محول النجمية المتداخلة

ملف المحول المتعرج هو محول مخصص الغرض، ذو وصلة متعرجة أو "نجمة مترابطة"، بحيث يكون كل خرج هو مجموع لمتجهين لطورين (2) متباعدين بمقدار 120 درجة.  يُستخدم كمحول تأريض ، حيث يُنشئ وصلة محايدة مفقودة من نظام ثلاثي الطور غير مؤرض، مما يسمح بتأريض هذا المحايد بنقطة مرجعية أرضية ؛ وللتخفيف من حدة التوافقيات، حيث يمكنه تثبيط التيارات التوافقية الثلاثية (الثالثة، التاسعة، الخامسة عشرة، الحادية والعشرون، إلخ)؛  لتوفير طاقة ثلاثية الطور كمحول ذاتي (يعمل كمحول أولي وثانوي بدون دوائر معزولة)؛  ولتوفير طاقة ثلاثية الطور غير قياسية، مُزاحة الطور. 

يُعد محول الزيغ–زاك (Zig-Zag) أو ما يُعرف بـ النجمية المتداخلة (Interconnected-Star) أحد أكثر محولات التأريض استخدامًا في أنظمة القدرة. يتميز هذا النوع من المحولات بأنه لا يحتوي عادةً على ملفات ثانوية، بل يعتمد على ربط خاص للملفات يسمح بمرور التيارات متساوية الطور (Zero-Sequence) فقط عبر نقطة التعريض (Neutral).

يمكن تصنيع محول الزيغ–زاك كجهاز ثلاثي الطور في وحدة واحدة، أو كتجميع ثلاث وحدات أحادية الطور. ويشيع استخدام ترتيب الزيغ–زاك بسبب تكلفته الأقل، وقدرة تصميم القلب الحديدي على تقليل تدفّق التوافقيات الثلاثية (3rd harmonics) داخل المحول.

كما أن محولات الزيغ–زاك تكون عادةً أصغر حجمًا مقارنةً بمحولات واي–دلتا (Wye-Delta) عند تحقيق نفس قيمة ممانعة المركبة الصفرية (Zero-Sequence Impedance) ، مما يجعلها خيارًا اقتصاديًا وفعّالًا لتطبيقات التأريض في الشبكات الكهربائية.
يسار|تصغير|محول متعرج ذو 9 لفات
تصغير|محول متعرج
عادة ما تحتوي المحولات ثلاثية الطور ذات التسعة لفات على ثلاثة ملفات أولية وستة ملفات ثانوية متطابقة، والتي يمكن استخدامها في توصيلات اللفات المتعرجة كما هو موضح في الصورة. Lawhead, Larry; Hamilton, Randy; Horak, John (May 2006). Three phase transformer winding configurations and differential relay compensation (PDF). 60th Annual Georgia Tech Protective Relay Conference. pp. 8–10. Archived from the original (PDF) on 6 May 2019. Retrieved 27 December 2015.

يمكن أيضًا استخدام محول أرضي تقليدي مكون من ستة لفات أو بنك متعرج ،  بنفس كمية اللفات والنواة مثل المحول ثلاثي الطور التقليدي، في توصيل اللف المتعرج.

في جميع الحالات، يُوصل الملف الأول على كل قلب ملف متعرج بشكل معاكس بالملف الثاني على القلب التالي. ثم تُربط الملفات الثانية معًا لتكوين السلك المحايد، وتُوصل الأطوار بالملفات الأولية. وبالتالي، يترابط كل طور مع الآخر، وتُلغى الفولتيات. وبالتالي، سيكون التيار المار عبر نقطة السلك المحايد ضئيلًا، نظرًا لامتلاك السلك المتعرج معاوقة تسلسلية موجبة وسالبة عالية، مع معاوقة تسلسلية صفرية منخفضة يمكن توصيلها بالأرض. 

يُقسّم كلٌّ من الأطراف الثلاثة إلى قسمين. لكلٍّ من نصفي كل طرف عددٌ متساوٍ من اللفات، وهما ملتويان في اتجاهين متعاكسين. عند تأريض المحايد، وخلال صدع قصير بين الطور والأرض، يعود ثلث التيار إلى تيار الصدع، ويجب أن يمرّ الباقي عبر طورين من الأطوار الثلاثة عند استخدامه لاستخلاص نقطة تأريض من مصدر دلتا. 

إذا حدث عطل في طور أو أكثر من أطوار المحول، فإن الجهد المطبق على كل طور من أطوار المحول لم يعد متوازنًا؛ ولم تعد التدفقات في اللفات متعارضة. (باستخدام مكونات متماثلة ، يكون هذا I a0 = I b0 = I c0 .) يوجد تيار تسلسل صفري (عطل أرضي) بين محايد المحول والطور المعطل. الغرض من المحول المتعرج في هذا التطبيق هو توفير مسار عودة لأعطال الأرض في الأنظمة المتصلة بالدلتا. مع وجود تيار مهمل في المحايد في الظروف العادية، يمكن استخدام محول صغير الحجم (غير قادر على حمل عطل مستمر) فقط عند الحاجة إلى تصنيف قصير الأمد، بشرط فصل الحمل المعيب تلقائيًا في حالة حدوث عطل. يجب ألا تكون معاوقة المحول منخفضة جدًا للحصول على أقصى تيار عطل مرغوب فيه. يمكن إضافة المعاوقة بعد جمع الثانويات للحد من أقصى تيارات العطل (مسار 3 I o ).

يمكن استخدام مزيج من اللفات على شكل حرف Y (واي أو نجمي) والدلتا والتعرج لتحقيق انزياح طور متجه . على سبيل المثال، قد تحتوي شبكة كهربائية على شبكة نقل من محولات نجمية/نجمية بجهد 110 كيلو فولت/33 كيلو فولت، مع محولات دلتا/نجمية بجهد 33 كيلو فولت/11 كيلو فولت لشبكة توزيع الجهد العالي. إذا لزم إجراء تحويل مباشر بين شبكة 110 كيلو فولت/11 كيلو فولت، فإن الخيار الأمثل هو استخدام محول نجمي/دلتا بجهد 110 كيلو فولت/11 كيلو فولت. تكمن المشكلة في أن دلتا 11 كيلو فولت لم تعد تحتوي على نقطة مرجعية أرضية. يوفر تركيب محول متعرج بالقرب من الجانب الثانوي لمحول 110 كيلو فولت/11 كيلو فولت نقطة مرجعية أرضية مطلوبة.

 التطبيقات 
غالبًا ما تحتاج شركات المرافق العامة إلى محولات متعرجة عند توصيل العاكسات ثلاثية الطور (عادةً للطاقة المتجددة ) بالشبكة الكهربائية لتوفير جهد محايد مستقر ومنع ارتفاع جهد الطور إلى الأرض. كما يحمي هذا المحول أجهزة التبديل داخل العاكسات، والتي عادةً ما تكون ترانزستورات ثنائية القطب ذات بوابة معزولة (IGBTs). 

 مراجع 

تصنيف:محولات