ترانسفورماتورهای الکتریکی دستگاه هایی هستند که انرژی الکتریکی را بین دو یا چند سیم پیچ و از طریق القای الکترومغناطیسی منتقل میکنند. آنها نقش مهمی در انتقال و توزیع برق در شبکه‌های برق ایفا میکنند.
تعاریف
شار یا فلوی مغناطیسی: مجموعه خطوط مغناطیسی که از سطحی محدود می گذرد.
چگالی فلوی مغناطیسی (میدان مغناطیسی):میزان فلو در واحد سطح
نیروی محرکه مغناطیسی: به نیروی مغناطیسی که سبب تولید شار در میدان مغناطیسی می شود.
اصول کار ترانسفورماتور
ترانسفورماتور وسیله ای است که:
- توان الکتریکی را از یک مدار به مدار دیگر منتقل میکند.(با سطح ولتاژ متفاوت)
- این کار را بدون هیچ تغییری در فرکانس انجام می دهد.
- این عمل را با القاء الکترومغناطیسی انجام می دهد.
- دو مدار الکتریکی آن مورد تاثیر متقابل یکدیگر قرار می گیرند.
خاصیت روغن در ترانسهای روغنی
خنک نگه داشتن سیم پیچها (در صورت مناسب نبودن سطح خنک کنندگی روغن، روی دیواره ترانس رادیاتور نصب میکنند)
حفاظت عایقها در مقابل جذب رطوبت، هنگامی که ترانس در هوا رها میشود.(رطوبت خاصیت دی الکتریکی روغن را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد)
جریان بی باری در ترانسفورماتور واقعی
در ترانسفورماتورهای واقعی چنانچه اولیه به شبکه وصل باشد جریانی از مدار اولیه می گذرد، حتی اگر ثانویه مدار باز (بدون بار) باشد. این جریانی است که برای ایجاد شار در یک هسته فرومغناطیس لازم بود و از دو جزء زیر تشکیل شده است.
- جریان مغناطیس کننده (Im): که برای ایجاد شار در هسته ضرورت دارد.
- جریان تلفات هسته (Ic): که تلفات هسته را تامین می کنند.
- جمع برداری این دو جریان همان جریان بی باری یا جریان تحریک ترانس می باشد.
ترانسفورماتور در بار
هنگام اتصال ثانویه به بار جریان ثانویه I2 برقرار می گردد. دامنه و فاز I2 نسبت به V2 به مشخصات بار بستگی دارد. جریان ثانویه mmf خود را برقرار می کند (N2I2)
و از اینرو شار حاصل از آن در خلاف شار اصلی که به واسطه جریان بی باری ترانس ایجاد شده خواهد بود در نتیجه بطور لحظه ای شار اصلی تضعیف شده و مقدار E1 نیز کاهش می یابد.
V1 لحظه ای بیشتر از E1 شده و در نتیجه باعث جاری شدن جریان بیشتر در اولیه می شود. این جریان بطور لحظه ای شاری تولید می کند که با شار حاصل از mmf طرف ثانویه برابر و مخالف بوده و اثر آن را خنثی می کند. بنابراین در شرایط بارداری ترانس، شار خاص عبوری از ترانس بطور تقریبی با حالت بی باری برابر بوده و به همین علت در تمامی بارها تلفات هسته نیز ثابت است
درصد تنظیم ولتاژ
چون درون ترانسفورماتور امپدانس سری وجود دارد، حتی اگر ولتاژ ورودی ثابت بماند، ولتاژ خروجی اش با تغییر بار تغییر می کند برای اینکه ترانسفورماتور را بتوان از این نظر مقایسه کرد کمیتی بنام درصد تنظیم ولتاژ تعریف میشود در واقع درصد تنظیم ولتاژ تغییرات ولتاژ ثانویه از بی باری تا بار کامل را تحت ضریب توان ثابت نشان می دهد.
توجه:
بهتر است که تنظیم ولتاژ حتی المقدور کوچک باشد
داشتن تنظیم ولتاژ کم در همه موارد خوب نیست بعضی وقتها برای کاهش جریانهای اتصال کوتاه مدار عمداً از ترانسفورماتور با تنظیم ولتاژ بزرگ استفاده می کنند
در یک ترانس ایده ال تنظیم ولتاژ صفر درصد است.
تعیین پارامترهای مدار معادل ترانسفورماتور تکفار
در مدلهای ارائه شده برای ترانسفورماتور به پارامترهای زیر برخورد نمودیم:
- مقاومت سیم پیچ اولیه و ثانویه (R1,R2)
- راکتانس نشتی سیم پیچ اولیه و ثانویه (X1,X2)
- کندوکتانس نمایانگر تلف هسته (Gc)
- سوسپتانس مربوط به مدل کردن جریان مغناطیس شوندگی (Bm)
توجه: در بسیاری موارد R1 و R’2 با هم معادل و X1 و X’2 با هم مساویند(چرا؟)پس: Req=2R1=2R’2 , Xeq=2X1=2X’2
R’2 :مقاومت سیم پیچ ثانویه که به سمت اولیه ارجاع شده است.
X’2 :راکتانس نشتی سیم پیچ ثانویه که بطرف اولیه ارجاع داده شده است.
سیستم یکائی (Per unit system)
در کلیه سیستم های الکتریکی یا غیر الکتریکی، نسبت مقدار واقعی یک کمیت به مقدار مبنای اختیاری که هم بعد آن کمیت است را کمیت پریونیت شده یا نرمالیزه شده یا یکه ای شده گویند و با علامت p.u نشان می دهند.
در سیستمهای قدرت، معمولا ولتاژ اسمی و توان ظاهری معلوم میباشد. لذا این دو کمیت را بعنوان مقادیر مبنا اختیار کرده و جریان مبنا و امپدانس مبنا را بر اساس این دو مقدار حساب می کنیم.
توجه:در رابطه با ترانسفورماتور ولت آمپر مبنا در کل سیستم یکسان است اما مقادیر ولتاژ در نقاط مختلف سیستم یکسان نبوده و توسط نسبت تبدیل ترانس دیکته میشود.
حل مدارهای شامل ترانسفورماتور
ارجاع سطوح ولتاژ طرفهای مختلف ترانسفورماتور به سطحی مشترک (روشی خسته کننده می باشد)
استفاده از سیستم پریونیت: در این روش تبدیل های لازم خود به خود صورت می گیرند و چون لازم نیست امپدانس ها به طرف دیگر ارجاع شوند مساله ساده تر و با احتمال خطای کمتری حل می شود.
اتوترانسفورماتور
اتوترانسفورماتور ترانسفورماتوری است که فقط دارای یک سیم پیچی می باشد. در واقع اتوترانسفورماتور دارای یک سیم پیچ فشار قوی است که از قسمتی از آن بعنوان سیم پیچ فشار ضعیف استفاده می شود. این نوع ترانس بعلت تک سیم پیچ بودن از مس کمتری استفاده می کند و در نتیجه ارزانتر نیز می باشد و در جایی استفاده می شود که می خواهیم سطح ولتاژ را کمی تغییر دهیم (مثلا 110 به 120 ولت).
در اتو ترانسفورماتور علاوه بر ارتباط مغناطیسی توسط هسته ، ارتباط الکتریکی بین سیم پیچ اولیه و ثانویه وجود دارد و می توانند تکفاز یا سه فاز باشند در شکل زیر اتوترانسفورماتور تکفاز افزاینده نشان داده شده است.
فهرست مطالب
مراجع
اصول کار ترانسفورماتور
انواع ترانسفورماتور
اتصالات مختلف