توصيل المحولات الكهربائية أحادية الطور، وثلاثية الأطوار

وصف الموقف التعليمي التعلمي: لدى مقاول شبكات كهربائية مجموعة محولات، جهودها التشغيلية لا تناسب الأحمال المراد تشغيلها، طلب من ورشة لصيانة المحولات الكهربائية توصيل هذه المحولات للحصول على جهود وتيارات مناسبة؛ لتشغيل هذه الأحمال.

1. أبين التوصيلات المختلفة للمحولات أحادية الطور.
2. أذكر إيجابيات التوصيلات المختلفة للمحولات، وسلبياتها.
3. أبين التوصيلات المختلفة للمحولات ثلاثية الأطوار.

تظهر الحاجة في بعض التطبيقات لتوصيل الملفات الابتدائية والثانوية للمحولات أحادية الطور، أو ثلاثية الأطوار بعضها مع بعض؛ للحصول على خواص تشغيلية تلبي احتياجات الأحمال الكهربائية المختلفة، حيث تخضع طريقة توصيل أطراف المحولات إلى مواصفات توافقية بين المحولات المراد توصيلها، واعتبارات متعلقة بطبيعة الأحمال المرتبطة بالدارة، أو الشبكة الكهربائية.

• تطابق القطبية لكلا المحولين.
• تساوي الممانعة لكلا المحولين.
• تساوي نسبة التحويل.

تعتمد طريقة توصيل المحولات الكهربائية على الجهود التشغيلية المقننة لهذه المحولات، وعلى جهد المصدر، وعلى جهد وتيار الأحمال المراد تغذيتها.

1. توصيل محولين توالي – توالي.

2. توصيل محولين توازي – توالي:

3. توصيل محولين توالي – توازي:

4. توصيل محولين توازي - توازي:

هناك عدة طرق لتوصيل أطراف ملفات المحولات الكهربائية ثلاثية الأطوار، حيث تعتمد طريقة توصيل أطراف المحولات على عدة عوامل، هي:

• طبيعة الشبكة الكهربائية وخواصها، مثل عدد الخطوط المستخدمة في الشبكة.
• موقع المحول الكهربائي في الشبكة، والجهد المقرر.
• طبيعة الأحمال المتصلة بالمحول.

1. توصيلة ستار ⁦(Y)⁩ – ستار ⁦(Y)⁩:

$V_{\phi pri} = \frac{V_{Lpri}}{\sqrt{3}}$ $V_{\phi sec} = \frac{V_{Lsec}}{\sqrt{3}}$

نسبة التحويل: تُعطى نسبة التحويل لهذا النوع من المحولات بالعلاقة الآتية: $\frac{V_{Lpri}}{V_{Lsec}} = \frac{V_{\phi pri}}{V_{\phi sec}} = a$

$V_{Lpri}$: جهد الخط عند الملف الابتدائي

$V_{\phi pri}$: جهد الطور عند الملف الابتدائي

• يكثر استخدام هذه الطريقة في خطوط نقل القوى الكهربائية ذات الجهد المرتفع؛ لأن جهد كل ملف ($V_{\phi}$) يساوي $\frac{V_L}{\sqrt{3}}$، ثم تكون العوازل عند أطراف التوصيل أقل تكلفة.
• عدد لفات كل طور قليل مقارنة بتوصيلة ($\Delta$)، لإنتاج الفيض المغناطيسي نفسه؛ لأن جهد الطور ($V_{\phi}$) يساوي 57.7% من جهد الخط ($V_L$).
• يمكن تغذية أحمال أحادية الطور.
• من عيوب هذه الطريقة أنها تعاني من عدم استقرار الجهود عند عدم اتزان الأحمال؛ لذلك تُعد قليلة الاستعمال مقارنة بطرق توصيل المحولات الأخرى.

2. توصيلة دلتا ($\Delta$) – دلتا ($\Delta$):

$V_{\phi pri} = V_{Lpri}$ $V_{\phi sec} = V_{Lsec}$ نسبة التحويل: تُعطى نسبة التحويل لهذا النوع من المحولات بالعلاقة الآتية: $\frac{V_{Lpri}}{V_{Lsec}} = \frac{V_{\phi pri}}{V_{\phi sec}} = a$

• يكثر استخدام هذه الطريقة في خطوط نقل القوى الكهربائية ذات الجهود المنخفضة، والتيار المرتفع؛ لأن جهد كل ملف ($V_{\phi pri}$) يساوي ($V_L$)، وتيار الطور ($I_{\phi}$) يساوي 57.7% من تيار الخط ($I_L$)، وعليه تكون مساحة مقطع ملفاته أقل.
• مستوى العزل فيه يكون مرتفعاً؛ ما يزيد من التكلفة.

3. توصيلة ستار ⁦(Y)⁩ – دلتا ($\Delta$):

$V_{\phi pri} = \frac{V_{Lpri}}{\sqrt{3}}$ $V_{\phi sec} = V_{Lsec}$

نسبة التحويل: تُعطى نسبة التحويل لهذا النوع من المحولات بالعلاقة الآتية: $\frac{V_{Lpri}}{V_{Lsec}} = \frac{\sqrt{3} V_{\phi pri}}{V_{\phi sec}} = \sqrt{3} a$

تُستخدم هذه الطريقة في محولات خفض الجهد ⁦(Step-Down Transformers)⁩، وتمتاز باستقرار الجهود عند عدم اتزان الأحمال.

4. توصيلة دلتا ($\Delta$) – ستار ⁦(Y)⁩:

$V_{\phi pri} = V_{Lpri}$ $V_{\phi sec} = \frac{V_{Lsec}}{\sqrt{3}}$

نسبة التحويل: تُعطى نسبة التحويل لهذا النوع من المحولات بالعلاقة الآتية: $\frac{V_{Lpri}}{V_{Lsec}} = \frac{V_{\phi pri}}{\sqrt{3} V_{\phi sec}} = \frac{a}{\sqrt{3}}$

تُستخدم هذه الطريقة في محولات رفع الجهد ⁦(Step-Up Transformers)⁩، وتمتاز أيضاً باستقرار الجهود عند عدم اتزان الأحمال.

1. ما شروط توصيل المحولات الكهربائية؟
2. علام تعتمد طريقة توصيل ملفات المحولات ثلاثية الأطوار؟
3. ما ميزات استخدام توصيل توصيلة ستار ⁦(Y)⁩ – ستار ⁦(Y)⁩؟
4. ما ميزات استخدام توصيل توصيلة دلتا ($\Delta$) – دلتا ($\Delta$)؟