رآکتور کوره القایی

رآکتور1 ( چوک2)

رآکتـور، چـوک و یـا لینـک DC3 ، در واقـع عامـل ارتبـاط بیـن واحد هـای یکسوسـاز و اینورتـر کـورە  القایی اسـت و وظیفه اصلـی آن در کوره های القایـی موازی، ایجـاد یـک منبـع جریـان DC ، در ورودی اینورتـر می باشـد کـه در هنـگام اسـتارت کـوره از کشـیدن شـدن جریان هـای هجومـی توسـط کویـل جلوگیـری کرده و در زمـان بهره بـرداری، پیوسـته از نوسـانات جریـان می کاهـد. همچنیـن یـک تأثیـر مهـم اسـتفاده از لینک هـای DC ، فیلترکـردن جریـان خروجـی یکسوسـاز از هارمونیک هـای فرکانـس بـالا اسـت کـه ایـن امـر در میزان کیفیت تـوان کشیده شـده از کویـل و در جلوگیری از صدمـات الکتریکی وارد شـده بر تأسیسـات برقی کوره بسـیار موثر اسـت.

سـه مشـخصه اساسـی در سـاخت و طراحـی یـک رآکتور کوره القایی ، اندوکتانـس4 ، جریـان (تـوان) و ولتـاژ دو سـر آن می باشـند. اندوکتانـس یـک لینـک DC مهمتریـن مشـخصه الکتریکـی آن اسـت کـه معیـاری از قـدرت سـلفی آن می باشـد و در زمان اسـتارت در بالاتریـن میزان خود بـوده و با گذر زمان و اشـباع تدریجی هسـته به مـرور افـت میکنـد.

لینک هـای DC به لحـاظ میـزان تغییرپذیـری در مقـدار اندوکتانـس خـود در دو دسـته طبقه بنـدی می گردنـد، لینک هـای سـاده (بـدون پلـه) و لینک هـای پلـه دار5.  اندوکتانـس لینـک DC بـدون پلـه در هنـگام اسـتارت در بالاتریـن میزان خود بوده و پس از اسـتارت سـیر کاملا ً نزولی را طی کـرده و نهایتا به صفـر میل میکند. درحالی کـه در لینـک DC پلـه دار پـس از اسـتارت کـوره و سـیر کاهشـی اندوکتانس، رونـد نزولی پس از مدتـی متوقف شـده و در یک بازه جریانی مشـخص تثبیت می گـردد کـه پـس از افزایـش جریـان خـارج از بازه یاد شـده مجدداً به سـیر نزولـی خود ادامـه می دهد.

به لحاظ ساختاری، عمده تفاوت دو نوع رآکتور کوره القایی یاد شده در طراحی هسته های آنها است.

با فاصله هوایی پله دار (دو پله) DC لینک

با فاصله هوایی یکنواخت DC لینک

جدا از تقسیم بندی لینک های DC به دو نوع ساده و پله دار، آن ها را به لحاظ ساختار و نحوۀ مونتاژ میتوان در چند گروه تقسیم بندی نمود که در ادامه به توضیح مزایا و معایب هر کدام خواهیم پرداخت.

لینک DC درون هسته با کویل هلیکال6

در لینک های DC درون هسـته هلیکال، هسـته لینک متشـکل از دو سـتون و دو یـوغ اسـت و فواصـل هوایـی در مسـیر سـتون ها تعبیـه شـده اند و سـتون های هسـته لینـک از داخـل کویل هـا عبـور می کننـد. در ایـن طرح، کویل هـا نیـز در یک یـا دو لایه به صـورت هلیکال و پیوسـته پیچیده شـده و از نقـاط مشـخصی از آن هـا ورودی و خروجی هـای آب منشـعب شـده اند. مزیـت عمـده این دسـته از لینک هـا، هزینه هـای پایین مواد اولیه و سـاخت آنهـا اسـت. امـا در عین حـال عدم قابلیت آنهـا در دمونتاژ کـردن و انجام تعمیـرات به هنـگام خرابـی هریـک از بخش هـای هسـته و کویـل، از نقـاط ضعـف اصلـی ایـن نـوع از لینک هـا به شـمار میروند و عملا بهره بـردار را به هنـگام خرابی هـای پیش بینی نشـده دچـار توقـف میکنـد.
بیشـتر لینک هـای DC و یا رآکتور کوره القایی سـاخت سـازندگان کـورۀ القایـی تـرک و شـرکت الکتروتـرم هنـد از ایـن نـوع می باشـند.

Choke-01
Reactor-4

لینک DC بیرون هسته با کویل متقاطع7

این دسـته از لینک هـای DC همان گونـه که از نامشـان پیداسـت، متشـکل از کویل هـای پیچیده شـده به صـورت متقاطـع و چندلایـه و هسـته چیده شـده به صـورت مجـزا هسـتند، به گونـه ای کـه هیـچ اتصـال و درهم تندیگـی فیزیکـی بیـن هسـته و کویـل وجود نـدارد.

مزیـت عمـدۀ ایـن لینک هـا، قابلیـت جایگزینـی کویـل معیـوب بـا کویـل یدکـی در صـورت بـروز خطـا در کویل هـای لینـک اسـت. به عبـارت دیگر در صـورت داشـتن کویـل یـدک، زمـان تعمیـرات و راه اندازی مجـدد لینک به هنـگام خرابـی، به میـزان قابل ملاحظـه ای کاهـش می یابد و ایـن موضوع بـا توجـه به  اینکـه در اکثـر مـوارد عملکـرد یک سـت کامـل کـوره القایی ـ شـامل دو یـا چنـد بوتـه ـ تمامـا وابسـته بـه وجود یـک دسـتگاه لینک DC می باشـد، اهمیـت ویـژه ای دارد.

در کنـار مزیـت مذکـور در خصـوص ایـن طـرح از رآکتور کوره القایی  ، حجـم بـالای مـواد مصرفـی شـامل مـس، هسـته و عایـق و طبیعتـا بـالا بـودن هزینه هـای سـاخت و نیـز حجـم و ابعاد بـزرگ لینـک از معایب اسـتفاده از لینک هـای DC بیرون هسـته بـا کویـل متقاطـع هسـتند.

اسـتفاده از ایـن نـوع لینک هـای DC نـزد سـازندگان کوره هـای آلمانـی، از محبوبیـت بیشـتری برخوردار اسـت.

لینک DC درون هسته با کویل متقاطع8

لینک هـای DC درون هسـته بـا کویـل متقاطـع، از کویل هـای متقاطـع چندلایـه و هسـته داخلـی تشـکیل شـده اند. در واقـع این نـوع از لینک های DC یا رآکتور کوره القایی  ترکیبـی از دو طـرح قبلـی اشاره شـده هسـتند.

در ایـن طـرح از لینک هـای DC خرابـی بخش کویـل به سـبب داشـتن سـاختار پیچیـده، در صـورت وجـود ضعـف و یـا اسـتهلاک در بخش عایقی آن، محتمل  تر بـوده و با توجـه بـه درهم تنیدگـی فیزیکی بین کویل و هسـته، انجـام تعمیـرات و یـا تعویـض واحـد آسـیب دیده، مسـتلزم دمونتـاژ کـردن لینـک و صـرف زمـان بیشـتری خواهـد بود.

درکنـار نقطه ضعـف مذکـور در خصـوص این دسـته از لینک هـای DC سـاختار چند سـلولی کویـل، ایـن امـکان را فراهـم مـی آورد کـه در صـورت وقـوع اتصـال و خرابـی در هریـک از واحدهای کویـل، واحد آسـیب دیده را بـا نمونه یدکـی جایگزیـن کـرده و از تعویـض کل کویل معیـوب و صرف هزینه هـای بـالا جلوگیـری نمـود. همچنیـن این طـرح از رآکتور کوره القایی ، به سـبب سـاختار متراکـم در بخـش کویـل، از طـول هسـته کمتـری در مقایسـه با سـایر انـواع لینک هـا برخوردارند کـه این موضـوع موجب صرف هزینـه کمتـر برای سـاخت هسـته می شـود و نیـز منجر به کاهـش حجم و ابعـاد کلـی لینـک میگردد.

بیشتر لینک های DC به کاررفته در ساختار کوره های چینی از این نوع هستند.

Choke-C
Mega-01

لینک DC هسته I با کویل متقاطع9

 در ایـن نـوع از رآکتور کوره القایی ، کویل هـای لینـک به صـورت متقاطـع و چندلایـه هسـتند کـه بـر روی یـک هسـته نا تمـام به شـکل I قـرارداده شـده اند. منظـور از هسـته ناتمـام، هسـته مغناطیسـی اسـت که مسـیر مدار شـار مغناطیسـی تولیـدی توسـط کویل هـای آن از دو مسـیر سری شـده از جنـس فـولاد مغناطیسـی ـ به شـکل I ـ و هـوا تشـکیل شـده اسـت. وجود هسـته مغناطیسـی در بخشـی از مسیر عبور شـار سـبب افزایش اندوکتانس لینـک در مقایسـه بـا لینک هـای هسـته تمامـا هوایـی می گـردد. همچنین وجـود مسـیر هوایـی در مـدار شـار عبـوری از هسـته آن نیز سـبب افزایش سـطح اشـباع هسته در مقایسـه با لینک های DC با هسـته تماما مغناطیسی می گـردد و میتـوان گفـت در ایـن نـوع از لینک هـای DC به نوعـی تعـادل بیـن بالا بـودن میـزان اندوکتانس لینک و حداکثر جریان اشـباع مغناطیسـی در مقایسـه بـا سـایر انـواع دیگـر لینک ها ایجاد شـده اسـت.

در کنـار مـوارد مذکـور در خصـوص لینک هـای DC هسـته I بـا کویـل متقاطـع کـه هـم به نوعـی مزیـت و هـم عیـب آن محسـوب می شـود، مشـابه DC درون هسـته بـا کویـل متقاطع، وقـوع خرابی و اتصـال در بخش کویل هـای ایـن دسـته از لینک هـا امـری نسـبتا شـایع اسـت.
لینک هـای DC به کاررفتـه در سـاختار کوره هـای القایـی سـاخت شـرکت مگاتِرم هنـد عمدتـا از ایـن نوع هسـتند.

رآکتور هسته هوایی با کویل متقاطع10

رآکتورهـای هسـته  هوایی بـا کویل متقاطع کـه عموما با عنـوان رآکتورهای محدودکننـده جریـان (CLR11) از آنها یاد می شـود، متشـکل از یک کویل متقاطـع چندلایـه بـدون هسـته مغناطیسـی هسـتند و عمدتـا در کوره های القایـی سـری بیـن یکسوسـاز و اینورتـر ـ و عمومـا در مسـیر بـاس منفی ـ نصـب می شـوند. از آن جـا کـه کاربـرد و دلایـل اسـتفاده از ایـن رآکتورهـا قـدری متفـاوت بـا لینک هـای DC مـورد اسـتفاده در کوره هـای القایـی مـوازی اسـت، به جهـت ایجـاد تمایـز بیـن آن هـا بیشـتر از واژه   “رآکتـور”   به جـای “لینـک DC” بـرای اشـاره بـه ایـن نـوع اسـتفاده می گردد.

ایـن رآکتورهـا کـه در مقایسـه بـا رآکتور کوره القایی مـوازی، اندوکتانـس به مراتب کمتـری (معمـولا زیر یک میلی هانـری) دارنـد و عـلاوه بـر کاهـش ریپـل ولتـاژ خروجـی یکسوسـاز، از جریان هـای هجومـی جاری شـده در عناصـر حسـاس الکتریکـی و الکترونیکـی یکسوسـاز که ناشـی از وقوع اتصال کوتاه در سـمت بار اسـت، بـا متوقف کـردن فرمـان آتـش تریسـتورها جلوگیـری می کننـد. عـلاوه بـر مـوارد یاد شـده عمـل تخلیه انـرژی ذخیره شـده در خازن هـای مـدار قدرت کـوره نیـز بـا کمـک ایـن رآکتورهـا انجام می شـود.
بـرای بالابـردن قابلیـت اطمینـان در عایق بنـدی ایـن دسـته از رآکتورهـا، پـس از سـاخت کویـل، آن هـا را به طورکامـل بـا انجـام فرآینـد رزین ریزی، به لحـاظ الکتریکـی ایزولـه می کننـد. همچنیـن گاه بـرای افزایـش انـدک میـزان اندوکتانـس این نوع از رآکتورها بدون اسـتفاده از هسـته مغناطیسـی مـورق، از گوی هـای مغناطیسـی غنی شـده درون رزیـن آن هـا اسـتفاده می شـود.

ایـن رآکتورهـا عمدتـا در مـدار قـدرت کوره هـای القایـی سـری سـاخت شـرکت اینداکتوتـرم مـورد اسـتفاده قـرار می گیرنـد.

CLR
Comotation

کویل کموتاسیون11

کویـل کموتاسـیون کـه گـه گاه از آن بـا عنوان کویـل di/dt نیز یاد می شـود، شـامل یـک کویـل هلیـکال عموما تک ردیفه و کوتاه اسـت که از مقطع آبروی مسـی سـاخته شـده اسـت و متناسـب بـا تـوان عبـوری از تجهیـزات مـدار قدرت کـوره بـرای حفاظت آن هـا در برابـر اضافه جریان هـای گـذرا مـورد اسـتفاده قـرار میگیرد.

کویل هـای کموتاسـیون کـه سـاختار بسـیار سـاده ای دارنـد در اکثـر کوره هـای القایی ـ بسـته بـه نـوع حفاظـت در نظر گرفته شـده در طراحـی ـ در نقاطـی از مدار قـدرت کوره نصـب می گردند.

ترانسفورماتور فرکانس بالا  (HF12) کورە القایی

ترانسـفورماتورهای HF مـورد اسـتفاده در کوره هـای القایـی به عنـوان ترانسـفورماتور افزاینـده در خروجـی اینورتـر و میانه تانـک تشـدید کـورۀ القایـی ـ عمدتـا در کوره هـای توان پاییـن و ولتاژ پاییـن ـ به منظـور افزایـش ولتـاژ دو سـر کویـل و به تبـع آن کاهـش جریـان کشیده شـده از مدار قدرت کوره مـورد اسـتفاده قـرار می گیرنـد.

 ترانس هـای HF درکنـار کاهـش جریـان کشیده شـده توسـط تانک تشـدید، یـک ایزولاسـیون الکتریکی بیـن سـخت افزارهای کورۀ القایی در سـمت بار و در سـمت منبـع تأمیـن تـوان کوره ایجـاد می کنند تـا وقوع اتصـال و خطا در سـمت بـار به صـورت الکتریکـی به سـمت مدار قدرت تسـری پیـدا نکند کـه ایـن باعث حفاظت بیشـتر تجهیزات الکتریکـی بکاررفتـه در مدار قدرت
کـورۀ القایی می شـود. ایـن مورد تا حدودی مشـابه بخشـی از عملکرد لینک DC در حفاظـت از جریان هجومی اسـت.

اگرچـه کاربـرد ترانسـفورماتورهای HF به طـور کامـل مشـابه لینک هـای DC نیسـت ولـی بـه لحـاظ سـاختار و اجزای تشـکیل دهنده، بسـیار مشـابه لینک هـای DC می باشـد.

به طـور کلـی ترانسـفورماتورهای HF ، شـامل دو کویـل آبگـرد در سـمت اولیـه و ثانویـه هسـتند کـه مشـابه ترانس هـای تروئیـدال13 حـول هسـته چنبـره ای پیچیـده شـده اند و بـرای تثبیـت سـاختار و نیـز ایزولاسـیون پشـتبیان، هماننـد رآکتـور هسـته هوایـی بـا کویل متقاطـع، پس از سـاخت، تحـت فرآینـد رزین ریـزی، ایزولـه می شـوند.

ترانسـفورماتورهایHF عمدتـا در سـاختار کوره هـای القایـی تنـاژ پاییـن سـاخت شـرکت اینداکتورتـرم مـورد اسـتفاده قـرار می گیرنـد.

Reactor-6

1- Reactor

2- Choke

3- DC Link

4- Inductance

5- Stepped Air Gap (DC Links)

6- Inner Core & Helical Type Coil

7- Outer Core & Crossover Type Coil

8- Inner Core & Crossover Type Coil

9- I” Core & Crossover Type Coil“

10- Air Core & Crossover Type Coil

11- Commutation Coil

12- High Frequency

13- Toroidal