محاسبات ترانسفورماتور کوره
ترانسفور ماتور کوره یکی از اجزای حیاتی در صنعت فولادسازی و ذوب فلزات است که وظیفه تأمین انرژی الکتریکی لازم برای کوره های قوس الکتریکی
یا قوس کوره های القایی را برعهده دارد. این ترانسفور ماتورها باید قابلیت تحمل جریان‌های بسیار بالا و شرایط خاص عملیاتی را داشته باشند . در این
مقاله، به بررسی اصول و محاسبات مهم ترانسفورماتورهای کوره پرداخته و نکات کلیدی در طراحی و انتخاب آن‌ها را بررسی می‌کنیم.
کوره های قوس الکتریکی (EAF) برای ذوب فلزات به انرژی الکتریکی با ولتاژ پایین و جریان بالا نیاز دارند. ترانسفورماتور کوره وظیفه تبدیل ولتاژ شبکه برق
به ولتاژ پایین مورد نیاز کوره را دارد ، به طوری که جریان های بسیار بالا را به صورت ایمن و پایدار انتقال دهد . به همین دلیل طراحی و محاسبات این
ترانسفورماتورها حساس و پیچیده است.
مشخصات اصلی ترانسفورماتور کوره
ترانسفورماتورهای کوره معمولاً دارای مشخصات زیر هستند:
توان بالا: توان این ترانسفورماتورها از چند مگاوات تا چند صد مگاوات متغیر است.
ولتاژ اولیه بالا: معمولاً ولتاژ ورودی در محدوده 10 تا 36 کیلوولت است.
ولتاژ ثانویه پایین: در حدود 100 تا 1000 ولت.
جریان بالا: جریان‌های خروجی ممکن است به چندین هزار آمپر برسد.
تغییرات بار شدید: جریان و ولتاژ در خروجی ترانسفورماتور به دلیل ماهیت ذوب در کوره، نوسان زیادی دارد.
پارامترهای مهم در محاسبات ترانسفورماتور کوره
برای طراحی ترانسفورماتور کوره، باید چند پارامتر کلیدی را در نظر گرفت:
توان نامی (S): توان ترانسفورماتور معمولاً بر حسب مگاولت آمپر (MVA) مشخص می‌شود.
ولتاژ اولیه و ثانویه (Vp, Vs): ولتاژ ورودی و خروجی ترانسفورماتور که باید با نیاز کوره هماهنگ باشد.
امپدانس ترانسفورماتور (Z%): که تأثیر زیادی بر جریان راه‌اندازی و افت ولتاژ دارد.
جریان نامی (I): بر اساس توان و ولتاژ خروجی تعیین می‌شود.
فرمول‌های پایه به صورت زیر است:
I=S3×VI = \frac{S}{\sqrt{3} \times V}
برای ترانسفورماتورهای سه فاز، جریان خطی برابر است با توان تقسیم بر حاصلضرب جذر 3 و ولتاژ خطی.
محاسبه جریان ثانویه
برای مثال فرض کنید ترانسفورماتوری با توان 40 MVA و ولتاژ ثانویه 400 ولت داریم:
Is=40,000 kVA3×0.4 kV=40,0000.6928≈57,730 آمپرI_s = \frac{40,000 \text{
kVA}}{\sqrt{3} \times 0.4 \text{ kV}} = \frac{40,000}{0.6928} \approx 57,730 \text{ آمپر}
این جریان بسیار بالاست و نشان می‌دهد که ترانسفورماتور کوره باید سیم‌پیچ‌هایی با ضخامت بالا و قابلیت تحمل جریان زیاد داشته باشد.
افت ولتاژ و امپدانس ترانسفورماتور
یکی از نکات مهم در طراحی ترانسفورماتور کوره ، میزان افت ولتاژ است . افت ولتاژ ناشی از امپدانس داخلی ترانسفورماتور باعث کاهش ولتاژ در خروجی
می‌شود که می‌تواند عملکرد کوره را تحت تأثیر قرار دهد.
امپدانس معمول ترانسفورماتور کوره در حدود 10 تا 15 درصد است. محاسبه افت ولتاژ:
ΔV=I×Z\Delta V = I \times Z
که در آن ZZ امپدانس خطی است.
برای حفظ ولتاژ خروجی در محدوده مجاز، باید این افت ولتاژ حداقل شود.
اثر بار غیرخطی و تغییرات لحظه‌ای
کوره‌های قوس الکتریکی بار غیرخطی و پرنوسانی دارند که باعث ایجاد جریان‌های هارمونیکی و تغییرات لحظه‌ای ولتاژ می‌شود. در محاسبات ترانسفورماتور
کوره باید به موارد زیر توجه کرد:
توان راکتیو بالا: نیاز به ترانسفورماتورهایی با قابلیت تحمل توان راکتیو زیاد.
حرارت ناشی از جریان‌های هجومی: جریان‌های لحظه‌ای زیاد می‌تواند به هسته و سیم‌پیچ آسیب برساند.
بنابراین در طراحی باید از هسته‌های مخصوص با هدر رفت کم و سیم‌پیچ‌های مقاوم استفاده شود.
تلفات و خنک‌کاری ترانسفورماتور کوره
به دلیل جریان‌های بالا، تلفات اهمی و هیسترزیس ترانسفورماتور کوره نیز زیاد است که باعث افزایش دما می‌شود. سیستم‌های خنک‌کاری روغنی یا آبی
برای حفظ دمای مناسب اجزای ترانسفورماتور ضروری است.
نتیجه‌گیری
محاسبات و طراحی ترانسفورماتور کوره، به دلیل نیاز به جریان‌های بالا و شرایط عملیاتی سخت، بسیار حساس است. تعیین دقیق جریان، ولتاژ، امپدانس و
سیستم خنک‌کاری از مهم ترین مراحل طراحی به شمار می‌آید . رعایت این اصول باعث افزایش طول عمر ترانسفورماتور و عملکرد بهینه کوره های قوس
الکتریکی می‌شود.
برای مشاوره وخریدبامادرارتباط باشید.
