التدريع الكهروستاتيكي في المحولات

 

 

 

 

يشير التدريع الكهروستاتيكي في الفيزياء إلى الظاهرة التي يتم فيها استخدام غلاف مغلق مصنوع من موصل لعزل منطقته الداخلية عن تأثير المجالات الكهربائية الخارجية. وبتطبيق هذا المبدأ على المحولات نحصل على ما يعرف بالدرع الكهروستاتيكي للمحول (E-Shield).

في بنية المحولات، يكون الدرع الكهروستاتيكي عادةً أغير-ورقة نحاسية مغلقة أو ورق موصل غير مغناطيسييتم وضعها بين اللف الأولي واللف الثانوي. لقد تم تصميمه ليكون "غير -مغلقًا" لمنعه من تكوين حلقة دائرة كهربائية قصيرة وتحفيز التيار. يتم توصيل هذه المادة الموصلة بشكل موثوق بغلاف المحول أو بالأرض عبر سلك، مما يشكل جسم حماية فعال.

 

 

عندما تظهر إشارات تداخل -عالية التردد (مثل المسامير من شبكة الطاقة، أو ارتفاعات البرق، أو ضوضاء عالية التردد-من محركات الأقراص ذات التردد المتغير) على الجانب الأساسي، فإن هذا التداخل يقترن بالجانب الثانوي من خلال-السعة الطفيلية للملف البيني، مما يؤثر على جودة الطاقة.

بعد إضافة الدرع الكهروستاتيكي، يتغير الوضع بشكل جذري. يقوم الدرع بتقسيم السعة المفردة الأصلية (CHL، السعة بين جوانب الجهد العالي- والجهد المنخفض-) إلى سعتين متتاليتين: السعة من الابتدائي إلى الدرع والسعة من الدرع إلى الثانوي. نظرًا لأن الدرع مؤرض بشكل مباشر، فإنه يوفرمسار مقاومة منخفض جدًا إلى الأرضلتيارات التداخل-عالية التردد. وكما وصف أحد الفنيين: "يعمل الدرع الكهروستاتيكي بشكل أساسي كمرشح سعوي، مما يمنع مكونات الجهد الكهربي الحرجة من الانتقال إلى الجانب الثانوي." وبالتالي، يتم تحويل تيار التداخل عالي التردد- إلى الأرض بدلاً من الاستمرار في الحمل الثانوي، وبالتالي "تنقية" الطاقة الكهربائية الناتجة.

 

 

 

 

 

 

يؤدي الدرع الكهروستاتيكي الموجود في المحول الوظائف التالية بشكل أساسي:

 

 

الميزات والمزايا

تتمتع المحولات التي تستخدم الدروع الكهروستاتيكية بالميزات والمزايا البارزة التالية:

ميزة	ميزة	المؤشر الفني/الوصف
مستوى عالٍ من مقاومة-التداخل	يمنع بشكل ملحوظ-ضوضاء التردد العالي وتداخل الوضع-الشائع في مزود الطاقة	فقدان إدخال الوضع الشائع- أكبر من أو يساوي 60 ديسيبل عند 1 ميجا هرتز، وتوهين زيادة البرق أكبر من أو يساوي 70%
سعة اقتران منخفضة للغاية	يحقق عزلة عالية "ينقل المغناطيسية فقط وليس الكهرباء"	يمكن أن تصل السعة الموزعة المكافئة بين اللفات إلى 0.01pF
تحسين جودة الطاقة	يقلل من التشوه التوافقي لجهد الخرج	في بيئات فئة C3، ينخفض ​​THDU من 3.1% إلى 0.8%
سلامة عالية	يوفر حماية على مستوى -المعدات، ويقلل من تسرب التيار	يمكن أن يكون تيار التسرب أقل من أو يساوي 10μA في تطبيقات أنظمة تكنولوجيا المعلومات الطبية
قدرة ممتازة على رفض الوضع-العام	قدرة قوية على تخفيف الضوضاء	يمكن لبعض محولات العامل K- تحقيق توهين ضوضاء في الوضع الشائع- يصل إلى120 ديسيبل

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. اختبارات فقدان الإدراج
هذه طريقة مباشرة لقياس قدرة الدرع على تخفيف تداخل الترددات العالية-. يتضمن مبدأ الاختبار حقن إشارة عالية التردد - ذات سعة معروفة (V1) عند دخل المحول وقياس سعة الإشارة (V2) عند الخرج بعد مرورها عبر المحول. يتم تعريف خسارة الإدراج على أنها20 × سجل (V1 / V2)ويتم التعبير عنها بالديسيبل (ديسيبل). تشير القيمة الأعلى إلى قدرة أقوى على قمع الدرع ضد التداخل. على سبيل المثال، يحتوي محول Trafomic على خسارة إدخال في الوضع -شائعة أكبر من أو تساوي 60 ديسيبل عند 1 ميجاهرتز.

2. اختبارات الوضع-العامة
يشير تداخل الوضع الشائع- إلى التداخل الذي يحدث بين كل موصل والأرض. الغرض من اختبار الوضع - الشائع هو تقييم قدرة المحول على منع ضوضاء الوضع - الشائع. أثناء الاختبار، عادةً ما يتم تطبيق إشارة الوضع - الشائعة (إشارة يتم تطبيقها بنفس الطور بين جميع خطوط الإدخال والأرض) على الإدخال، ويتم قياس استجابة الوضع - المشترك عند الإخراج. يجب أن يؤدي التصميم الجيد للدرع الكهروستاتيكي إلى تخفيف ضوضاء الوضع الشائع-إلى مستويات منخفضة جدًا. تشير وثائق محول العامل K- الخاصة بشركة ABB إلى توهين ضوضاء الوضع الشائع- بما يصل إلى120 ديسيبل.

3. اختبارات الوضع-الوضع/العرضي-العامة
يشير تداخل الوضع-العرضي (المعروف أيضًا باسم تداخل الوضع-التفاضلي) إلى التداخل الموجود بين خط الإشارة ومسار العودة الخاص به. في الاختبار العملي، غالبًا ما يكون من الضروري إجراء تقييم شامل لقدرة المحول على قمع كلا النوعين من التداخل. على سبيل المثال، عند اختبار محولات الشبكة، يتم استخدام محلل الشبكة مع محولات balun لقياس فقدان الإدخال (الذي يعكس توهين الإشارة الإجمالية) ونسبة رفض الوضع - الشائعة (التي تعكس على وجه التحديد توهين إشارة الوضع - الشائعة).

4. تشخيص الشذوذ في اختبار معامل القدرة
ومن المثير للاهتمام أن وجود درع إلكتروستاتيكي يمكن أن "يربك" المختبرين في بعض الأحيان. أثناء اختبار معامل القدرة للمحول، نظرًا لأن الدرع يوفر مسارًا أرضيًا ذو مقاومة منخفضة-، يتم تحويل التيار الذي يجب أن يتدفق عبر الجهد العالي- إلى عزل الجهد المنخفض- (CHL) إلى الأرض. وينتج عن هذا تيار CHL صغير جدًا يتم قياسه في وضع UST (اختبار عينة غير محددة)، مما يؤدي في بعض الأحيان إلى قراءات سلبية لعامل الطاقة - وهو في الواقع قطعة أثرية ناجمة عن اختيار نقطة القياس الحالية، وليست ظاهرة فيزيائية حقيقية. يجمع المختبرون ذوو الخبرة بين GST-G (اختبار العينة المؤرضة مع الحماية) ونتائج UST للحكم بشكل شامل على حالة عزل المحول.

 

 

من الناحية الهيكلية، تخترق جلبة درع التأريض عادة غطاء خزان المحول أو جدار الخزان. يتم توصيل أحد الطرفين بشكل آمن بالدرع الكهروستاتيكي (على سبيل المثال، لوح نحاسي أو ورق موصل) داخل المحول، بينما يمتد الطرف الآخر خارج المحول للاتصال بشبكة التأريض. في بعض التصميمات، قد تدمج الجلبة نفسها وظائف التدريع-على سبيل المثال، تضمين شبكة معدنية مؤرضة داخل جدار الجلبة لمنع تركيز المجال الكهربائي أو التفريغ الجزئي الذي قد يحدث عند نقاط توصيل الجهد العالي-(مثل وصلات قضبان التوصيل النحاسية).

 

وظائف جلبة درع التأريض

ويمكن تلخيص أدوارها الأساسية على النحو التالي:مخرج آمن-.وحجب الترددات العالية-:

1. توفير مسار تأريض آمن ومنخفض-للدرع الكهروستاتيكي

هذه هي وظيفتها الأساسية. يجب تأريض الدرع الكهروستاتيكي بشكل فعال لتوصيل تيارات التداخل-عالية التردد إلى الأرض. توفر جلبة درع التأريض موصلًا قياسيًا ومعزولًا وموثوقًا يقوم بتوجيه الدرع الداخلي عبر خزان المحول إلى السلك الأرضي الخارجي، مما يضمن الاستمرارية الكهربائية والاستقرار الميكانيكي لمسار التأريض.

2. منع التفاف -تيارات التداخل عالية التردد

بدون جلبة درع التأريض المخصصة، قد يحتاج سلك التأريض الخاص بالدرع الكهروستاتيكي إلى المرور عبر حاوية المحول أو المكونات الأخرى، مما قد يؤدي إلى تقديم محاثة إضافية أو إنشاء تأثير هوائي، وبالتالي إضعاف منع تداخل التردد العالي-. يحافظ تصميم الجلبة المخصصة على خاصية المعاوقة- المنخفضة لمسار التأريض عند الترددات العالية، مما يضمن تجاوز تيارات التداخل بكفاءة إلى الأرض.

3. الختم والعزل

باعتبارها مكونًا مخترقًا للخزان-، يجب أن تضمن جلبة درع التأريض إحكام إغلاق زيت المحول لمنع التسرب. وفي نفس الوقت، فهو يحتاج إلى قوة عزل كافية لتحمل الجهد الكهربائي بين الدرع الكهروستاتيكي الداخلي وإمكانات الأرض، وتجنب الانهيار الأرضي.

4. التخلص من التفريغ الجزئي (للبطانات المدمجة للدرع-)

في بعض التطبيقات ذات الجهد العالي، قد تتسبب الأسطح الخشنة للموصلات (على سبيل المثال، قضبان التوصيل النحاسية) التي تدخل إلى المحول عبر الجلبة في تفريغ الطرف، الأمر الذي لا يؤدي إلى توليد ضوضاء فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى تدهور العزل. من خلال دمج طبقة التدريع المؤرضة (مثل الشبكة المعدنية أو الأنبوب المعدني) في هيكل الجلبة، يمكن حماية المجالات الكهربائية غير المستوية، وبالتالي القضاء على التفريغ وضمان سلامة المعدات.