يتكون المحول ثلاثي الطور من ثلاثة محولات أحادية الطور إما منفصلة أو مدمجة في قلب واحد. يمكن توصيل كلٍ من الطرف الأولي والثانوي للمحول بشكل مستقل إما بشكل نجمة (Star) أو دلتا(Delta).
ويعتمد اختيار نوع توصيل المحولات على عوامل مختلفة مثل وجود السلك المحايد، وتوفر مسار لمرور التوافقيات الثالثة، وغيرها من العوامل. تم شرح الأنواع المختلفة من توصيلات المحولات ثلاثية الطور مع مميزات وعيوب كل طريقة في هذا المقال بالتفصيل.
توصيلة نجمة-نجمة (Y-Y)
يستخدم توصيل نجمة-نجمة (ستار-ستار) (Star-Star (Y-Y)) بشكل عام للمحولات الصغيرة عالية الجهد. وتكون الملفات الأولية والثانوية متصلة بشكل نجمي مع وجود المحايد.
المميزات
- تتطلب عدد قليل من اللفات في كل طور مقارنة بالمحول الموصل دلتا، وذلك لأنه في حالة توصيل ستار يكون جهد الطور مساوي 3√/1 من جهد الخط أي 58% من جهد الخط وبالتالي يتطلب عدد أقل من الللفات. كما أن الضغط على العزل أقل. وهذا يجعلها اقتصادية التكلفة.
- يكون الجهد في الجانب الاولي والثانوي بنفس الطور (in phase) ولا يوجد بينهم إزاحة في الطور (phase displacement). هذه الميزة مهمة عندما تُستخدم المحولات لربط أنظمة الجهد المختلفة.
- يمكنها التعامل مع أحمال ثقيلة: بسبب اتصال ستار فإن تيار الطور هو نفسه تيار الخط. ومن ثم يجب أن تحمل اللفات تيارات عالية. هذا يجعل المقطع العرضي للفات كبيرًا. وبالتالي فإن اللفات قوية ميكانيكيًا ويمكن أن تتحمل أحمال كبيرة وتيارات القصر.
- توفر نظام ثلاثي الطور ذو الأربعة أسلاك حيث يكون السلك الرابع هو المحايد، وبفضل هذا يمكنها تغذية أحمال أحادية الطور من محول ثلاثي الطور. وتوفر جهدين مختلفين جهد خط إلى المحايد وجهد الخط للخط.
- قيمة السعة Capacitance بين الملفات تكون كبيرة نسبيًا، وذلك لكبر حجم الموصلات، مما ينتج عنه صغر قيمة ال impedance Surge، وهذا يؤدى إلى زيادة تحمل المحول للتغيرات في الجهد نتيجة عمليات فتح وغلق القواطع، أو نتيجة البرق.
العيوب
- توصيلة Y-Y غير ملائمة مع الأحمال غير المتزنة في حالة عدم وجود سلك المحايد. إذا كان المحايد غير متصل، فإن جهد الطور يصبح غير متوازن بشدة عندما يكون الحمل غير متزن. وتصبح نقطة التعادل غير مستقرة.
- يظهر فيها التوافقية الثالثة (third harmonic) بشكل كبير، وتتسبب بحدوث زيادة في الجهد voltage Over عند انخفاض الأحمال.
يمكن حل مشاكل الأحمال غير المتزنة و التوافقيات الثالثة بتأريض نقطة المحايد وإضافة (tertiary windings).
توصيلة دلتا-دلتا (Δ-Δ)
توصيلة دلتا-دلتا (Delta-Delta (Δ-Δ)) تستخدم بشكل عام للمحولات الكبيرة ذات الجهد المنخفض. وتكون ملفات الجانب الأولي والثانوي متصلة بشكل دلتا.
الميزات
- ملائم للأحمال المتزنة والغير متزنة.
- في حالة وجود التوافقيات الثالثة، فإنها تدور في مسار مغلق وبالتالي لا تظهر في موجة جهد الخرج.
- جهد الطور هو نفس جهد الخط وبالتالي يكون للملف عدد أكبر من اللفات. لكن تيار الطور يساوي 58% من تيار الخط. ولذا يكون مقطع أسلاك اللفات صغير و كمية نحاس أقل. وهذا يجعلها اقتصادية لمحولات الجهد المنخفض والتيارت العالية.
- الجهد في الجانب الأولي والثانوي بنفس الطور (in phase).
- إذا كان المحول من النوع (bank) أي مكون من ثلاثة محولات أحادية الطور، في حالة فشل أحد المحولات، سيستمر المحولان المتبقيان في توفير الطاقة ثلاثية الطورـ ويُسمى هذا التوصيل (open delta).
العيوب
- نظرًا لعدم وجود نقطة محايدة، فهي غير مناسبة لنظام ثلاثي الطور ذو الأربعة أسلاك.
- أضعف المحولات في تحمل الجهود الميكانيكية بسبب صغر مساحة مقطع الموصل
- الاجهاد الكهربي على عوازله أكبر ما يمكن.
هذا النوع من التوصيل غير شائع ونادر الاستخدام.
توصيلة دلتا-نجمة (Δ-Y)
في توصيلة دلتا-نجمة (دلتا-ستار) (Delta-Star (Δ-Y)) يتم توصيل ملفات الجانب الأولي بشكل دلتا والملف الثانوي متصل بشكل نجمة مع محايد. وبالتالي يمكن استخدامه لتوفير نظام ثلاثي الطور بأربعة أسلاك.
وهذا التوصيل تعد الأكثر استخدامًا. ويستخدم هذا النوع من التوصيل بشكل أساسي في المحولات الرافعة في بداية خط النقل.
الميزات
- يتوفر المحايد في الجانب الثانوي، حيث يمكن استخدامه مع الأحمال أحادية الطور
- لا يوجد تشويه بسبب مكونات التوافقية الثالثة، لأن تيارات التوافقية الثالثة في الجهد القادم من المصدر يظل يدور داخل الدلتا ولا ينتقل إلى الجانب الثانوي
- يمكن التعامل مع الأحمال الكبيرة غير المتزنة دون أي صعوبة.
- تيار العطل الأرضي في الجانب الثانوي سيجد مسارًا له خلال المحايد الخاص بجانب ستار ويعمل على عزل هذه الأعطال عن المصدر
العيوب
في هذا النوع من التوصيل، لا يكون الجهد الثانوي بنفس الطور مع الجهد الأولي. وتكون إزاحة الطور بينهما ± 30. ومن ثم لا يمكن تشغيل هذا المحول بالتوازي مع المحولات المتصلة نجمة-نجمة أو دلتا-دلتا.
توصيلة نجمة-دلتا (Y-Δ)
في توصيلة نجمة-دلتا (ستار-دلتا) (Star-Delta (Y-Δ)) يكون الملف الأولي موصل بشكل نجمي (ستار ) مع محايد مؤرضة، والملف الثانوي متصل بشكل دلتا.
يستخدم هذا التوصيل بشكل أساسي في محولات الخفض في المحطات الفرعية في نهاية خط النقل.
الميزات
- يمكن تأريض نقطة المحايد المتاحة في الجانب الأولي لتجنب التشويه.
- يمكنه التعامل مع الأحمال الكبيرة غير المتوازنة بشكل جيد.
- لا توجد مشكلة مع مكونات التوافقية الثالثة.
- يستخدم كمحول تأريض.
العيوب
نفس عيب توصيلة دلتا-نجمة وهو أن الجهد في الجانب الأولي والثانوي ليس بنفس الطور. وتكون إزاحة الطور بينهما ± 30. ولا يمكن تشغيله بالتوازي مع المحولات المتصلة نجمة-نجمة أو دلتا-دلتا
توصيلة الزك-زاك Zig-Zag
هذه التوصيلة تستخدم بعدة طرق:
طريقة interconnected star
فى هذه الطريقة تستخدم توصيلة الـ Zag Zig منفردة، أي ليس لها ابتدائي وثانوي، بل مجرد توصيلة لمجموعة ملفات كما في الصورة
و تتميز هذه التوصيلة بميزة مهمة حيث تسمح بمرور التيارات التي تكون بنفس الطور، وتمنع مرور التيارات التي يكون بينهما إزاحة في الطور (Phase shift) قدره 120 درجة.
وبفضل هذه الميزة تُستخدم في محولات التأريض كموصل أرضي لتيارات المركبة الصفرية Zero sequence. وتستخدم في محولات الجهد المنخفض عندما يكون هناك تحميل غير متزن، و تستخدم أيضا لتخليق محايد (Artificial Neutral) للتوصيلة الدلتا
توصيلة Delta-Zigzag
هذه الطريقة أكثر استخدامًا وتكون في محول موصل بطريقة D-z، أي أن الابتدائي يوصل على شكل Delta، أما الثانوي فيوصل على شكل Zigzag.
وتشبه هذه الطريقة طريقة D-Y في منع مرور التوافقية الثالثة، وفي عمل عزل بين جانبي المحول، لكن لها ميزة إضافية تتمثل بعدم وجود Phase shift بين الثانوي و الابتدائي، ويكثر استخدامها في محولات التوزيع.
توصيلة open delta
تستخدم توصيلة دلتا المفتوح (open delta) للحصول على جهد ثلاثي الطور باستخدام محولين أحادية الطور، ويتم ربط التوصيلات الأولية والثانوية كما هو موضح في الصورة أدناه.
يمكن استخدام توصيلة دلتا المفتوح عندما يحصل عطل لأحد المحولات الثلاثة الموجودة في محول الـ bank الموصل Δ-Δ ليعمل على إستمرار الخدمة حتى يتم إصلاح المحول المعطل أو استبداله.
يمكن استخدامه أيضًا للأحمال الصغيرة ثلاثية الطور في حالة أن تركيب المحولات الثلاثة الكاملة غير ضروري. وتبلغ القدرة الإجمالية للمحول الموصل (open delta) 57.7٪ مقارنة بتوصيلة دلتا-دلتا.
المصادر
Theraja, Electrical Technology
Eng.Mojeeb Al-Hazmy, Electrical Machine II
أ.د محمود جيلاني، المرجع فى محولات القوى الكهربائية.
