبيل المثال، للصلب، والفولاذ الخاص، والكوراندوم الأبيض، والألومنيوم التحليلي)، يعمل كمحول طاقة متخصص قادر على تحمل الأحمال الحالية الكبيرة - والضغوط الميكانيكية والحرارية المتكررة من الأقواس الكهربائية، ويتميز عادةً بجهد أولي لا يتجاوز 72.5 كيلو فولت، وسعة كبيرة، واستخدام قضبان الكربون كأقطاب كهربائية. في السياقات المنزلية وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، يقوم بتحويل الكهرباء ذات الجهد العالي - إلى جهد كهربائي أقل وآمن لمكونات الفرن (مثل منظمات الحرارة وأنظمة الإشعال)، مما يتيح التشغيل الفعال من خلال الحث الكهرومغناطيسي لنقل الطاقة، مع موقع تركيبه الذي يتراوح من داخل الفرن إلى وحدات التيار المتردد الخارجية اعتمادًا على تصميم النظام المحدد.

 

 

 

يعمل محول الفرن بمثابة "قلب" الفرن الصناعي. وتتمثل وظيفتها الأساسية في تحويل الجهد العالي والتيار المنخفض للشبكة إلى الجهد المنخفض والتيار العالي الذي يتطلبه الفرن، مما يوفر طاقة دقيقة وقوية لعمليات مثل الصهر والتسخين والتكرير. اعتمادًا على نوع الفرن المحدد ومبدأ التشغيل ومتطلبات العملية، تختلف محولات الفرن بشكل كبير في تصميمها وتقنيتها. فيما يلي بعض الأنواع الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الصناعات المعدنية والكيميائية والمواد.

في ملخص،أنواع مختلفة من محولات الفرن هي منتجات لعملياتها الصناعية المحددة. وهم متخصصون في معلمات التصميم الخاصة بهم (الجهد والتيار والمقاومة) وطرق تنظيم الجهد وقدرة التحميل الزائد وأنظمة التشغيل. يعد الفهم الصحيح واختيار محول الفرن المناسب أمرًا بالغ الأهمية لضمان سلامة الإنتاج وتحسين جودة المنتج وتقليل استهلاك الطاقة.

 

 

نظرًا للجهد الثانوي المنخفض والتيار الكبير ونطاق تنظيم الجهد الواسع لمحولات الفرن (التي تتطلب تعديلًا من القيمة القصوى إلى 25%~50% من القيمة القصوى)، تختلف طرق تنظيم الجهد الخاصة بها بشكل كبير عن تلك الخاصة بمحولات الطاقة. الطرق الرئيسية هي كما يلي:

1. تنظيم جهد التدفق المتغير

مبدأها هو ضبط صنابير تنظيم الجهد أو ملفات تنظيم الجهد المنفصلة على الملف الأولي. عندما يكون الجهد الأولي ثابتًا، يتغير الجهد لكل دورة عن طريق تغيير عدد لفات الملف الأولي المتصل بالدائرة، وبالتالي تغيير جهد الملف الثانوي. يتغير التدفق الأساسي أثناء تنظيم الجهد.

• سمات: هيكل بسيط، ويمكن ترتيب اللفات بشكل متحد المركز أو بطريقة متداخلة. عندما يكون عدد لفات صنابير الملفات الأولية متساويًا، يكون فرق خطوة الجهد الثانوي غير متساوٍ؛ إذا كان هناك حاجة إلى اختلاف متساوي في الخطوات، فيجب استخدام ملف مكدس. عندما يكون الجهد الثانوي عند الحد الأقصى، فإن الجزء الخامل من الملف الأولي يكون عرضة لتذبذب الجهد، وهو أمر غير مناسب للعزل. عندما يكون الجهد الثانوي عند الحد الأدنى، تكون الكثافة المغناطيسية الأساسية منخفضة، وهو أمر غير اقتصادي بالنسبة للمنتجات ذات نطاق تنظيم الجهد الواسع. يمكن تحسين الوضع باستخدام تحويل D-Y.
• نطاق التطبيق: محولات الفرن الصغيرة والمتوسطة الحجم- ذات الجهد الأساسي 35 كيلو فولت أو أقل ونطاق تنظيم الجهد أقل من 20%.

 

2. سلسلة تنظيم جهد المحولات

تتم إضافة محول متسلسل في خزان المحول الرئيسي. يتم توصيل ملفات الجهد المنخفض- للمحول الرئيسي ومحول السلسلة على التوالي. يتم تغيير جهد ملف الجهد العالي- للمحول المتسلسل من خلال ملف تنظيم الجهد المنفصل للمحول الرئيسي، وبالتالي تغيير الجهد المركب لملفات الجهد المنخفض- للمحول الرئيسي ومحول السلسلة.

• المزايا: نطاق تنظيم الجهد الواسع، ويكون فرق خطوة الجهد الثانوي متساويًا عندما يكون عدد لفات الصنبور متساويًا. لا يقتصر الجهد الأساسي على مستوى العزل لمغير الصنبور- ويمكن خفضه مباشرة من 63 إلى 220 كيلو فولت، مما يلغي الحاجة إلى محطة فرعية وسيطة. إن قدرة ملف تنظيم الجهد أصغر بكثير من قدرة الخرج لمحول الفرن، مما يجعل من السهل تحديد مغير الصنبور- مع عامل أمان عالي. يمكن توصيل ملف تنظيم الجهد بمكثف التعويض لتحسين عامل الطاقة. يعمل المحول الرئيسي بتدفق ثابت، مما يجعل تصميم المنتجات ذات السعة الكبيرة ونطاق تنظيم الجهد الواسع أكثر اقتصادا.
• العيوب: بنية معقدة،-تستغرق وقتًا طويلاً في التصنيع، وغير ملائمة للصيانة. عندما يكون فقدان الحمل عند الصنابير السالبة كبيرًا، ويختلف فقدان الحمل عند الحد الأدنى من الجهد الثانوي قليلاً عن ذلك عند الحد الأقصى من الجهد الثانوي، وتكون زيادة جهد المعاوقة كبيرة.
• نطاق التطبيق: محولات الفرن بقدرة 10000 كيلو فولت أمبير فأكثر، أو محولات الفرن ذات الجهد الأولي العالي (63 كيلو فولت فأكثر).

 

3. تنظيم جهد المحولات الذاتية

يتكون من محول ذاتي ومحول فرن بنسبة تحويل ثابتة، ويمكن تركيبهما في نفس الخزان أو بشكل منفصل، مع حد أقصى لمستوى العزل يبلغ 35 كيلو فولت.

• سمات: يجب أن تكون النقطة المحايدة المشتركة للمحول الذاتي مؤرضة بشكل موثوق (عندما تكون مستويات الجهد للجانبين الأساسي والثانوي مختلفة)؛ يمكن أن يكون غير مؤرض عندما تكون مستويات الجهد هي نفسها. عندما يكون عدد لفات الصنبور متساويًا، يكون فرق جهد الجهد المنخفض-لمحول الفرن متساويًا. يكون تغيير المعاوقة صغيرًا أثناء عملية تنظيم الجهد. بالنسبة للمنتجات -أحادية الطور، يمكن استخدام -قلب ثلاثي الأطراف ذو مقاطع عرضية غير متساوية-، مع طرف واحد لملف تنظيم جهد المحول الذاتي، وطرف واحد لملف محول الفرن، وطرف واحد كنير مشترك، مما يؤدي إلى تصميم أكثر اقتصادا. يجب أن تتبنى المنتجات ذات السعة الكبيرة - هيكلًا منفصلاً، ويجب تقصير ناقل التوصيل بين المحول الذاتي ومحول الفرن وإحاطته لمنع تلف المحول الذاتي بسبب تيار الدائرة القصيرة - الكبير للغاية في حالة حدوث ماس كهربائي.

 

 

 

 

تتكون محولات الفرن من ملفات الجهد العالي-والجهد المنظم-والملفات ذات الجهد المنخفض-، مع اتباع ترتيبها لهذه المبادئ الأساسية:

 

 

 

 

نظرًا للحاجة إلى التكيف مع ظروف عمل الأفران الكهربائية مثل درجة الحرارة المرتفعة والتيار الكبير وتنظيم الجهد المتكرر، فقد استهدفت محولات الفرن الاختلافات في هياكل المكونات الأساسية عن محولات الطاقة العادية. فيما يلي وصف تفصيلي للعنصر المميز الرئيسي.

1. النواة المترافقة

• السمة الهيكلية: قلب المفاعل وقلب المحولتشترك في نير مشترك، وتشكل تصميمًا "مترافقًا" متكاملاً.
• نقطة الاختلاف: إن قلب المحول ونواة المفاعل لمحولات الطاقة العادية هما في الغالب هياكل منفصلة مستقلة بدون نير مشترك.
• الغرض من التصميم: ضغط الحجم الإجمالي من خلال النير المشترك، وتقليل فقدان التسرب المغناطيسي، وتحسين كفاءة اقتران الدائرة المغناطيسية الأساسية للتكيف مع احتياجات التنظيم الديناميكي لأحمال الفرن الكهربائي.

 

2. اللفات المتداخلة

تعتمد ملفات محولات الفرن تصميمًا متدرجًا خاصًا، والذي يختلف عن طريقة اللف التقليديةمحولات الطاقة. وهي مقسمة بشكل رئيسي إلى نوعين:

• -ملفات متداخلة ذات ملف مباشر: يتم ترتيب الموصلات بالتناوب عند درجات معينة أثناء اللف المباشر، دون اتباع منطق اللف المتسلسل الموحد لمحولات الطاقة.
• اللفات المتداخلة المجمعة: يتم تصنيع اللفات مسبقًا في أقسام ثم يتم تجميعها في مجموعات، مع توزيع اتجاه اللف وموضع كل قسم من اللفات بالتناوب.
• الميزة الأساسية: تعزيز مقاومة الدائرة القصيرة للملفات، وتحسين توزيع المجالات الكهربائية والمغناطيسية داخل الملفات، وتقليل الفقد المحلي، والتكيف مع حالة تدفق التيار أثناء بدء تشغيل الفرن الكهربائي.

 

3. اللفات متحدة المركز (تصميم خاص لتنظيم الجهد ولفائف الجهد المنخفض-)

تتميز الملفات متحدة المركز لمحولات الفرن باختلافات كبيرة عن محولات الطاقة في الأشكال الهيكلية للملفات المنظمة للجهد والملفات-ذات الجهد المنخفض:

اللفات تنظيم الجهد

• أنواع اللف: تتضمن أربعة تصميمات خاصة: النوع المستمر، والنوع المشذر، والنوع الحلزوني، والنوع الأسطواني، مع سيناريوهات تطبيق أكثر استهدافًا.
• نقطة الاختلاف: ملفات تنظيم الجهد لمحولات الطاقة هي بشكل أساسي من النوع المستمر وعلى -هياكل مخصصة لتنظيم جهد الحمل. تركز اللفات المنظمة للجهد المشذر واللولبي لمحولات الفرن بشكل أكبر على تحمل الجهد النبضي، بينما يعمل النوع الأسطواني على تحسين استقرار المجال المغناطيسي أثناء تنظيم الجهد.
• متطلبات التكيف: تلبية احتياجات النطاق الواسع- وتنظيم الجهد المتكرر أثناء صهر الأفران الكهربائية، وتحسين موثوقية عزل اللفات.

ملفات ذات جهد منخفض.-

(1) الأنواع الهيكلية الخاصة:

• ملفات -قرصية منخفضة الجهد-مزدوجة: ملفوفة في مقاطع قرصية-مزدوجة، مع مساحة أكبر لتبديد الحرارة مقارنة بالملفات التقليدية ذات الجهد المنخفض-لمحولات الطاقة.
• ملفات ذات جهد منخفض على شكل "الشكل -8": يتم توزيع الملفات في شكل "الشكل 8"، مما يقلل بشكل فعال من التدفق المغناطيسي للتسرب ويتكيف مع نقل التيار الكبير.
• ملفات الجهد المنخفض-من النوع-لللوحة: اعتماد تصميم هيكلي للوحة-مسطحة، وتقليل تأثير الجلد تحت التيار الكبير، وتحسين قدرة حمل التيار-.

(2) الفرق الأساسي: إن ملفات الجهد المنخفض لمحولات القدرة هي في الأساس أنواع أسطوانية وحلزونية. تم تصميم جميع ملفات الجهد المنخفض- لمحولات الفرن للتكيف مع ظروف العمل الحالية الكبيرة، مع التركيز بشكل أكبر على أداء الفقد المنخفض وتبديد الحرارة العالي.

 

4. -أسلاك الرصاص ذات الجهد المنخفض

• الميزة الهيكلية: تستخدم أسلاك التوصيل ذات الجهد المنخفض- موصلات ذات مقطع عرضي كبير-، ويتم تحسين مسار التخطيط لمسافة -قصيرة، وتصميم ذو مقاومة منخفضة-. يتم استخدام هيكل التدريع في بعض السيناريوهات.
• نقطة الاختلاف: تركز أسلاك التوصيل ذات الجهد المنخفض- لمحولات الطاقة بشكل أكبر على حماية العزل والأسلاك الأنيقة. تم تحسين أسلاك الرصاص ذات الجهد المنخفض- لمحولات الفرن بشكل أساسي حول "نقل تيار كبير" مع مقطع عرضي أكبر للموصل- ومقاومة أقل لتقليل فقد سلك الرصاص.

 

5. أطراف مخرج الجهد المنخفض-

(1) الأنواع الخاصة:

• أطراف اللوحة النحاسية: تمت معالجتها من قطعة واحدة من اللوحة النحاسية السميكة، مع منطقة اتصال كبيرة، ومناسبة لنقل التيار ذو السعة المتوسطة والكبيرة.
• أطراف الأنابيب النحاسية-المبردة بالماء: استخدم الأنابيب النحاسية المجوفة كحامل، بالإضافة إلى نظام التبريد المائي-الذي يمكنه تبديد الحرارة الناتجة عن التيارات الكبيرة بسرعة.

(2) نقطة الاختلاف: أطراف مخرج الجهد المنخفض- لمحولات الطاقة هي في الغالب قضبان نحاسية تقليدية أو أطراف توصيل من النوع -بدون تصميم مخصص لتبريد الماء-. تم تصميم الهيكل الطرفي لمحولات الفرن خصيصًا لتحمل ظروف العمل ذات التيار الكبير ودرجة الحرارة العالية-، مما يضمن استقرار ناقل الحركة الحالي وعمر الخدمة.