يمكن استخدام محولات الجهد المتعرجة لزيادة أو تقليل جهدها الثانوي فيما يتعلق بجهد الإمداد الأولي، ولكن يمكن أيضاً إنشاء محولات الجهد للاتصال ليس فقط بمرحلة واحدة، ولكن لمرحلتين وثلاث مراحل وستة مراحل وحتى مجموعات تفصيلية تصل إلى “24 مرحلة” لبعض محولات تصحيح التيار المستمر.
ما هي مراحل عمل المحولات
إذا تم اعتماد ثلاثة محولات أحادية الطور وربطنا ملفاتها الأولية ببعضها البعض ولفائفها الثانوية ببعضها البعض في تكوين ثابت فيمكن استخدام المحولات في إمداد ثلاثي الطور، كما يتم استخدام ثلاث مراحل لتوليد الطاقة الكهربائية ونقلها وتوزيعها وكذلك لجميع الاستخدامات الصناعية.
تتمتع الإمدادات ثلاثية الطور بالعديد من المزايا الكهربائية مقارنة بالطاقة أحادية الطور وعند النظر في المحولات ثلاثية الطور، يجب التعامل مع ثلاثة جهد وتيارات متناوبة تختلف في زمن الطور بمقدار “120 درجة”.
ويحتوي المحول ثلاثي الطور من ست لفات ثلاثة منها للابتدائي وثلاث للثانوي، كما يمكن توصيل اللفات الموجودة على كل جانب أي الجانب الأساسي والثانوي إمّا في تكوينات دلتا أو نجمة، كما يمكن النظر إلى هذه اللفات على أنّها ملفات منفصلة أحادية الطور، ومن الناحية النظرية يمكن توصيل ثلاثة محولات أحادية الطور لإنشاء محول ثلاثي الطور.
1- ثلاث مراحل الفولتية والتيارات
لا يمكن أن يعمل المحول كجهاز لتغيير الطور وتغيير أحادي الطور إلى ثلاث مراحل أو ثلاث مراحل إلى طور واحد، ولجعل اتصالات المحولات متوافقة مع المستلزمات ثلاثية الطور هناك ضرورة إلى توصيلها معاً بطريقة معينة لتشكيل تكوين محول ثلاثي الطور.
يمكن إنشاء محول ثلاثي الطور أو محول “3φ” إمّا عن طريق توصيل ثلاثة محولات أحادية الطور معاً وبالتالي تشكيل ما يسمى بنك المحولات ثلاثية الطور، أو باستخدام محول ثلاثي الطور واحد مُجمَّع مسبقاً ومتوازن يتكون من ثلاثة أزواج من المحولات أحادية الطور، كما يتم تثبيت ملفات الطور على نواة مغلفة واحدة.
تتمثل مزايا بناء محول أحادي الطور في أنه بالنسبة لنفس تصنيف “kVA” وسيكون أصغر وأرخص وأخف من ثلاثة محولات فردية أحادية الطور متصلة معاً؛ لأنّ قلب النحاس والحديد يستخدمان بشكل أكثر فعالية وطرق توصيل اللفات الأولية والثانوية هي نفسها، سواء باستخدام محول واحد ثلاثي الطور أو ثلاثة محولات أحادية الطور منفصلة.
أولاً: ثلاث وصلات محول المرحلة
يمكن توصيل اللفات الأولية والثانوية للمحول بتكوين مختلف لتلبية أي متطلبات عملياً، وفي حالة ملفات المحولات ثلاثية الطور، هناك ثلاثة أشكال من الاتصال ممكنة: “نجمة” (واي) و”دلتا” (شبكة) و”نجمة مترابطة” أي متعرج.
قد تكون مجموعات اللفات الثلاث مع الدلتا الأساسي المتصل والنجم الثانوي المتصل أو دلتا النجم أو النجم النجمي أو دلتا دلتا اعتماداً على استخدام المحولات، وعند استخدام المحولات لتوفير ثلاث مراحل أو أكثر يُشار إليها عموماً باسم محول متعدد الأطوار.
ثانياً: ثلاثة مراحل تكوينات نجمة المحولات والدلتا
كما تدل كلمة “star” المعروفة أيضاً باسم “Wye” و”delta” المعروفة أيضاً باسم “Mesh” عند التعامل مع وصلات المحولات ثلاثية الطور، بأنّه يحتوي المحول ثلاثي الطور على ثلاث مجموعات من اللفات الأولية والثانوية، واعتماداً على كيفية ترابط هذه المجموعات من الملفات يحدد ما إذا كان الاتصال عبارة عن تكوين نجمي أم دلتا.
إنّ الفولتية الثلاثة المتاحة والتي يتم إزاحتها عن الأخرى بمقدار “120 درجة” كهربائية لم تحدد فقط نوع التوصيلات الكهربائية المستخدمة في كلا الجانبين الأولي والثانوي، ولكنّها تحدد تدفق تيارات المحولات ومع وجود ثلاثة محولات أحادية الطور متصلة ببعضها البعض، كما يختلف التدفق المغناطيسي في المحولات الثلاثة في الطور بمقدار “120 درجة” زمنية، ومع وجود محول واحد ثلاثي الطور هناك ثلاثة تدفقات مغناطيسية في القلب تختلف في المرحلة الزمنية بمقدار “120 درجة”.
تتمثل الطريقة القياسية لتمييز ملفات المحولات ثلاثية الطور في تسمية اللفات الأولية الثلاثة بأحرف كبيرة A وB وC، كما تُستخدم لتمثيل المراحل الفردية الثلاث من الأحمر والأصفر والأزرق ويتم تمييز اللفات الثانوية بأحرف صغيرة a وb وc، حيث يحتوي كل ملف على طرفين يتم تسميتهما عادةً بـ 1 و2 بحيث على سبيل المثال يكون للملف الثاني من الملف الأساسي نهايات سيتم تسميتها B1 وB2.
ثانياً: تكوينات المحولات النجمية والدلتا
تُستخدم الرموز عموماً في المحولات ثلاثية الطور للإشارة إلى نوع أو أنواع الوصلات المستخدمة مع الحالة العلوية Y للتوصيل بالنجم وD للتوصيل بالدلتا وZ للملفات الأولية للنجمة المترابطة، مع الأحرف الصغيرة y وd وz للملفات الثانوية الخاصة بهم، وبعد ذلك سيتم تسمية “Star-Star” باسم Yy وسيتم تسمية “Delta-Delta” باسم Dd وستكون النجمة المترابطة إلى نجم مترابط هي Zz لنفس الأنواع من المحولات المتصلة.
ثالثاً: تحديد لف المحولات
هناك أربع طرق مختلفة يمكن من خلالها توصيل ثلاثة محولات أحادية الطور معاً بين دوائرها الأولية والثانوية ثلاثية الطور، كما يتم تقديم هذه التكوينات القياسية الأربعة على النحو التالي Delta-Delta (Dd) وStar-Star (Yy) وStar-Delta (Yd) وDelta-Star (Dy).
تتميز المحولات الخاصة بتشغيل الجهد العالي مع التوصيلات النجمية بميزة تقليل الجهد على محول فردي ، وتقليل عدد الدورات المطلوبة وزيادة حجم الموصلات، ممّا يجعل لفات الملف أسهل وأرخص في العزل من محولات دلتا.
ومع ذلك يتمتع اتصال دلتا-دلتا بميزة كبيرة واحدة على تكوين دلتا النجم، حيث أنّه إذا حدث خلل أو تعطيل لمحول واحد من مجموعة من ثلاثة، فإنّ المحولين المتبقيين سيستمران في تقديم طاقة ثلاثية الطور بسعة تساوي ما يقرب من ثلثي الناتج الأصلي من وحدة المحولات.
رابعاً: دلتا المحولات واتصالات دلتا
في مجموعة محولات دلتا متصلة (Dd) يكون جهد الخط “VL” يساوي جهد الإمداد “VL = VS”، ولكن يتم إعطاء التيار في كل ملف طور على النحو التالي “1 / √3 × IL” لتيار الخط، حيث “IL” هو الخط الحالي كما أنّ أحد عيوب محولات دلتا ثلاثية الطور المتصلة هو أن كل محول يجب أن يتم لفه لجهد الخط الكامل.
يستلزم العدد الأكبر من المنعطفات في اللف جنباً إلى جنب مع العزل بين المنعطفات وملفاً أكبر وأكثر تكلفة من الوصلة النجمية، وكذلك عيب آخر مع محولات دلتا ثلاثية الطور المتصلة هو أنّه لا يوجد اتصال “محايد” أو مشترك.
في الترتيب النجمي (Yy) و(wye-wye) يحتوي كل محول على طرف واحد متصل بوصلة مشتركة أو نقطة محايدة مع الأطراف الثلاثة المتبقية للملفات الأولية المتصلة بمصدر التيار الكهربائي ثلاثي الطور، كما أنّ عدد المنعطفات في لف المحولات للاتصال بالنجوم هو “57.7 في المائة” من العدد المطلوب لاتصال دلتا.
يتطلب اتصال النجمة استخدام ثلاثة محولات وفي حالة تعطل أي محول أو تعطيله فقد يتم تعطيل المجموعة بأكملها، ومع ذلك فإنّ المحول ثلاثي الطور المتصل بالنجوم مناسب بشكل خاص واقتصادي في أنظمة توزيع الطاقة الكهربائية، حيث يمكن توصيل السلك الرابع كنقطة محايدة و”n” من الثواني الثلاث نجوم المتصلة.
