التفريغ عند لفائف نهاية محركات الجهد العالي ومعالجة مقاومة الإكليل

I. أسباب ومخاطر تفريغ نهاية اللف

تكون لفائف نهاية محرك الجهد العالي عرضة للتفريغ الجزئي بسبب توزيع المجال الكهربائي غير المنتظم للغاية. عندما تتجاوز قوة المجال الكهربائي قوة انهيار الهواء (حوالي 3 كيلو فولت/مم)، يحدث تفريغ الهالة، والذي يتميز بالفلورة الزرقاء وتوليد الأوزون وأكاسيد النيتروجين. تشمل الأسباب الرئيسية:

1. تركز المجال الكهربائي: تحدث أعلى قوة مجال عند مخرج الفتحة. يمكن لملف واحد أن ينتج هالة عند 4 كيلو فولت، وتفريغًا منزلقًا عند 20 كيلو فولت، ووميضًا عند 40 كيلو فولت.
2. عيوب العزل: تؤدي عيوب التصنيع أو التشغيل مثل الفراغات أو التقشر أو النتوءات إلى تفاقم تشوه المجال الكهربائي.
3. العوامل البيئية: تؤدي الزيادة بنسبة 10% في الرطوبة إلى تقليل جهد بدء الهالة بنسبة 10%، بينما تؤدي الملوثات (مثل الغبار والزيت) إلى تدهور أداء عزل الغاز.

المخاطر:

• تتسبب التأثيرات الحرارية في تفحم مواد العزل (مثل المواد اللاصقة والميكا)، مما يؤدي إلى التبييض أو التراخي أو حدوث دوائر قصر في عزل السلاسل.
• تحفز الاهتزازات الكهرومغناطيسية تفريغ الشرارة في فجوات الفتحات، مما يؤدي إلى تآكل أسطح العزل.
• يسمح التشغيل المطول لتتبع التفريغ باختراق العزل الرئيسي، مما يؤدي إلى الانهيار.

II. المبادئ الأساسية لعلاج مكافحة الهالة

يكمن جوهر تقنية مكافحة الهالة في توحيد المجال الكهربائي لمنع تأين الغاز، ويتحقق ذلك من خلال:

1. تصميم تدرج المقاومة:
   • تزداد مقاومة طبقة مكافحة الهالة تدريجياً من مخرج الفتحة إلى نهاية اللف، مما يضمن انخفاضًا خطيًا في الجهد وتجنب التغيرات المفاجئة في قوة المجال.
   • تشمل الأمثلة التحولات ثلاثية المراحل باستخدام مقاومات منخفضة (10³–10⁵ Ω)، ومتوسطة (10⁹–10¹¹ Ω)، وطلاءات أشباه الموصلات عالية المقاومة، أو خصائص المقاومة غير الخطية لكربيد السيليكون (مقاومة أقل في ظل قوة مجال أعلى).
2. تقسيم الجهد السعوي:
   • تقوم هياكل التدريع الداخلية بإدخال أقطاب كهربائية داخل عزل الملف، مما يشكل تكوينًا من نوع البطانة لتقسيم الجهد السعوي.
   • مناسب للمحركات التي تزيد عن 24 كيلو فولت ولكنه يتضمن عمليات معقدة وتكاليف أعلى.

III. تقنيات مكافحة الهالة السائدة

يتم تصنيف علاجات مكافحة الهالة بناءً على مستويات الجهد والتطبيقات:

تدفق العملية النموذجية (النوع الملفوف بالفرشاة):

1. ضع طلاء أشباه موصلات منخفض المقاومة (مثل طلاء راتنجات الإيبوكسي 5150) على الجزء المستقيم، ويمتد 25 مم خارج كل جانب من قلب الحديد.
2. ضع طلاء أشباه موصلات عالي المقاومة (مثل طلاء الألكيد 5145) على نطاق 200–250 مم من مخرج الفتحة إلى نهاية اللف، متداخلاً 10–15 مم مع الطلاء منخفض المقاومة.
3. لف بشريط زجاجي منزوع الشمع بسمك 0.1 مم بنمط نصف لفة.
4. ضع طلاءات أشباه موصلات إضافية منخفضة وعالية المقاومة فوق الشريط الزجاجي للحماية متعددة المراحل.

IV. التحكم في المعلمات الرئيسية في علاج مكافحة الهالة

1. اختيار المقاومة:
   • يجب أن تتطابق المقاومة السطحية (ρs) لطبقة مكافحة الهالة مع توزيع الجهد: تتسبب ρs المفرطة في حدوث تدرجات جهد حادة وهالة سابقة لأوانها في الطرف البادئ، بينما تؤدي ρs غير الكافية إلى حدوث هالة في الطرف الخلفي.
   • النطاق الموصى به: 5×10⁹–10¹⁰ Ω (مرحلة واحدة)، ≤10⁵ Ω (القسم منخفض المقاومة)، ≥10⁹ Ω (القسم عالي المقاومة).
2. القدرة على التكيف مع البيئة:
   • ينخفض جهد بدء الهالة بنسبة 1% لكل زيادة 100 متر في الارتفاع، مما يستلزم تعديلات المعلمات للتطبيقات عالية الارتفاع.
   • قد تتطلب المحركات التي تعمل في بيئات قاسية (مثل الرطوبة العالية والتلوث) علاجًا مضادًا للهالة حتى عند 3 كيلو فولت.
3. مراقبة جودة العملية:
   • يجب أن تكون طبقات الطلاء موحدة ومستمرة وسلسة مع التصاق قوي لتجنب تركيز المجال بسبب السماكة غير المتساوية.
   • يجب التحكم بدقة في درجات حرارة تجفيف طلاء أشباه الموصلات (مثل 180–220 درجة مئوية لإزالة الشمع) لمنع تدهور الأداء.

V. الاتجاهات التكنولوجية

1. المواد المقاومة غير الخطية: تهيمن طبقات كربيد السيليكون المضادة للهالة بسبب مقاومتها ذاتية الضبط، مما يعزز الأداء بشكل كبير.
2. المواد النانوية المركبة: يركز البحث على دمج الجسيمات النانوية (مثل SiO₂، TiO₂) في الطلاءات المضادة للهالة لتحسين مقاومة الهالة والقوة الميكانيكية.
3. المراقبة الذكية: يتيح التكامل مع مراقبة التفريغ الجزئي عبر الإنترنت التقييم في الوقت الفعلي لظروف طبقة مكافحة الهالة للصيانة التنبؤية.