طراحی ترانسفورماتور کوره
ترانسفورماتورهای کوره‌ای (Furnace Transformers) از تجهیزات اساسی در صنایع فولادسازی، ذوب فلزات و تولید آلیاژها محسوب می‌شوند. این ترانس‌ها با هدف تحمل جریان‌های بسیار بالا و ولتاژهای پایین
طراحی می‌شوند و به دلیل ماهیت ناپایدار فرآیند ذوب، طراحی دقیق آن‌ها اهمیت فراوانی در افزایش عمر مفید، کاهش تلفات و حفظ ایمنی سیستم دارد. به همین دلیل، طراحی ترانسفورماتور کوره یکی از مراحل
مهم در فرآیند تولید تجهیزات صنعتی سنگین به شمار می‌رود.
ویژگی‌های مهم ترانسفورماتور کوره در صنایع ذوب
ترانسفورماتور کوره نسبت به ترانسفورماتورهای توزیع یا قدرت معمولی شرایط سخت‌تری دارد. این تجهیزات باید توان تحمل تغییرات ناگهانی بار، حرارت بالا و میدان‌های مغناطیسی قوی را داشته باشند. توان نامی
آن‌ها اغلب در حد مگاوات است، جریان ثانویه می‌تواند به چند هزار آمپر برسد و ولتاژ ثانویه در محدوده چند ده ولت قرار گیرد. علاوه بر این، قابلیت تنظیم ولتاژ در چند پله یکی از ویژگی‌های کلیدی این نوع
ترانسفورماتورهاست که امکان سازگاری با مراحل مختلف ذوب را فراهم می‌کند.
مراحل طراحی و ساخت ترانسفورماتور کوره‌ای
تعیین مشخصات الکتریکی
طراحی ترانسفورماتور کوره با تعیین پارامترهای الکتریکی آغاز می‌شود. توان نامی، ولتاژ اولیه و ثانویه و تعداد پله‌های ولتاژ از مهم‌ترین مشخصات هستند. نوع بار نیز بر طراحی اثر می‌گذارد؛ زیرا بار مقاومتی، قوسی
یا القایی هر کدام شرایط متفاوتی ایجاد می‌کنند.
انتخاب نوع ترانسفورماتور کوره
دو نوع اصلی ترانس کوره‌ای وجود دارد. ترانسفورماتور کوره قوسی (Arc Furnace Transformer) برای ذوب فولاد و فلزات سنگین به کار می‌رود، در حالی که ترانسفورماتور کوره القایی (Induction
Furnace Transformer) بیشتر برای فلزات غیرآهنی مانند مس و آلومینیوم استفاده می‌شود. انتخاب بین این دو به فرآیند صنعتی و نوع کوره بستگی دارد.
طراحی سیم‌پیچ‌ها در ترانس کوره‌ای
سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور کوره باید به گونه‌ای طراحی شوند که جریان‌های بالا و تنش‌های مکانیکی ناشی از قوس الکتریکی را تحمل کنند. به همین دلیل معمولاً از مس با سطح مقطع زیاد و عایق حرارتی مقاوم
استفاده می‌شود. در بسیاری از موارد، سیم‌پیچ ثانویه به صورت شمش یا ورق ضخیم طراحی می‌شود تا تلفات اهمی کاهش یابد.
طراحی سیستم خنک‌کننده ترانسفورماتور کوره
به دلیل جریان بالا و حرارت شدید، وجود سیستم خنک‌کننده کارآمد ضروری است. رایج‌ترین روش‌ها شامل خنک‌کاری روغنی (ONAN یا OFWF) و خنک‌کاری با آب برای سیم‌پیچ‌های ثانویه است. در بارهای سنگین‌تر،
لوله‌های آب‌گرد به طور مستقیم به سیم‌پیچ‌ها متصل می‌شوند تا دما بهتر کنترل شود.
انتخاب کلید تنظیم ولتاژ
ترانسفورماتور کوره معمولاً مجهز به کلید تنظیم ولتاژ یا Tap Changer در سمت اولیه است. این کلیدها می‌توانند دستی یا اتوماتیک باشند و به صورت بی‌باری یا زیر بار عمل کنند. استفاده از این کلیدها به
بهینه‌سازی فرآیند ذوب و افزایش راندمان ترانسفورماتور ذوب فلزات کمک زیادی می‌کند.
حفاظت و سیستم کنترل ترانسفورماتور کوره
برای اطمینان از عملکرد ایمن، ترانس کوره‌ای باید به سیستم‌های حفاظتی مجهز باشد. مهم‌ترین آن‌ها شامل حفاظت دمایی، حفاظت در برابر جریان زیاد و حفاظت فشار روغن است. علاوه بر این، سیستم‌های
کنترلی پیشرفته و مانیتورینگ دیجیتال امکان بررسی لحظه‌ای شرایط کاری ترانسفورماتور را فراهم می‌کنند و از آسیب‌های احتمالی جلوگیری می‌نمایند.
چالش‌های طراحی ترانسفورماتور کوره‌ای
ترانسفورماتورهای کوره با چالش‌های متعددی روبه‌رو هستند. از جمله این موارد می‌توان به تلفات انرژی بالا به دلیل فاصله زیاد الکترودها، نیروهای مکانیکی شدید هنگام ایجاد قوس الکتریکی و ایجاد
هارمونیک‌ها و نوسانات فرکانسی اشاره کرد. طراحان باید برای کاهش این مشکلات از فیلترها و ساختار مکانیکی مقاوم استفاده کنند تا طول عمر ترانسفورماتور افزایش یابد.
جمع‌بندی طراحی ترانسفورماتور کوره
طراحی ترانسفورماتور کوره یک فرآیند پیچیده و چندبخشی است که نیازمند دانش تخصصی در حوزه برق قدرت، حرارت و مواد است. استفاده از سیم‌پیچ‌های مقاوم، سیستم خنک‌کننده پیشرفته و حفاظت مطمئن،
همگی نقش مهمی در بهبود عملکرد این تجهیزات دارند. در صنایع مدرن، با افزایش تقاضا برای بهره‌وری انرژی، بهینه‌سازی طراحی ترانسفورماتورهای کوره بیش از گذشته اهمیت پیدا کرده است.
