طراحی ترانسفورماتور کوره
ترانسفورماتورهای کوره‌ای(Furnace Transformers)از تجهیزات حیاتی در صنایع سنگین نظیر فولادسازی، ذوب فلزات و تولید آلیاژها هستند.
این ترانسفورماتورها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که توانایی تحمل جریان‌های بسیار بالا و ولتاژهای نسبتاً پایین را داشته باشند. از آنجا که
فرآیندهای ذوب به شدت ناپایدار و پرنوسان هستند، طراحی دقیق و مهندسی‌شده‌ی ترانسفورماتور کوره نقش مهمی در کارایی، عمر مفید
و ایمنی سیستم دارد.
ویژگی‌های خاص ترانسفورماتورهای کوره
برخلاف ترانسفورماتورهای قدرت یا توزیع که بار آنها تقریباً پایدار است ، ترانسفورماتور های کوره باید در شرایط کاری شدید، از جمله تغییرات
ناگهانی بار، دمای بالا و میدان‌های مغناطیسی قوی، عملکرد مطلوبی داشته باشند. مهم‌ترین ویژگی‌های آنها عبارتند از:
تحمل جریان‌های بسیار بالا (High Current): معمولاً در محدوده چند هزار آمپر.
ولتاژ پایین: اغلب در محدوده چند ده ولت برای الکترودهای کوره.
توان بالا: در حد مگاوات (MW) برای تأمین انرژی گرمایی مورد نیاز ذوب.
تنظیم ولتاژ در چند پله: برای انطباق با مراحل مختلف ذوب و کاهش تلفات.
مراحل طراحی
تعیین مشخصات الکتریکی
طراحی با تعیین مشخصات پایه شروع می‌شود . این مشخصات بر اساس نیاز های کوره و فرآیند صنعتی تعیین می‌گردد . پارامترهای کلیدی
عبارتند از:
توان نامی (Rated Power)
ولتاژ اولیه و ثانویه
تعداد پله‌های ولتاژ در ثانویه
نوع بار (مقاومتی، قوسی، القایی)
انتخاب نوع ترانسفورماتور
دو نوع رایج از ترانسفورماتورهای کوره عبارتند از:
ترانسفورماتور کوره قوسی (Arc Furnace Transformer): برای ذوب فولاد و فلزات سنگین به‌کار می‌رود.
ترانسفورماتور کوره القایی (Induction Furnace Transformer): برای ذوب فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم، مس و برنج.
نوع کوره، ساختار داخلی و شرایط عملکرد تعیین می‌کند که کدام نوع ترانس مناسب‌تر است.
طراحی سیم‌پیچ‌ها
طراحی سیم‌پیچ‌ها با توجه به جریان بالا و تنش الکترومغناطیسی زیاد باید به‌گونه‌ای باشد که گرما به‌خوبی دفع شود و تنش‌های مکانیکی به
حداقل برسد. سیم‌پیچ‌ها معمولاً از مس با سطح مقطع بزرگ و عایق حرارتی قوی ساخته می‌شوند.
در بسیاری از ترانسفورماتورهای کوره‌ای، سیم‌پیچ ثانویه به صورت شمش یا ورق ضخیم طراحی می‌شود تا تلفات اهمی کاهش یابد.
طراحی سیستم خنک‌کننده
به دلیل جریان بالا، تلفات حرارتی قابل‌توجه است. استفاده از سیستم‌های خنک‌کاری مؤثر مانند:
خنک‌کاری با روغن (ONAN یا OFWF)
خنک‌کاری با آب برای سیم‌پیچ‌های ثانویه
امری ضروری است. در بسیاری از موارد، خنک‌کننده‌های خاص با لوله‌های آب‌گرد به سیم‌پیچ ثانویه متصل می‌شوند.
انتخاب کلید تنظیم ولتاژ (Tap Changer)
به‌منظور کنترل بهتر فرآیند ذوب ، اغلب از کلیدهای تنظیم ولتاژ در سمت اولیه استفاده می‌شود . این کلیدها به صورت دستی یا اتوماتیک، در
حالت بی‌باری (Off-load) یا زیر بار (On-load) کار می‌کنند.
طراحی مکانیکی و ایزولاسیون
به دلیل جریان و تنش بالا، طراحی مکانیکی دقیق و استفاده از مواد عایقی با تحمل حرارتی بالا بسیار مهم است. رزین‌های اپوکسی، مقوای
عایق، چوب پرپانچ و سایر مواد مقاوم در برابر دمای بالا کاربرد دارند.
حفاظت و کنترل
ترانسفورماتورهای کوره باید مجهز به سیستم‌های حفاظتی دقیق باشند، از جمله:
حفاظت دمایی (Thermal Protection)
وحفاظت در برابر جریان زیاد (Overcurrent)
حفاظت در برابر فشار روغن یا دمای بیش از حد
همچنین، سیستم کنترل پیشرفته برای مانیتورینگ شرایط عملیاتی و گزارش‌دهی آنی ضروری است.
چالش‌ها و ملاحظات
تلفات انرژی بالا: به دلیل جریان بالا و فاصله زیاد بین الکترودها، تلفات زیادی ایجاد می‌شود که باید در طراحی لحاظ گردد.
تنش‌های مکانیکی: در لحظه‌های ایجاد قوس الکتریکی، نیروهای مکانیکی شدیدی به سیم‌پیچ‌ها وارد می‌شود.
نوسانات فرکانسی: به ویژه در کوره‌های قوسی، باعث ایجاد هارمونیک‌هایی در سیستم می‌شود که فیلترهای مناسب باید پیش‌بینی شوند.
نتیجه‌گیری
طراحی ترانسفورماتور کوره یک فرآیند پیچیده و تخصصی است که نیازمند دانش فنی عمیق در حوزه الکترومغناطیس، حرارت، مواد و مهندسی
برق قدرت می‌باشد. انتخاب صحیح مواد، طراحی دقیق سیم‌پیچ و سیستم‌های خنک‌کننده و حفاظتی، همگی نقش مهمی در تضمین کارایی
و طول عمر این تجهیز حیاتی دارند . در صنایع مدرن ، با پیشرفت تکنولوژی و افزایش تقاضا برای بهره‌وری انرژی ، بهینه سازی طراحی
ترانسفورماتورهای کوره بیش از پیش اهمیت یافته است.
برای مشاوره وخریدبامادرارتباط باشید.
