المفاعل (التشوك– الوصلة DC)
رياكتور 1 (شوك 2)
الرياكتور، وحدة الشوك، و/أو الرابط DC3، في الحقيقة، يُشكل عامل الاتصال بين وحدات محولات التيار الكهربائي ذو الموجة الموحدة ومحول التحفيز في أفران التحفيز المتوازية. والمهمة الرئيسية له هي إنشاء مصدر لتيار مستمر في مدخل المحول. عند بدء تشغيل الفرن، يتم سحب تيارات هجومية عبر لفائف الجلفنة، وخلال فترة الاستخدام، يقلل من تأثير التذبذبات في التيار. بالإضافة إلى ذلك، يتسبب الاستفادة من روابط DC في تصفية تيار إخراج المحول من الترددات العالية، مما يسهم في جودة الطاقة المشتقة من اللفائف ويمنع بشكل فعّال من وقوع أضرار كهربائية في منشآت الفرن الكهربائي.
ثلاث ميزات أساسية في بناء وتصميم رابط تيار مستمر (دي سي) هي الاندكتانس4، والتيار (القدرة)، وجهد نقطتيه. الاندكتانس هو أهم خاصية كهربائية للرابط تيار مستمر، حيث يعتبر مقياسًا لقوة السلف فيه، ويكون في أعلى قيمته خلال فترة البداية ويتناقص تدريجياً مع مرور الوقت والتشبع.
تصنف روابط تيار مستمر بناءً على مدى تغيير الاندكتانس الذاتي إلى فئتين: روابط بسيطة (بدون درجات) وروابط ذات درجات5. الاندكتانس في روابط تيار مستمر بدون درجات تكون في أعلى قيمتها أثناء البداية، وبعد البداية، تتناقص تمامًا حتى تصل أخيرًا إلى الصفر. بينما في روابط تيار مستمر ذات درجات، بعد بداية التشغيل، يتم تخفيض الاندكتانس بشكل تدريجي، ويتوقف الانخفاض بعد مدة معينة ويثبت في نطاق تيار محدد. وبعد زيادة التيار خارج هذا النطاق، يستمر مرة أخرى في الانخفاض.
من الناحية الهيكلية، يكمن الفارق الرئيسي بين النوعين من روابط تيار مستمر المذكورة في تصميم أنواع أنواعها النووية.
بفاصل هوائي، رابط تيار مستمر ذو درجات (درجتين)
بفاصل هوائي متجانس لرابط تيار مستمر
بغض النظر عن تقسيم روابط التيار المباشر إلى نوعين: الروابط البسيطة والروابط المدرجة، يمكن تصنيفها من الناحية الهيكلية وطريقة التجميع إلى عدة فئات. سنقوم فيما يلي بشرح مزايا وعيوب كل نوع
لينك DC ضمن النواة بواسطة اللولب الهليكسي6
في الروابط التيار المباشر داخل النواة الهليكسية، يتكون لولب الرابط من عمودين واثنين من الأغواط، وتم توفير فجوات هوائية في مسار الأعمدة، وتعبر أعمدة الرابط من داخل اللفائف. في هذا التصميم، يتم لف اللفائف في طبقة واحدة أو اثنتين بشكل هليكسي وملتف، وتم تعقيد الملتفات في نقاط محددة منها حيث تتفرع مداخل ومخارج الماء. الميزة الرئيسية لهذا النوع من الروابط هي تكلفة المواد الخام المنخفضة وتصنيعها. ومع ذلك، يُعد عدم قابليتها للتفكيك وإجراء الصيانة عند تلف أحد أجزاء الرابط واللفائف من نقاط ضعف هذا النوع من الروابط، مما يؤدي عمليًا إلى توقف العمل عند وقوع أعطال غير متوقعة.
معظم روابط التيار المباشر هي من صنع شركات المنتجين المتخصصين في الحقول الكهرومغناطيسية وشركة الكترتيرم الهندية
لينك التيار المباشر خارج النواة بواسطة اللولب المتقاطع7
هذا النوع من روابط التيار المباشر، كما يشير اسمه، يتكون من لفائف معقدة ملتفة بشكل متقاطع ومتعدد الطبقات، وتم ترتيب الأغلفة بشكل منفصل بحيث لا يوجد أي اتصال أو تداخل فيزيائي بين الأغلفة واللفائف.
الميزة الرئيسية لهذه الروابط هي قابلية استبدال اللفافة التالفة بلفائف احتياطية في حالة حدوث خطأ في لفائف الرابط. ببساطة، في حالة وجود لفافة احتياطية، يتم تقليل وقت الإصلاح وإعادة تشغيل الرابط بشكل ملحوظ عند حدوث عطل، وهذا الأمر ذو أهمية خاصة نظرًا لأن أداء معظم مجموعات الكور الاستقطابية – التي تشمل بشكل كامل بوتات متعددة – يعتمد بشكل كامل على وجود جهاز لينك DC.
بالإضافة إلى الميزة المذكورة بخصوص هذا التصميم من روابط التيار المباشر، يعتبر الحجم الكبير للمواد الاستهلاكية مثل النحاس والهستة والعازل، وبالتالي ارتفاع تكلفة التصنيع، وكذلك الحجم والأبعاد الكبيرة للرابط، من عيوب استخدام روابط التيار المباشر خارج النواة بواسطة اللولب المتقاطع.
استخدام هذا النوع من روابط التيار المباشر يحظى بشعبية أكبر بين مصنعي أفران الذوبان الألمان
لينك التيار المباشر داخل النواة بواسطة اللولب المتقاطع8
تتألف روابط التيار المباشر داخل النواة بواسطة اللولب المتقاطع من لفائف معقدة متعددة الطبقات وهستة داخلية. في الواقع، يشير هذا النوع من روابط التيار المباشر إلى تركيبة من اثنين من التصاميم السابقة المذكورة.
في هذا التصميم، يكون لديها هيكل معقد، ونظرًا لوجود هيكل ملتف، فإن وجود عيوب أو تلف في جزء العازل منها قد يؤدي إلى إمكانية تلفها، وبناءً على اتساع الفجوة الفيزيائية بين اللولب والهستة، قد تتطلب عمليات الصيانة والاستبدال وقتًا إضافيًا وتفكيك الرابط.
بالإضافة إلى النقطة الضعيفة المذكورة بخصوص هذا النوع من روابط التيار المباشر، يوفر تصميم اللولب متعدد الخلايا إمكانية استبدال الوحدة التالفة بواسطة وحدة احتياطية في حالة حدوث خلل في أيٍّ من وحدات اللولب، مما يتيح تجنب استبدال اللولب بأكمله وتوفير تكاليف عالية. كما يمتاز هذا التصميم بطول هستة أقل بالمقارنة مع أنواع الروابط الأخرى، مما يقلل من تكلفة صنع الهستة ويقلل من حجم وأبعاد الرابط بشكل عام.
معظم روابط التيار المباشر المستخدمة في هياكل الأفران الصينية تنتمي إلى هذا النوع
لينك التيار المباشر في النواة I بواسطة اللولب المتقاطع9
في هذا النوع من روابط التيار المباشر، تتكون لفائف الرابط بشكل متقاطع ومتعدد الطبقات على شكل I على هستة غير مكتملة. المقصود بـ “هستة غير مكتملة” هو هستة مغناطيسية تتألف من مسار مدار شار مغناطيسي توليد متعدد الأسلاك من خلال لفائفها، حيث تتألف من مسارين متتاليين مصنوعين من فولاذ مغناطيسي بشكل I ومكون هوائي. وجود هستة مغناطيسية في جزء من مسار شار يزيد من التخانق الذاتي للرابط بالمقارنة مع الروابط التي تكون هستتها مكتملة تمامًا من الهواء. كما يساهم وجود مسار هوائي في مسار شار المرور عبر الهستة في زيادة مساحة التشبع في النواة بالمقارنة مع روابط التيار المباشر الأخرى التي تكون هستتها مكتملة مغناطيسيًا تمامًا، ويمكن القول أن هذا النوع من روابط التيار المباشر يحقق توازنًا بين زيادة اندوكتانس الرابط وأقصى تيار تشبع مغناطيسي بالمقارنة مع أنواع أخرى من الروابط.
بالإضافة إلى النقاط المذكورة حول روابط التيار المباشر ذات الهستة I واللولب المتقاطع، والتي تُعتبر ميزة وعيبًا في نفس الوقت، فإن حدوث خلل واتصال في جزء اللولب في هذا النوع من الروابط يعد أمرًا شائعًا نسبيًا.
تُستخدم روابط التيار المباشر من هذا النوع في هياكل أفران التحول المغناطيسي التي تم إنتاجها بشركة ميجاتيرم الهند بشكل رئيسي
مفاعل هوائي بواسطة لفافة متقاطعة 10
يتكون مفاعلات الهواء بلفائف متقاطعة، التي تُعرف عادة باسم مفاعلات تقييد التيار (CLR11)، من لفائف متعددة الطبقات بشكل متقاطع بدون هستة مغناطيسية، وعادة ما يتم تثبيتها في أفران التحول السلسلية بين موحدة ومحول وعادة على مسار الطاقة السالب. نظرًا لأن استخدام هذه المفاعلات يختلف إلى حد ما عن لينكات التيار المباشر المستخدمة في أفران التحول السلسلية، يُفضل استخدام مصطلح “مفاعل” بدلاً من “لينك DC” للإشارة إلى هذا النوع من الاستخدام.
هذه المفاعلات، عند مقارنتها بلينكات التيار المباشر المستخدمة في أفران التحول السلسلية، لديها اندوكتانس أقل بكثير (عادة أقل من ملي هنري)، وبالإضافة إلى تقليل التردد في الجهد الناتج من المحول، يمنعون الجريان الزائد الذي يحدث في العناصر الحساسة للكهرباء والإلكترونيات في محول بين ناتج القصر. بالإضافة إلى الجوانب المذكورة، يتم إدارة تفريغ الطاقة المخزنة في مكثفات دارة قدرة الفرن أيضًا بمساعدة هذه المفاعلات.
لتعزيز موثوقية العزل الكهربائي في هذا النوع من المفاعلات، بعد بناء اللفافة، يتم عزلها كاملاً إلكتريًا من خلال تنفيذ عملية راتنج رفيعة. كما يتم استخدام أحيانًا قواعد مغناطيسية غنية بالراتنج داخلها دون الاعتماد على هستة مغناطيسية ممغنطة لزيادة قليلاً من مستوى الاندوكتانس.
يُستخدم هذا النوع من المفاعلات بشكل رئيسي في دارة قدرة أفران التحول السلسلية المُنتَجة من قِبل شركة إنديكتوترم.
كويل التكموتاج 11
كويل التكموتاج، المعروفة أحيانًا بالاسم “كويل di/dt”، تتألف عادة من لفة هليكويدية، غالبًا ما تكون ذات صف واحد وقصيرة، مصنوعة من قطاع نحاسي، وتستخدم بناءً على تيار المرور عبر معدات دائرة قدرة الفرن لحمايتها من التيارات الفائقة المارة.
تُثبت لفات التكموتاج، التي تتمتع ببنية بسيطة للغاية، في معظم أفران التحويل الاندماجي – كجزء من التصميم المعتمد للحماية – في نقاط مختلفة من دائرة قدرة الفرن.
محول التردد العالي (HF12) للفرن الكهربائي المُستند إلى التحويل الإلكتروني
تستخدم محولات HF في أفران التحويل الاندماجي كمحولات مضاعفة الجهد على مخرج المحول العاكس وفي وسيط تعزيز الفرن الكهربائي، عادةً في الأفران ذات القدرة الصغيرة والجهد المنخفض، بهدف زيادة جهد الطرفين للملف وبالتالي تقليل التيار المار في دائرة قدرة الفرن.
يقوم محول HF، بالإضافة إلى تقليل التيار المار من خلال تعزيز الخزان، بإنشاء عزل كهربائي بين الأجهزة الصلبة للفرن في اتجاه الحمل وفي اتجاه مصدر توفير طاقة الفرن، بهدف تجنب حدوث تماس وأخطاء في اتجاه الحمل بشكل كهربائي نحو دائرة قدرة الفرن. وهذا يسهم عمليًا في حماية المعدات الكهربائية المستخدمة في دائرة قدرة الفرن. هذا الموضوع يتشابه إلى حد معين مع وظيفة جزء من أداء لينك DC في حماية التيار العابر.
على الرغم من أن استخدام محولات HF ليس تمامًا مشابهًا للينكات DC من الناحية الوظيفية، إلا أنها تشابه كثيرًا من حيث الهيكل والأجزاء المكونة. بشكل عام، تتألف محولات HF من ملفين غمسين في الأساسي والثانوي، والذين تم تعقيد ملفهما بشكل مشابه لمحولات ترويدال13 ذات التجميع المعقد. ومن أجل تثبيت الهيكل وكذلك عزل الدعم، يتم عزلها بالكامل بعد تصنيعها من خلال عملية تشبيك الراتنج. يُستخدم محولات HF بشكل رئيسي في هياكل أفران التحويل الاندماجي ذات الجهد المنخفض، وعادةً ما تكون من إنتاج شركة إنداكتوترم.
8- Inner Core & Crossover Type Coil
9- I” Core & Crossover Type Coil“
10- Air Core & Crossover Type Coil
11- Commutation Coil
12- High Frequency
13- Toroidal
1- Choke
2- Reactor
3- DC Link
4- Inductance
5- Stepped Air Gap (DC Links)
6- Inner Core & Helical Type Coil
7- Outer Core & Crossover Type Coil
