واحد كار سوم توانايي شناخت و بررسي عمل كرد ترانسفورماتورها هدف کلي: آشنايي با اصول و طرز کار و ساختمان و انواع ترانسفورماتورهاي تک فاز و سه فاز

Transcript

1 و واحد كار سوم توانايي شناخت و بررسي عمل كرد ترانسفورماتورها هدف کلي: آشنايي با اصول و طرز کار و ساختمان و انواع ترانسفورماتورهاي تک فاز و سه فاز هدف هاي رفتاري: هنرجو پس از ا موزش اين واحد کار قادر خواهد بود: - ساختمان و کاربرد ترانسفورماتورها را بيان کند. - اساس کار ترانسفورماتورهاي تک فاز را شرح دهد. 3- ترانسفورماتورهاي واقعي و ايده آل تعريف کند و تفاوتهاي آن ها را توضيح دهد. 4- انواع ترانسفورماتورهاي کاهنده افزاينده يک به يک اتو ترانسفورها و ترانسفورماتورهاي چند ورودي و چند خروجي را شرح دهد. 5- کميتهاي ترانسفورماتورها را از پالک آن استخراج کند. 6- ترانسفورماتورهاي سه فاز و انواع اتصالهاي آنها را شرح دهد. 7- کاربرد ترانسفورماتورهاي CT و PT را بيان کند و مدار آن ها را رسم کند. 8- سيم پيچ طرف اول و طرف دوم ترانسفورماتورها و سالم بودن آن ها را مشخص کند. 9- شرايط موازي بستن ترانسفورماتورها بيان کند و طريقه موازي کردن ترانسفورماتورها را توضيح دهد. 0- نقشه ترانسفورماتورها بخواند و مدار نقشهها را رسم کند نظري ساعت عملي جمع 7 5 3

2 پیش ا زمون )3( - هسته ترانسفورماتورها را به خاطر ورقه مي سازند. - مونتاژ راحت تر - کاهش تلفات مسي 3- کاهش تلفات آهني 4- افزايش مقاومت مغناطيس - علت القاي ولتاژ در سيم پيچ هاي ترانسفورماتورها کدام است - جريان الکتريکي - ولتاژ الکتريکي 3- شار مغناطيسي 4- تغييرات شار مغناطيسي 3- کدام کميت هاي الکتريکي توسط ترانسفورماتورها تبديل نمي شوند - زاويه اختالف فاز و فرکانس - ولتاژ جريان 3- امپدانس 4- ظرفيت هاي خازني و اندوکتانس سلف ها 4- در اتو ترانسفورماتورها هر چقدر اختالف ولتاژ ورودي و خروجي... شود توان انتقالي از طريق هسته... مي شود - بيشتر - کمتر - بيشتر - بيشتر 3- کمتر - کمتر 4- کمتر - بيشتر 5- CT ها براي اندازه گيري... و PT براي اندازه گيري... به کار مي روند. - جريان بيشتر - ولتاژ کمتر - ولتاژ بيشتر - جريان بيشتر 3- جريان بيشتر - ولتاژ بيشتر 4- جريان کمتر - ولتاژ بيشتر 6- در ترانسفورماتورهاي کاهنده کدام کميت طرف سيم پيچ فشار ضعيف بيشتر از طرف سيم پيچ فشار قوي است - جريان - ولتاژ 3- مقاومت اهمي سيم پيچ 4- تعداد دور سيم پيچ 7- کدام کميت ترانسفورماتورها درباره هاي مختلف در هسته تقريبا ثابت مي ماند. - جريان ثانويه - تلفات مسي 3- شار متوسط هسته 4- جريان اوليه 8- اختالف فاز ولتاژ سيم هاي هر فاز در ترانسفورماتور Dy چند درجه الکتريکي است کدام شرط داده شده جزو شرايط موازي کردن ترانسفورماتورها نيست - برابري توان ها - برابري اختالف فازها 3- برابري نسبت مولفه هاي اهمي و القايي 4- برابري ولتاژها 0- نقش ترانسفورماتورها در انتقال توزيع کدام است - افزايش تلفات خطوط انتقال - کاهش مقاومت اهمي خطوط انتقال 3- افزايش ولتاژ وکاهش تلفات خطوط انتقا ل 4 - کاهش ولتاژ وافزايش امپدانس خطوط 3

3 3-- تعريف و کاربرد ترانسفورماتورها ترانسفورماتورهاي الکتريکي دستگاه هايي هستند که انرژي الکتريکي را بدون تغيير جنس انرژي به انرژي الکتريکي با ابعاد مختلف تبديل ميکنند. ترانسفورماتورها ميتوانند ابعاد انرژي الکتريکي از قبيل جريان ولتاژ انواع بارهاي الکتريکي )سلفي خازني اهمي و ترکيبي از آنها( اندوکتانس و ظرفيت خازنها را تبديل کنند ولي اختالف فاز و فرکانس الکتريکي را نميتوانند تبديل کنند. وسعت تغييرات در ابعاد انرژي الکتريکي توسط ترانسفورماتورها به سازندگان و طراحان وسايل الکتريکي امکان ميدهد که وسايل را با هر ولتاژ يا جريان الکتريکي طراحي و بسازند. نقش بزرگ ترانسفورماتورها در خطوط انتقال و توزيع انرژي الکتريکي ميباشد. با توجه به اين که تلفات توان در خطوط انتقال بر اساس رابطه P R = P تعيين ميشود در اين رابطهP افت توان در خطوط انتقال بر حسب U وات P توان انتقالي بر حسب وات R مقاومت خطوط انتقال بر حسب اهم و U ولتاژ بين خطوط انتقال بر حسب ولت ميباشد. روشن است که با افزايش ولتاژ بين خطوط انتقال توسط ترانسفورماتورها تلفات توان با مجذور افزايش ولتاژ کاهش مييابد يکي ديگر از نقشهاي برجسته ترانسفورماتورها قطع ارتباط الکتريکي مصرف کنندهها با منابع انرژي و شبکههاي الکتريکي و ارتباط مغناطيسي آنها است. اين ارتباط از طريق ترانسفورماتورهاي يک به يک امکان پذير ميباشد. بدين خطرات اتصال الکتريکي در مصرف کننده از بين خواهد رفت شکل) 3- ( يک ترانسفورماتور خطوط انتقال را نشان ميدهد. 3-- ساختمان ترانسفورماتور تک فاز يک ترانسفورماتور از دو سيم پيچ و يک هسته آهني ساخته مي شود. سيم پيچ ها اغلب از جنس مس و در بعضي موارد از جنس آلومينيوم انتخاب مي شود. هسته ترانسفورماتور از ورقه هاي آهن نرم سيليس دار )ورق ديناموبلش( ساخته مي شود سيم پيچ ها را در مقاطع پايين باالک و در مقاطع باال با کاغذ پرشپان با نوار کنف عايق بندي مي کنند. سيم پيچي که به شبکه برق وصل مي شود. سيم پيچ اوليه و سيم پيچي که به مصرف کننده وصل مي شود سيم پيچ ثانويه ناميده مي شود شکل) 3-( شکل) 3- ( ترانسفورماتور خطوط انتقال سيم پيچ ثانويه هسته يا ورقه هاي ديناموبلش هر سیم پیچ روي يک بازو پیچیده شده سيم پيچ هاي ثانويه سيم پيچ اوليه سيم پيچ اوليه شکل) 3- ( ساختمان ترانسفورماتور 33

4 3-3- اساس کار ترانسفورماتور ياد گرفتيم که يک ترانسفورماتور از يک سيم پيچ اوليه و يک سيم پيچ ثانويه تشکيل مي شود. اين سيم پيچ ها بر روي ورق هاي هسته آهني از طريق قرقره قرار داده مي شود. شکل) 3-3 ( اگر جريان متناوبي )يا هر جريان متغيري( از سيم اوليه عبور کند در درون سيم شکل) 3-3 ( ساختمان ترانسفورماتور پيچ ميدان مغناطيسي متغيري به وجود ميآورد اين ميدان در درون سيم پيچ شار مغناطيسي متغيري پديد ميآورد. قسمت اعظم شار مغناطيسي متغير به علت مقاومت مغناطيسي )رالکتانس( خيلي کم هسته مدار خود را از طريق هسته کامل ميکند. وقتي که شار مغناطيسي متغير هسته آهني را طي ميکند سيم پيچها با تغيير شار مغناطيسي مواجه ميشوند. بنا به قانون فاراده در سيم پيچها نيروي محرکه الکتريکي القا ميشود. نيروي محرکه القايي در سيم پيچ اوليه بنا به قانون لنز با عامل به وجود آورنده خود يعني تغيير شار مغناطيسي و در نهايت با ولتاژ اوليه مخالفت ميکند. به همين جهت به نيروي محرکه القايي در سيم پيچ اوليه نيروي ضد محرکه ميگويند. بزرگي نيروي محرکه القايي در سيم پيچهاي اوليه و ثانويه با تعداد دور سيم پيچ اوليه و ثانويه متناسب است. وقتي مدار سيم پيچ ثانويه باز است امپدانس سيم پيچ اوليه و ولتاژ اوليه و نيروي ضد محرکه القايي در سيم پيچ اوليه در مجموع بزرگي جريان اوليه را تعيين ميکنند. به اين جريان جريان بي باري ميگويند. اين جريان در هسته آهني شار مغناطيسي به وجود مياورد که آن را با ϕ 0 نشان ميدهند. اگر جريان و نيروي محرکه القايي اوليه را با E Z اوليه را با I 0 و امپدانس سيم پيچ اوليه را با نشان دهيم ميتوان نوشت: 34

5 V E ) باري بي I0 )جريان = Z مصرف در را I جريان E القايي, محرکه نيروي شود بسته K کليد ثانويه در اگر کامل ثانويه پيچ سيم طريق از را خود مدار جريان اين ميکند. برقرار )بار( کننده I جريان ميگويند. ثانويه جريان ترانسفورماتورها در را الکتريکي جريان اين ميکند. ب( )شکل 3-4 ميکند. ايجاد را ϕ مغناطيسي شار ثانويه پيچ سيم از عبور هنگام به با ϕمتناسب الف 3( شکل) 4 - ميکند. مخالفت ϕ 0 يعني آورندهاش وجود به عامل با و ميشود E کاهش موجب ϕ 0 با ϕ مخالفت است. بار با متناسب نهايت در و I : رابطه به توجه با V E I = Z )الف( ترانسفورماتور ساختمان شکل) 3-4 ( )ب( که است اندازهاي به I 0 جريان رشد ميکند. رشد I 0 جريان Z و V بودن ثابت با ميکند. برقرار هسته در ϕرا 0 مجددا و ميکند خنثي را بار از ناشي ϕ مغناطيسي اثر 3-5( )شکل )3-5( شکل 35

6 ها جريان برداري نمايش شکل) 3-6 ( و ميدهند نشان I با ترانسفورماتور بارداري حالت در را اوليه پيچ سيم در جريان ميگويند. اوليه جريان را آن نشان ϕ با را I از ناشي شار ( I= I + I 0 ) است I اندازه به I 0 جريان رشد به است ديگر هم خالف در آنها جهت ولي است ϕ اندازه به ϕ بزرگي ميدهند. ميکنند. خنثي را ديگر هم اثر که طوري ϕ ميشود مشاهده چنانچه ميشود. ϕ 0 برابر هسته در مغناطيسي شار بنابراين تنظيم ميباشد. بار با متناسب اوليه جريان افزايش و ميشود توليد بار با متناسب ترانسفورماتور تنظيم خود را ثانويه بار بزرگي اساس بر I به I 0 از اوليه جريان افزايش کرد. بيان را راست سمت روابط ميتوان فوق مطالب به توجه با شکل) 3-6 ( ميگويند. ميگويند. ترانسفورماتور تبديل ضريب را K بر ترانسفورماتور يک که گرفت نتيجه ميتوان ترانسفورماتور کار اساس بررسي از بار جريان از حاصل مغناطيسي شار ديگر عبارت به ميکند. کار متقابل القاي اساس مغناطيسي شار ميشود. خنثي متقابل مغناطيسي شار توليد و اوليه جريان افزايش با اوليه جريان بودن سينوسي ماهيت علت به ميآيد در گردش به هسته درون در که به را هسته در مغناطيسي شار ماکزيمم اگر ميکند. تغيير سينوسي زمان به نسبت نوشت: ميتوان دهيم ϕنشان m ϕ = ϕ NI = NI N I = N I K = N I = KI N لحظه( هر در مغناطيسي )شار =ϕ ϕ m sin( ω t) = N d d t ϕ اوليه( پيچ سيم در القايي محرک )نيروي e e N d ( ϕm sin( ω t ) = = Nωϕ d t m cos( ω t) = N d d t ϕ ثانويه( پيچ سيم در القايي محرک )نيروي e e N d ( ϕm sin( ω = t ) = N ωϕ d t m cos( ω t) )مقادير بنويسيم. را e و e مقادير ماکزيمم دامنه اگر آمده دست به معادالت در داشت: خواهيم ميدهيم( نشان E m و E m با را ماکزيمم E = N m ωϕ E = N m ωϕ m m 36

7 E E = E m E m = E E و اگر مقادير موثر نيروي محرکه القايي در سيم پيچ اوليه و ثانويه را به نشان دهيم خواهيم داشت: با در نظر گرفتن =ω.3 4 f و مقادير ماکزيمم نيروهاي محرکه در سيم پيچ هاي اوليه و ثانويه به نتايج روبرو خواهيم رسيد. در اين روابط f فرکانس برق مي باشد. E= N 3. 4 f ϕ E = N 3. 4 f ϕ m m E = 444. N ϕ f E = 444. N ϕ f m m از تقسيم دو رابطه آخري به همديگر مي توان نتيجه گرفت: E E N = N بنابراين نيروي محرکه القايي با نسبت دور سيم پيچ ها متناسب مي باشد ترانسفورماتورهاي ايده ا ل 37 ترانسفورماتورهاي ايده آل به ترانسفورماتورهايي گفته ميشود که هيچ گونه تلفات ( P به سيم پيچ اوليه از منبع تغذيه بدون نداشته باشند. به عبارت ديگر توان ورودي ) P )ظاهر شود. اين حالت زماني واقعيت کم وکاست در خروجي سيم پيچ ثانويه ) خواهد داشت که شار مغناطيسي توليد شده تماما از هسته عبور کند سيم پيچ هاي اوليه و ثانويه مقاومت اهمي و القايي نداشته باشند. ترانسفورماتور ايده آل در عمل وجود ندارد ولي از آنجا که ترانسفورماتورهاي واقعي به ايده آل خيلي نزديک هستند جهت سادگي بررسي و انجام محاسبات مربوطه ترانسفورماتور را ايده آل فرض

8 مي کنند. در ترانسفورماتورهاي ايده آل داريم. P S توان ظاهري ورودي بر حسب ولت آمپر S P توان ظاهري خروجي بر حسب ولت آمپر I جريان الکتريکي در سيم پيچ اوليه I جريان الکتريکي در سيم پيچ V ولتاژ ورودي V ولتاژ خروجي در سيم پيچ ثانويه بر حسب ثانويه بر حسب آمپر ولت مي باشد. و لذا: V = E, V = E Ps = P s VI = VI V V E N = = = E N I I 3-5- ترانسفورماتورهاي حقیقي )واقعي( در ترانسفورماتورهاي واقعي مقداري از شار مغناطيسي مسير خود را از طريق هوا مي بندد و در القاي متقابل نيروي محرکه شرکت نمي کند. زيرا اين مقدار شار مغناطيسي اثر خود را به صورت کاهش ولتاژ )افت ولتاژ( نشان مي دهد به آن شار پراکندگي و به افت ولتاژ ناشي از آن افت ولتاژ پراکندگي مي گويند. از طرف ديگر سيم پيچ اوليه و ثانويه عمال داراي مقاومت اهمي هستند. عبور جريان الکتريکي از اين سيم پيچ ها مقداري از انرژي ورودي را به انرژي حرارتي تبديل مي کند. اين مقدار انرژي نيز در توليد نيروي محرکه القايي نقشي ندارد و به هدر مي رود. انرژي تلف شده را تلفات مسي مي گويند. مقداري از انرژي ورودي نيز در هسته آهني به صورت تلفات هيسترزيس و فوکو از بين مي رود که به تلفات هسته )تلفات آهني( معروف است. در بحث راندمان ترانسفورماتورها در اين موارد باز هم صحبت خواهيم کرد. در ترانسفورماتورهاي حقيقي مقداري از ولتاژ ورودي در مقاومت اهمي و مقداري در مقاومت القايي )مقاومت معادل شار پراکندگي( سيم پيچ اوليه افت مي کند که به آن افت ولتاژ اوليه مي گويند. افت ولتاژ در مقاومت اهمي سيم پيچ اوليه با جريان اوليه هم فاز است ولي افت ولتاژ در مقاومت القايي نسبت به جريان اوليه 90 درجه الکتريکي 38

9 پيش فاز است. به دليل وجود افت ولتاژها ميتوان نوشت که V E است. نيروي محرکه القايي در سيم پيچ ثانويه در زير بار مقداري در مقاومت اهمي و القايي سيم پيچ ثانويه افت ميکند. افت ولتاژ در مقاومت اهمي با جريان ثانويه هم فاز و در مقاومت القايي 90 درجه از جريان ثانويه پيش فاز است. بنابراين در ثانويهV E ميباشد. با توجه به مطالب گفته شده يک ترانسفورماتور واقعي را ميتوان با مدار معادل الکتريکي به صورت شکل) 3-7 (نشان داد. مقاومت معادل شار پراکندگي در ثانويه مقاومت اهمي سيم پيچ ثانويه مقاومت معادل شار پراکندگي در اوليه مقاومت اهمي سيم پيچ اوليه کلید مصرف کننده مقاومت معادل جريان مغناطيس کننده مقاومت معادل تلفات در هسته شکل 3-7- مدار معادل يک ترانسفورماتور واقعي V = E + I. R + I. XL E = V + I. R + I. XL I = I0 + I. IW+ IM. I Iجريان M مغناطيس کننده Iجريان W و اته معادل تلفات در هسته و در اين مدار I 0 )جريان بي باري( حاصل ميشود. در مدار معادل هستند که از جمع برداري آنها تمام کميتها برداري هستند که به کمک آنها ميتوان روابط بين ولتاژها و جريانها را نوشت: در نوشتن روابط بين کميت الزم است از عمليات برداري استفاده شود. بزرگي بردارهاي I, E, V به بردار I بستگي دارد. جريان I با ولتاژ خروجي I V بسته به نوع بار ممکن است سه وضع متفاوت داشته باشد. اگر بار اهمي باشد V پس I نسبت به با V هم فاز خواهد بود. اگر بار از نوع سلفي اهمي باشد. جريان I نسبت به V پيش فاز ميباشد. فاز و در صورت خازني بودن بار 39

10 3-6- افت فشار کلي در ترانسفورماتورها مالحظه شد که مقداري از ولتاژ ورودي ترانسفورماتور در مقاومت هاي القايي و اهمي سيم پيچ اوليه افت مي کند. اين مقدار افت ولتاژ را افت ولتاژ در سيم پيچ اوليه U نشان مي دهند. مي گويند و آن را با در قسمت بار مقداري از نيروي محرکه ثانويه در مقاومت القايي و مقاومت اهمي سيم پيچ ثانويه افت مي کند و ولتاژ دو سر بار کوچک تر از نيروي محرکه است. اين U نشان مقدار افت ولتاژ را افت فشار در سيم پيچ ثانويه مي گويند و آن را با مي دهند. در اغلب موارد افت ولتاژهاي ثانويه را با ضريب تبديل بر حسب مقادير اوليه حساب مي کنند. سپس مجموع برداري افت ولتاژهاي اهمي و القايي در دو طرف را محاسبه مي کنند که به آن افت ولتاژ کلي گفته مي شود و آن را با U نمايش مي دهند. از آنجا که افت ولتاژها در مقدار ولتاژ خروجي ترانسفورماتور موثر است لذا معموال افت ولتاژ کلي به صورت درصد براي ترانسفورماتورهاي با قدرت متفاوت در جداول ارائه مي شود و از آن ها در محاسبات سيم پيچي ترانسفورماتورها استفاده مي شود تلفات توان در ترانسفورماتورها با توجه به آنکه نوع بار ترانسفورماتور )به علت اهمي القايي و خازني بودن آن( نامشخص است. به اين علت ترانسفورماتورها را به توان ظاهري خروجي يا واحد ولت آمپر VA) )و در توان هاي باال با واحدهاي کيلو ولت آمپر kva) )يا مگا ولت آمپر MVA) )معرفي ميکنند. در محاسبات علمي ترانسفورماتورها محاسبات بر اساس توان ظاهري خروجي انجام ميشود تا ترانسفورماتور بتواند توان معرفي شده را در اختيار مصرف کننده قرار دهد. به اين علت الزم است در طرح ترانسفورماتور تلفات را در نظر گرفت. قسمتي از توان تلف شده در ترانسفورماتورها در مقاومت اهمي سيم پيچ اوليه و مقاومت اهمي سيم پيچ ثانويه ميباشد. به اين تلفات تلفات اهمي يا تلفات ژولي يا تلفات مسي ميگويند و با ) Pcu ( نشان ميدهند. از آنجايی که اين تلفات چون به بار بستگي دارد به تلفات متغير نيز معروف است. از طرف ديگر به سبب اينکه هسته آهني رساناي الکتريکي است همواره در معرض تغيير شار مغناطيسي قرار دارد و در آن جريان هايي القايي ميشود و به طور عرضي از طريق خود هسته مدار خود را کامل و ايجاد حرارت ميکند. اگر اين جريان ها کنترل نشوند آسيب شديدي به هسته وارد ميشود و احتمال دارد هسته را ذوب کند. 40

11 با حرارت زياد هسته به عايق سيم پيچ ها صدمه وارد ميشود. اين جريان هاي القايي در مدار هسته را جريان هاي فوکو يا جريان هاي سرگردان ميگويند. براي کاهش اثرات آن ها هسته را ورقه ورقه ميسازند و ورقه ها را نسبت به هم عايق ميکنند تا مقاومت الکتريکي زياد ايجاد شود و بزرگي جريان هاي فوکو کاهش يابد. تلفاتي که توسط جريان هاي القايي ايجاد ميشود به تلفات فوکو معروف است. عالوه بر تلفات فوکو در هسته تلفات هيترزيس نيز وجود دارد. اين تلفات مربوط به آرايش مولکول هاي مغناطيس در هسته ترانسفورماتورهاست. براي کاهش تلفات هيسترزيس ورقه هاي هسته را از آهن سيليس دار ميسازند و به آن ها ورقهها ديناموبلش ميگويند. اين ورقه ها با مرغوبيت هاي متفاوت ساخته ميشوند. جنس هسته را از آهن ريختهگري فوالد ريخته گري ورق فوالد آبديده )سيليکوني( و آلياژ آهن نيکل ميسازند. تلفات هيسترزيس و تلفات فوکو در مجموع تلفاتي آهني ناميده ميشوند. براي يک ترانسفورماتور که براي فرکانس معيني طراحي ميشود تلفات آهني تقريبا ثابت است و به بار ترانسفورماتور بستگي ندارد. به همين جهت آن را تلفات ثابت ميگويند و با P Fe )نشان ميدهند. ) به مجموع تلفات آهني و تلفات مسي تلفات کل ترانسفورماتور ميگويند. از حاصل تقسيم توان خروجي به توان ورودي راندمان ترانسفورماتور به دست ميايد يعني: η= P P راندمان راندمان ترانسفورماتورها اغلب بسيار باالست به طوري که ترانسفورماتورهاي کوچک حدود 90 درصد و در ترانسفورماتورهاي بزرگ تا حدود 98 درصد نيز مي رسد انواع ترانسفورماتورهاي تک فاز باتوجه به کارآيي ترانسفورماتور در جريان متناوب تک فاز فازآن ها را به گروه هاي متفاوت دسته بندي مي کنند. - ترانسفورماتورهاي کاهنده - ترانسفورماتورهاي افزاينده - ترانسفورماتورهاي يک به يک 4

12 - ترانسفور ماتورها باچند ورودي وچند خروجي - اتوترانسفورماتورها 3-8- ترانسفورماتورهاي کاهنده: اگر تعداد دورسيم پيچ ثانويه که به باروصل مي شود کمتر از تعداد دور سيم پيچ اوليه باشد که به منبع تغذيه وصل مي شود ولتاژ خروجي کمترازولتاژ ورودي خواهد شد. به اين ترانسفورتورها ترانسفورماتورهاي کاهنده مي گويند.از اين ترانسفورماتورها در مواقعي که ولتاژتغذيه مصرف کننده ها کم است استفاده مي شود. مانند دستگاه شارژباطري ها ومدارهاي فرمان با ولتاژ N مي باشد بنابراين N دور = 00 N دور = 80 R = 4Ω < N به سبب آنکه N U I پايين. باتوجه به رابطه = = N U I I > I وU U خواهد > شد.شکل )3-8( U U = = U U 80 U U = = 6V 00 U 6 I = = = 4A R 4 N I 00 4 = = N I 80 I I = = = A مثال: دريک ترانسفورماتورتک فاز ايده آل تعداد دور سيم پيچ اوليه 00 دور وتعداد دور سيم پيچ ثانويه 80 دور است. اگر ولتاژ اوليه 40 ولت وبار ترانسفورماتور بار اهمي 0 اهم باشد مطلوبست : - ولتاژخروجي - جريان اوليه 3-8- ترانسفورماتورهاي افزاینده: اگر تعداد دورسيم پيچ ثانويه بيشتر از تعداد دور سيم پيچ اوليه باشد ترانسفورتوررا افزاينده مي گويند.از اين ترانسفورماتورها در مواقعي که ولتاژتغذيه مصرف کننده ها بيشتر از ولتاژ شبکه باشد استفاده مي I > I باشد بنابراين < N مي چون N N N U I شود. باتوجه به رابطه = = U I وخواهد شد. شکل) 3-9 ( U I N N شکل) 3-8 (ترانسفورماتورهاي کاهنده شکل) 3-9 (ترانسفورماتورهاي افزاينده 4 I U N > N, U < U, I > I U I N N I U N < N, U < U, I < I

13 U I N N I U مثال: دريک ترانسفورماتورتک فاز ايده آل تعداد دور سيم پيچ اوليه 500 دور وتعداد دور سيم پيچ هاي ثانويه 600 دورو دور 800 است. اگر ولتاژ اوليه 00 ولت باشد مطلوبست: - ولتاژثانويه بادور ولتاژثانويه بادور 800 N= N, U= U, I= I شکل) 0-3 ) ترانسفورماتور یک به یک N N N U = 500 دور = 600 دور = 800 دور = 00V N N U U U = = U 600 U = = 40V = = 30V ترانسفورماتورهاي يک به يک: در ترانسفورماتورهاي يک به يک تعداد دورسيم پيچ اوليه وتعداد دورسيم پيچ ثانويه باهم برابرهستند.بدين علت ضريب تبديل اين ترانسفورماتورها برابر يک است. اگردر سيستم مصرفي بخواهند ارتباط الکتريکي مصرف کننده ها را براي مسايل حفاظتي ازشبکه الکتريکي قطع کنند از ترانسفورماتورهاي يک به يک استفاده مي کنند.دراين حالت مصرف کننده ها از طريق ارتباط مغناطيسي به شبکه متصل مي شوند.اگر درطرف شبکه الکتريکي اتصال کوتاه يا نوسانات ناخواسته ايجاد شود مصرف کننده هايي که با ترانسفورماتورهاي يک به يک به شبکه وصل شده اند از خطرات احتمالي مصون خواهند ماند. به اين نوع ارتباط اصطالحا ايزوله کردن مي گويند. شکل) 3-0 ( ترانسفورماتورباچند ورودي وچند خروجي: تنوع استاندارد ولتاژ درکشورهاي مختلف ايجاب مي کند هر کشور براساس ولتاژ استاندارد خودش مصرف کننده هاي خود را توليد کند. براي آن که به توان از مصرف کننده هاي مختلف با استاندارد توليدي متفاوت درساير کشورها نيز استفاده کرد مي توان ازترانسفورماتورهاي چند ورودي و چند خروجي براي تغذيه آن ها استفاده کرد. الزم به توضيح است اين نوع استفاده ها براي بارهاي اهمي توصيه مي شود و براي مصرف کننده هاي موتوري )گردنده ) ومصرف کننده هاي خازني و سلفي توصيه نمي شود مگر آن که فرکانس شبکه هاي تغذيه يکي باشند. کاربرد ديگر ترانسفورهاي چند ورودي وچند خروجي فراهم کردن امکان اتصال مصرف کننده هايي که ولتاژ نامي متفاوتي دارند به شبکه برق است. اگريک شبکه الکتريکي با نوسانات ولتاژ بيشتري روبرو باشد با تغيير رنج

14 الف -ترانسفورماتوربا یک ورودی و دو خروجی مستقل ولتاژ ترانسفورهاي چند ورودي ولتاژ نامي مصرف کننده را مي توان تهيه کرد. به فرض مثال اگر دريک کشوراستاندار ولتاژ فازي آن 0 ولت ودريک کشور ديگر استاندارد ولتاژ آن 0 ولت باشد مي توان يک ترانسفورماتور با دوسيم پيچ ورودي ساخت که 0 ولت و 0 ولت را پشتيباني کند. درکشور ايران ولتاژ خطي 380 ولت و ولتاژ فازي 0 ولت است. ترانسفورماتورهاي جوشکاري را براي دو ورودي 0 و 380 ولت طراحي مي کنند. اگر دريک منطقه برق سه فاز نباشد وضعيت ورودي را براي برق تک فاز يعني 0 ولت تغيير مي دهند. در شبکه هاي سه فاز از وضعيت 380 ولت استفاده مي شود. درترانسفورماتورهاي چند ورودي و چند خروجي ممکن است خروجي ها مستقل يا غيرمستقل باشند. شکل) 3- (الف ب و پ اتوترانسفورماتور: دراتوترانسفورماتورها به جاي دوسيم پيچ از يک سيم پيچ استفاده مي شود. بدين ترتيب از يک سيم پيچ دراتو ترانسفورماتورها صرفه جويي مي شود.در اتوترانسفورماتور بين سيم اوليه وسيم پيچ ثانويه عالوه بر ارتباط مغناطيسي ارتباط الکتريکي نيز وجود دارد.قسمت زياد انرژي ازطريق ارتباط الکتريکي وقسمت کم از طريق الکترومغناطيس به بار منتقل مي شود. ازآن جايي که مقدارانتقال انرژي از طريق هسته کم است لذا وزن هسته به کاررفته دراتوترانسفورماتورها کم است وتلفات هسته نيزکم خواهد شد.با حذف يک سيم پيچ وکاهش وزن هسته چند ويژگي را به اتوترانسفورماتورخواهد داد. ورودی ورودی خروجی خروجی ب-ترانسفورماتوربا دو ورودی و یک خروجی پ -ترانسفورماتوربا دو ورودی و سه خروجی غیر مستقل شکل ) - (الف ب وپ ترانسفورماتور چند ورودی و چند خروجی مستقل - وزن اتو ترانسفورماتوردر مقايسه باترانسفورماتورهاي مشابه سبکتر مي شود. - تلفات مسي وتلفات آهني کاهش مي يابد. - هزينه ساحت اتوترانسفورماتور کم مي شود. - راندمان ترانسفورماتور زياد مي شود. به خاطر ويژگي هاي باال اتوترانسفورماتورها را ترانسفورماتورهاي تقريبا ايده آل وبا 44

15 صرفه مي گويند. دراتوترانسفورماتورها به سيم پيچ بين سيم پيچ اوليه وثانويه سيم پيچ مشترک وبه سيم پيچ خاص اوليه يا ثانويه سيم پيچ سري مي گويند. به سبب آنکه ازسيم پيچ مشترک تفاضل جريان اوليه وثانويه عبور مي کند مي توان سطح مقطع اين قسمت از سيم پيچ را کمتر در نظر گرفت.اتوترانسفور ماتورها مانند ترانسفورماتورهاي معمولي به صورت افزاينده يا کاهنده طراحي مي شوند شکل )3- (الف و ب. -توان تيپ اتوترانسفورماتورها: آن قسمت از توان که از طريق هسته در اتو ترانسفورماتورها انتقال مي يابد را توان تيپ مي گويند و با S نشان مي دهند. اگر ولتاژ B S نشان طرف فشار قوي را با U و ولتاژ طرف فشار ضعيف را با U و توان انتقالي رابا L H دهيم توان تيپ از رابطه زير بدست مي آيد: S B UH U = U H L S مثال: تعداد دور سيم پيچ اوليه يک اتوترانسفورماتور 000 دور مي باشد. اين ترانسفورماتوردرطرف فشار قوي به ولتاژ 0 ولت اتصال دارد.در خروجي از سيم مشترک وحلقه 500 دور انشعابي به بارداده شده است. حداکثرجريان خروجي اتوترانسفورماتور 5 آمپر مي باشد مطلوبست: سیم پیچ سری سیم پیچ مشترک سیم پیچ اولیه الف- اتو ترانسفورماتور کاهنده سیم پیچ سری سیم پیچ مشترک ب - اتو ترانسفورماتور افزاینده شکل) 3- (الف وب- اتو ترانسفورماتور N U N = 000 = = N U 500 U N = 500 U = = 0 V 000 UH UL I = 55. A SB = = S U H S = U I = 0 5= 550 VA 0 0 SB = 550= 5 0 VA N I Is = I I = N I = I= = 5. A 500 I 000 I s = 5. 5=. 5A 45

16 - ولتاژ خروجي - توان تيپ - جريان اوليه - جريان سيم پيچ مشترک 3-9- پلاك مشخصات ترانسفور ماتورهاي تک فاز هر ترانسفورماتوري باتوجه به ابعاد هسته تعداد دور سيم پيچ هاي اوليه وثانويه فرکانس ولتاژ هاي ورودي وخروجي توان ظاهري طريقه نصب ولتاژاتصال کوتاه نسبي وزن مقدار روغن راندمان وساير ويژگي هاي ديگر مقادير نامي خواهند داشت که اين مقادير نامي بر روي پالک ترانسفورماتورها نوشته مي شوند. اطالعات قيد شده درپالک ترانسفورماتورها انتخاب ترانسفورماتور مناسب رابراي استفاده بهينه مهيا مي سازد وکاربران باتوجه به نياز و شرايط کار ترانسفورماتور مورد دلخواه متناسب با شرايط مصرف را انتخاب مي کنند. درجدول) 3- ( پالک يک ترانسفورماتور تک فاز را نشان مي دهد. - نام کارخانه سازنده در باالترين کادر نوشته مي شود. - کد مخصوص کارخانه سازنده که ويژگي هاي دستگاه را دارد و درصورت سفارش مجدد دستگاه جديد براساس آن توليد مي شود. - ولتاژ نامي اوليه کيلو ولت و ولتاژ نامي خروجي 0 ولت مي باشد. - توان ظاهري خروجي 5000 ولت آمپر - فرکانس ولتاژ تغذيه 50 هرتس. - کالس عايقي حرارتي اين دستگاه E مي باشد. - حفاظت در مقابل عوامل خارجي ونفوذ آب جدول) 3- (پالک ترانسفورماتور تک فاز کارخانه سازنده تیپ ولتاژ نامی kv VA 5000 توان نامی فرکانس HZ 0v 50 علاي م حفاظتی E کلاس عايقی 46

17 در جدول ) 3- (کالس عایقی استاندارد و درجه حرارت مجاز محیط ارایه شده است. جدول) 3- (کالس عایق ها کالس حراتي يا عايقي حداکثردما X ( Y )يا 90 0 A 05 0 E 0 0 B 30 0 F 55 0 C 80 0 H

18 در جدول) 3-3( انواع حفاطت ها ديده مي شود. جدول) 3-3 ( انواع حفاطت درمقابل اجسام خارجي ونفوذ آب نشانه ایمنی تماس و ایمنی جسم خارجی توصیح نوع ایمنی IP0X IPX IPX IP3X IP4X IP5X IP6X IPX0 IPX IPX IPX3 IPX4 IPX5 IPX6 IPX7 IPX8 بدون ایمنی تماس بدون ایمنی چسم خارجی ایمنی در مقابل جسم خارجی بزرگ تر ازmm ایمنی در مقابل جسم خارجی بزرگ تر ازmm ایمنی در مقابل جسم خارجی بزرگ تر ازmm ایمنی در مقابل جسم خارجی بزرگ تر ازmm ایمنی در مقابل رسوب گرد غبار مضربه داخل ایمنی در مقابل نفوذگرد و غبار بدون ایمنی آب ایمنی در مقابل ریزش عمودی قطرات آب ایمنی در مقابل ریزش عمودی قطرات آب ایمنی در مقابل پخش آب ایمنی در مقابل پاشیدن آب ایمنی در مقابل ریزش فوران آب مثال ازنازل ایمنی در مقابل جریان آب ایمنی در مقابل غوطه ور شدن ایمنی در مقابل غوطه وری کامل = ایمنی آب = نشانه ی انواع ایمنی )مفهوم را در جدول باال ببینید( Pa 48

19 3-0- ترانسفور ماتورهاي سه فاز توليد صنعتي برق در نيرو گاه ها به صورت سه فاز مي باشد. انتقال وتوزيع آن در مراکز مصرف نيزسه فاز است. درانتقال براي کاهش تلفات خطوط از ترانسفورماتورهاي افزاينده سه فاز و در انتهاي خطوط انتقال براي مصرف در ايستگاه هاي برق براي مصارف ازترانسفورماتورهاي کاهنده سه فاز استفاده مي شود. اغلب ترانسفور ماتور هاي سه فاز انتقال قدرت و پست هاي توزيع به علت توان زياد روغني هستند. توسط روغن و بدنه رادياتوري )پره اي شکل( يا لوله اي گرماي توليد شده درهسته شکل ) 3-3 (الف-هسته و سیم پیچ هاي ترانسفور ماتور سه فاز شکل) 3-3 ( ب -ترانسفورماتور سه فاز-سیم پیچ - هسته - مخزن روغن و ظرف انبساط 49 وسيم پيچ ها به خارج ترانسفورماتور هدايت مي شودشکل )3-3(. بدين طريق از آسيب رسيدن به سيم پيچ در اثر افزايش دما جلوگيري به عمل مي آيد. روغن مصرف شده در ترانسفور ماتورها که به روغن ترانسفورماتورها معرف است ضد آتش وعايق الکتريکي خوب مي باشد.اين ترانسفور ماتورها درباالي مخزن روغن يک منبع انبساط دارند. درمواقع افزايش حجم روغن براثر افزايش دما روغن در اين ظرف جمع مي شود و از انفجارمخزن جلوگيري مي شوددر نتيجه بين مخزن روغن و منبع انبساط يک وسيله حفاطتي به نام رله بوخهلتس قرار مي دهند. اين رله ترانسفورماتور را در مقابل سوختن هسته اتصال فاز به بدنه اتصال فازبه فاز چکه کردن روغن و اتصال حلقه ها محافظت مي کند. در ترانسفورماتورهاي فشار قوي اول سيم فشارضعيف را در هسته نصب مي کنند سپس سيم پيچ فشار قوي را برروي سيم پيچ فشار ضعيف قرار مي دهند. در شکل) 3-4 ( اجزاي داخلي يک ترانسفورماتورسه فاز و موقعيت رله بوخهلتس ومنبع انبساط نشان داده شده است در ظرف انبساط روغن نما منبع انبساط رله بوخهلتس شکل) 3-4 ) اجزاي داخلي ترانسفورماتورسه فازوموقعیت رله بوخهلتس

20 انواع اتصال سيم پيچ هاي ترانسقورماتورها: سيم پيچ هاي طرف فشارقوي وطرف فشار ضعيف به صورت ستاره) Y یا λ( مثلث ( Dیا ) و زيگزاک به همديگر اتصال مي يابند. در ترانسفورماتورهاي توزيع به علت داشتن مصرف کننده ها تک فاز و نياز به سيم نول اتصال سيم پيچ هاي ثانويه به صورت اتصال ستاره انجام مي شود. شکل) 5 3- ) اتصال Y/ y یا / λ / λ یا Y y - اتصال / / λ یا D/ شکل) 6 3- ) اتصالY λ λ: مدار اين نوع اتصال در شکل) 3-5 ( نشان داده شده است دراين اتصال هر دو سيم پيچ اوليه و ثانويه به صورت اتصال ستاره وصل مي شوند. دراين اتصال اگر فقط يکي از فازها زير بار برود جريان آن فاز درسيم پيچ اوليه مدارخود را از دو فاز بعدي کامل مي کند. اين عمل باعث مي شود شار مغناطيسي اين دو فاز افزايش يابد تلفات شار بيشتر شود و ولتاژ آن ها زياد شود. از آنجايي که در هر لحظه مجموع ولتاژها سه فاز برابر صفر است افزايش ولتاژ دو فازي که زير بار نيستند سبب مي شود ولتاژ فازي که زير بار رفته است کاهش يابد و به مصرف کننده ها صدمه برساند. به علت بروز مشکالت فوق از اين اتصال استفاده نمي شود. درمواقعي که کمتر از 0 ظرفيت نامي ترانسفورماتورنياز باشد از اين اتصال استفاده مي شود. شکل) 5-3 ) - اتصالY /D یا / λ : در اين نوع اتصال سيم پيچ اوليه به صورت اتصال مثلث و سيم پيچ ثانويه به صورت اتصال ستاره وصل مي شود. در اين اتصال فازها استقالل دارند و اگر هريک از فازها به تنهايي به بار وصل شوند در طرف اوليه جريان از طريق فاز مربوطه مدار خود را تکميل خواهد نمود بدون آنکه به فازهاي ديگر اثر بگذارد. 50

21 شکل) 7 3- ) اتصال Y/z شکل) 3-6 ) - اتصالz : /Y اين اتصال به اتصال ستاره زيگزاگ معروف است که سيم پيچ اوليه به صورت اتصال ستاره وصل مي شود. درثانويه سيم پيچ هرفاز به دوقسمت تقسيم مي شود و به صورت شکل) 3-7 ( به هم ديگر متصل مي شوند. اين نوع اتصال در شبکه هاي توريع با قدرت کم با متوسط به کار مي رود. در مواردي که اتصال اوليه اجبارا ستاره باشد و در ثانويه به سيم نول نياز باشد ازاتصالz /Y استفاده مي شود. به طوري که در شکل )-7 ) نشان داده شده است. دراتصالz /Y مشکالت اتصال /Y وجود ندارد وقتي که يک فاز زير بار برود درسيم پيچ اوليه دو فاز را درتامين y انرژي به کار مي کشد. دراتصالz /Y به سبب آنکه نيروي محرکه دو سيم پيچ به صورت برداري جمع مي شوند مقدار آن کاهش مي يابد و براي جبران آن بايد تعداد دور کالف ها را افزايش داد تنظیم ولتاژترانسفور ماتورها کلید) Changer :)Top در ترانسفورماتورها براي مديريت ولتاژ در طرف ثانويه از کليد Top Changer در طرف فشار قوي استفاده مي شود. با تغيير رنج اين کليد تعداد دور سيم پيچ اوليه کم يا زياد مي کنند و ولتاژ خروجي تغيير مي کند. معموال" تغييرات دور در هر مرحله دورسيم 40 پيچ اوليه مي باشد. شکل )3-8( U V W U V W U3 U V3 V W3 شکل) -3 8 ) کلید تنظیم ولتاژ) Changer )Top - 3- ترانسفورماتورهای اندازه گیري شکل) 3-9 ) ترانسP.T دستگاه هاي اندازه گيري معمولي توانايي سنجش جريان ها و ولتاژ هاي زياد را ندارند. براي اندازه گيري جريان ها ي زياد و ولتاژهاي زياد ازترانسفورماتور اندازه گيري جريان )C.T) و ترانسفورماتور اندازه گيري ولتاژ )P.T( استفاده مي شود. شکل )3-9( 5

22 3 -ترانسفورماتور -- اندازه گيري جريان: سيم پيچ اوليه اين ترانسفورماتورها را شينه ها باس بار يا سيم هاي انتقال شبكه تشكيل مي دهند. سيم پيچ دوم بر روي هسته مغناطيسي كه سيم پيچ اوليه از درون ا ن مي گذرد پيچيده مي شود. ميدان مغناطيسي ناشي از عبورجريان در اوليه در سيم پيچ ثانويه جريان ضعيفي القا مي كند و اين جريان از ا مپرمتر معمولي عبور مي كند. مقدار قراي ت شده از ا مپرمتر را درضريب تبديل تراتسفورماتور ضرب مي كنند و جريان عبوري ازسيم هاي انتقال را بدست مي ا ورند. شكل (3-0 ( براي تعويض ا مپرمتر معيوب ابتدا دو سر سيم پيچ ثانويه را اتصال كوتاه مي دهند و ا مپرمعيوب را با ا مپرمتر سالم تعويض مي كنند سپس مسير اتصال را براي سنجش جريان باز مي كنند. براي جلوگيري از تخريب جريان ها كي وروسيتيو يك طرف سيم ثانويه را اتصال زمين مي دهند. مثال: در مدار اندازه گيري شكل( - 3) مقدار جرياني كه از ا مپرمترخوانده 300 A 5 شكل (3-0) چند نمونه از ترانسفورماتورجريان مي شود ا مپر و ضريب تبديل ترانسفورماتور چند ا مپر است است. جريان خطوط انتقال 3-- -ترانسفورماتورندازه گيري ولتاژ:سيم پيچاوليهاين ترانسفورماتورها با تعداد بيشتربه ولتاژ شبكه و سيم پيچ ثانويه با تعداد دور كمتر به ولت متر وصل مي شود. ولتاژ شبكه از حاصل ضرب مقدار قراي ت شده از ولت متر با ضريب تبديل ترانسفورماتور بدست مي ا يد. شكل ) 3- ( شكل( (3- P.T IL = IA a IL = 300 = 70A 5 شكل C.T(3-) 3-- تشخيص سالم بودن سيم پيچ ها وعايق ترانسفورماتور سالم بودن سيم پيچ ها را به چند روش مي توان تشخيص داد. يكي ازاين روش ها شكل ظاهري سيم پيچ ها است كه با مشاهده سيم پيچ ها رنگ تمام قسمت ها ي سيم يكنواخت وشفاف به نظر مي ا يد. شكل (3-3) 5

23 درسيم پيچ هاي ناسالم شکل ظاهري سيم پيچ ها درقسمت هاي مختلف رنگ يکنواخت را ازدست مي دهند يا رنگ سيم پيچ ها تيره والک سيم ها خشک وشکننده مي شوند. شکل )3-4( ازروش هاي ديگر تشخيص سالم بودن سيم پيچ ها آزمايش ولتاژگيري است دراين طريق ابتدا ولتاژ نامي را در طرف سيم پيچ قسمت فشار قوي برقرار مي کنيم و بار نامي را به ترانسفورماتور اتصال مي دهيم.ولتاژ خروجي را اندازه گيري مي کنيم اگر شکل) 3-3 ) در سيم پيچ هاي سالم رنگ تمام قسمت ها يکنواخت و شفاف است مقدار اندازه گيري شده برابر ولتاژ نامي طرف فشار ضعيف باشد سيم پيچ ها سالم هستند و اگر مقدار زيادي اختالف داشته باشند. به احتمال قوي درسيم پيچ ها اتصال حلقه رخ داده است. اين تشخيص ازطريق آزمايش اتصال کوتاه هم امکان پذيراست. اگرمولفه هاي اهمي و القايي در آزمايش اتصال کوتاه تغيير کرده باشند احتمال اتصال حلقه وجود دارد. شکل) 3-5 ) براي تعيين صحت عايقي بين سيم پيچ ها وسيم پيچ ها با بدنه از اندازه گيري مقاومت با ميگراستفاده مي شود. مقدار مقاومت عايقي بين سيم پيچ ها وسيم پيچ ها با بدنه بايد خيلي زياد و بيشتر از چندين مگا اهم بدست آيد. شکل )3-6( شکل) 3-5( تشخيص سالم بودن سيم ها از طريق ولتاژگيري شکل) 3-4 ) در سيم پيچ هاي نا سالم يکنواختي رنگ موجود نيست 53

24 3-3- تعیین سیم پیچ فشار ضعیف وسیم پیچ فشار قوي ترانسفورماتور سيم پيچ طرف فشارضعيف در ترانسفور ماتورها به علت تحمل جريان زياد و ولتاژ کم داراي تعداد دور کم و ضخامت سيم زياد مي باشد. اين شرايط در طرف سيم پيچ فشارقوي به علت ولتاژ زياد و جريان کم برعکس طرف فشارضعيف تعداد دور زياد و ضخامت سيم کم است. بنابراين مقاومت اهمي سيم طرف فشار قوي زياد و مقاومت اهمي سيم پيچ فشارضعيف کم خواهد بود. ازاين خاصيت مي توان سيم پيچ هاي طرف هاي فشارقوي و ضعيف را با اهم متر تعيين کرد. با اندازه گيري مقاومت اهمي سيم پيچ ها سيم پيچي که مقاومت اهمي زياد دارد به طرف فشار قوي تعلق داد. وسيم پيچي که مقاومت کمي دارد به طرف فشارضعيف تعلق دارد. ازقطر سيم ها نيز مي توان سيم پيچ ها را تشخيص داد. سيم پيچي که قطر سيم آن زياد است به طرف فشارضعيف مربوط است و سيم پيچ با قطر کم به طرف فشارقوي تعلق دارد. شکل ) 3-7( شکل) 3-6 (تست عايقي 3-4- موازي کردن ترانسفورماتورها شکل )7-3 ) تعیین سیم پیچ هاي فشار زياد وفشارضعیف رشد جمعيت توسعه مراکز صنعتي وگسترش توليد باعث مي شود که انرژي الکتريکي بيشتري درخواست شود. ترانسفورماتور هاي نصب شده به علت محدود 54

25 بودن توان انتقالي نمي توانند انرژي الکتريکي درخواست شده راتامين کنند. الزم است ترانسفورماتورهاي جديد به شبکه الکتريکي اضافه شود تا با کمک ترانسفورماتورهاي نصب شده انرژي الکتريکي مورد نياز را تامين کنند. ورود ترانسفورماتورهاي جديد بايد شرايط ترانسفورماتورهاي نصب شده را دارا باشند. شرايط موازي کردن ترانسفورماتورها را مي توان به صورت زير دسته بندي کرد. - ولتاژهاي ورودي وخروجي ترانسفورماتورها بايد يکي باشند. به عبارت ديگر ضريب تبديل آن ها يکي باشد. R R - اختالف فاز ولتاژهاي ورودي وخروجي فازها برابر باشند. = X X - نسبت مولفه هاي اهمي و القايي ولتاژ اتصال کوتاه آن ها برابر باشند. شکل) 3-8 ) دوترانسفورماتورموازي شده شکل) 30-3( موازي کردن دو ترانسفورماتور تک فاز L L P Z = - نسبت توان ها عکس امپدانس ها باشد. P Z - درصد ولتاژ اتصال کوتاه نسبي آن ها برابر باشند. - در ترانسفورماتور هاي سه فاز گروه ترانسفورماتور بايد يکي باشند. L و L به L به L - درترانسفورماتورها بايد توالي فاز ها رعايت شوند يعني فاز L 3 وصل باشند. شکل )3-8 ) دوترانسفورماتورموازي نشدن مي دهد. L 3 به طريقه موازي کردن ترانسفورماتورهاي تک فاز: موازي کردن ترانسفورماتورهاي يک فاز را معموال توسط ولت متر انجام مي دهند. در اين طريق ولت متر را به دو سيم خروجي ترانسفورماتورها مطابق شکل) 3-9 ( اتصال مي دهند. اگر ولت متر به سيم هاي مشابه يک فاز متصل شده باشد مقدار صفر را نشان خواهد داد که شرايط براي موازي کردن آماده است. مي توان با اتصال کليد ترانسفورماتور جديد را به شبکه وصل کرد. اگرمقدارقرائت شده از ولت متر دو برابر ولتاژ خروجي ترانسفورماتورها باشد. سيم هاي خروجي انتخاب شده مشابه يک فاز نيست و نمي توان دراين شريط ترانسفورماتورجديد را وارد شبکه نمود. بايد سيم هاي خروجي را درترانسفورماتور جديد تعويض کرده و دوباره ولتاژ دو سيم اتصالي به دو سر ولت متر را اندازه گيري کرد. اگر ولت متر مقدارصفر را نشان داد اتصال ترانسفورماتور جديد به شبکه مجاز خواهد بود. شکل) 3-30 ( طريقه موازي کردن ترانسفورماتورهای سه فار: در ترانسفورهای سه فاز عالوه برآن که الزم است گروه ترانسفورماتورها یکی باشد. توالی فازها نیز باید رعایت شود. برای این منظور برای موازی کردن ترانسفورماتورهای سه فازازسه ولت متر یا از سه المپ استفاده می شود. در شکل) 3-3 ( روش اتصال 55

26 توسط سه ولت متر نشان داده شده است. اگر توالى فازها رعايت شده باشدهر سه ولت متر مقدار صفر را نشان خواهند داد. دراين حالت مي توان ترانسفورماتور جديد را به شبكه وصل كرد. اگر سه ولت متر يا دو ولت متر يا يك ولت متر مقدارغيرازصفر را نشان دهند بايد با تعويض اتصال هاي خروجي ترانسفورماتورجديد را روي فاز انجام داد تا هر سه ولت متر مقدار صفر را نشان دهند سپس كليد اتصال را وصل كرد. اگر به جاي سه ولت متر ازسه لامپ استفاده كنيم. وقتي كه هر سه لامپ خاموش باشند شرايط موازي توالي فازها برقرار مي شود. اتصال ترانسفورماتور جديد امكان پذير خواهد شد. شكل 3-3 طريقه موازي كردن دوترانسفورماتورسه فاز 3-5- نقشه خواني و نقشه كشي ترانسفورماتورها براي رسم نقشه هاي ترانسفور ماتورها ابتدا با سمبل هاي مربوط به ترانسفورماتورهاي تك فاز درجدول (3-4) ا شنا مي شويم 56

27 جدول) 3-4 ) عالئم اختصاري واتصالي ترانسفورماتورها سیم پیچ اولیه سیم پیچ اولیه سیم پیچ اولیه سیم پیچ اولیه سیم پیچ اولیه سیم پیچ اولیه شمای فنی سیم پیچ ثانویه سیم پیچ ثانویه بدون هسته آهنی بدون هسته آهنی با هسته آهنی بدون هسته آهنی سیم پیچ اولیه سیم پیچ اولیه سیم پیچ اولیه سیم پیچ اولیه سیم پیچ اولیه سیم پیچ اولیه هسته آهنی با فا صله هوایی هسته آهنی با فا صله هوایی هسته شمشی هسته شمشی شمای فنی ترانسفورماتور تک فاز با دو سیم پیچ خروجی مستقل عالمت اتصال شمای فنی عالمت اتصال عالمت اتصال ترانسفورماتور تک فاز با دو سیم پیچ خروجی مستقل شمای فنی عالمت اتصال عالمت اتصال مبدل قابل تنظیم یکنواخت شمای فنی عالمت اتصال عالمت اتصال مبدل قابل تنظیم یله ای U V W U V W U U U U 4 U U U U N u v w N u v w ترانسفورماتور سه فاز Dynll شمای فنی عالمت اتصال عالمت اتصال اتوترانسفورماتور کاهنده شمای فنی عالمت اتصال عالمت اتصال اتوترانسفورماتور کاهنده شمای فنی ~ + ~ شمای فنی عالمت اتصال یک سو کننده تمام موج پل - k k شمای فنی عالمت اتصال کلید قطع کننده تحت باز k k k k I I I L L L f a I> I> I> e N U V W N U V W 4 4 Nu v w شمای فنی ترانسفورماتور سه فازYz5 N u v w 57

28 مثال: با توجه به شماي فني داده شده نقشه اتصالي آن را رسم کنيد. نقشه اتصالي در شکل) 3-3( رسم شده است. شکل) 3-3 ) نقشه اتصالي ترانسفورماتور سه فاز با کليد قطع کننده تحت بار 58

29 در شکل) 3-33 ( نقشه اتصالي يک ترانسفور ماتور تک فاز با چند خروجي ثابت ويک خروجي قابل تنظيم بامدار يک سوسازومدار صافي نشان داده شده است. شکل) 3-33 ( 59

30 کار عملي زمان: 4 ساعت هدف: نقشه خواني ورسم نقشه هاي ترانسفورماتور وسايل لازم: A 4 بک برگ - کاغذ - وسايل رسامي ( تخته رسم - خط کش - گونيا - نقاله راپيد... ) در صورت داشتن امکانات کامپيوتر مي توانيد از اتوکد يا word براي رسامي استفاده کنيد. مراحل کار: -نقشه شماتيک شکل) 3-34( را در نظربگيريد. A 4 رسم کنيد. - شما ي حقيقي آن را بر روي کاعذ /N~50Hz0V 0V 5V0V 5V 30 V 6 0V/(0,5,0,5,30)V 3 شکل) 3-34 ( 60

31 کار عملي زمان: ساعت هدف: تشخيص سيم پيچ طرف فشار قوي و سيم پيچ طرف فشارضغيف و تست عايقي ترانسفورماتورتک فاز وسايل لازم: - ترانسفورماتور v /0v يا يکي از ترانسفورماتورهايي که ساخته ايد. يک عدد - اهم متر يک عدد - م يگر يک عدد 3- سيم رابط به مقدار کافي مراحل کار: - به وسيله اهم متر مقاومت اهمي سيم پيچ هاي دوطرف ترانسفورماتور را اندازه گيري کنيد وياداشت کنيد. شکل )3-35 و 3-36 ( - طرفي که مقاومت اهمي کمتري دارد سيم پيچ طرف فشار ضعيف است وطرفي که مقاومت اهمي زيادي دارد سيم پيچ طرف فشار قوي است. 3- مقاومت اهمي يکي از سرهاي سيم پيچ ها فشارقوي وفشار ضعيف راجداگانه توسط ميگربا بدنه ترانسفورماتور اندازه گيري کنيد. اگردر هرمرحله مقاومت نشان داده شده توسط م يگردرمقادير مگا اهم باشد مقاومت عايقي مناسب است و اگر در مقادير اهم يا کيلو اهم باشد مقاومت عايقي مناسب نيست. شکل) 3-36 ) شکل )3-35( 6

32 کار عملي 3 زمان: ساعت هدف: تشخيص سالم بودن سيم پيچ هاي ترانسفورماتورها و موازي کردن ترانسفورماتورهاي تک فاز وسايل مورد نیاز: - ولت متر عدد و آمپر متر يک عدد - المپ 0 واتي ولتي دو عدد - 3 ترانسفورماتور v 0 /0v الي 30 ولت آمپري دوعدد - 4 کليد دوپل عدد کليد تک پل دو عدد - 5 فيوز دوعدد مراحل کار: - طرف فشار قوي ترانسفورماتورها را مطابق شکل به ولتاژ 0 ولت وصل کنيد. اگر هر دو ولت متر مقدار مساوي و حدود ولت را نشان دهند سيم هاي ترانسفورماتور ها سالم هستند. - مدار مطابق شکل) 3-37 و 3-38 ( تشکيل دهيد. Lرا مشاهده کنيد. K را ببنديد و نورالمپ 3- کليد L را مشاهده کنيد. L و K را ببنديد و نورالمپ هاي 4 -کليد T T و خروجي متناظرترانسفورماتور 5- ولت متر را بين ترانسفورماتور قرار دهيد. T مقداري که ولت 6- با تغييرتعداد دورسيم پيچ ثانويه ترانسفورماتور متر نشان مي دهد را برابر صفرکنيد. 7- کليد a را وصل کنيد هرگونه تغييرات مشاهده شده را تشريح کنيد شکل) 3-38 ) شکل) 3-37 ) 6

33 ا زمون پاياني )3( - اجزاء ساختمان يک ترانسفورماتور تک فاز را نام ببريد و وظيفه هر قسمت را بيان کنيد. - نقش ترانسفورماتور ها را در انتقال انرژي الکتريکي را توضيح دهيد. - 3 القاي متقابل را کامال شرح دهيد. 4- اصول کار ترانسفورماتورهارا شرح دهيد. - 5 خود تنظيمي ترانسفورماتورها را توضيح دهيد. 6- در پالک ترانسفورماتوري در قسمت حفاظت IP44 نوشته شده است.نوع حفاظت را شرح دهيد. 7 -نقش منبع انبساط رله بوخهلتس بدنه ترانسفورماتورهاي روغني را بيان کنيد. - 8 انواع اتصال ها وگروه هاي ترانسفورماتورهاي سه فاز شرح دهيد. - 9 چگونه با اهم متر مي توان سيم پيچ اوليه وثانويه يک ترانسفورماتور را تشخيص داد. 0- شرايط موازي کردن ترانسفورماتورها را بيان کنيد وطريقه موازي کردن آن ها را با رسم شکل شرح دهيد. - انواع تلفات ترانسفورماتورها توضيح دهيد. - ارتباط انواع تلفات ترانسفورماتورها را با فرکانس وچگالي ميدان بيان کنيد. 3- ترانسفورماتورهاي حقيقي با ترانسفورماتورهاي ايده آل چه تفاوتي دارند.درعمل چرا نمي توان به ترانسفورماتورهاي ايده آل دسترسي پيدا کرد. 4- مزايا ومعايب اتوترانسفورماتوررا بيان کنيد. 5- تعداد دور سيم پيچ اوليه يک اتوترانسفورماتور 800 دور مي باشد. اين ترانسفورماتور درطرف فشار قوي به ولتاژ 40 ولت اتصال دارد. در خروجي ازسيم مشترک و حلقه 400 دور انشعابي به بار داده شده است. حداکثر جريان خروجي اتوترانسفورماتور 4 آمپر مي باشد مطلوبست : - توان خروجي - توان انتقالي از طريق هسته و مدار الکتريکي - اگرکل تلفات اتوترانسفورماتور 0 وات باشد جريان اوليه چند آمپر خواهد بود. - 6 يک ترانسفورماتورتک فاز ايده آل با ولتاژ اوليه 40 ولت بار اهمي 0 اهمي را با جريان آمپر تغديه مي کند اگر تعداد دور سيم پيچ اوليه 00 دور باشد مطلوبست : 63

34 ا زمون پاياني )3( - ولتاژخروجي - جريان اوليه - تعداد دور سيم پيچ اوليه 7- يک ترانسفورماتور تک فاز بار اهمي 00 وات را تحت ولتاژ 50 ولت تغذيه مي کند. اگر تلفات هسته آن 0 وات وتلفات مسي آن 30 وات باشد.راندمان ترانسفورماتور را بدست آوريد. 64