ترانسفورماتور مولف : جواد خشت زر قابل استفاده برای هنرجویان دانشجویان مدرسان و مهندسان رشته برق

Transcript

1 ترانسفورماتور قابل استفاده برای هنرجویان دانشجویان مدرسان و مهندسان رشته برق

2 ترانسفورماتور ترانسفورماتور وسیله ای است که انرژی الکتریکی را از یک سطح به سطح دیگری انتقال میدهد بدون اینکه در کمیت های نامی مانند فرکانس تغییری ایجاد کند. ترانسفورماتور جزء ماشین های الکتریکی محسوب نمی شود چون انرژی ورودی و خروجی آن از نوع الکتریکی است اما به دلیل شباهت زیاد آن به ماشین های الکتریکی در درس ماشین های الکتریکی بررسی می شود و در دو نوع سه فاز و تکفاز وجود دارند. نکته جالب در مورد ترانس این است که بر خالف سایر ماشین های الکتریکی قسمت گردنده ندارد و یک ماشین ساکن است. ترانسفورماتور بر اساس خاصیت القا ( قانون دوم فاراده ) کار میکند و از قسمت های زیر تشکیل شده است. سیم پیچ ها : در ترانس تکفاز دو سیم پیچ از جنس مس یا آلومینیوم به صورت الکی وجود دارد که به سیم پیچ اولیه و ثانویه نامیده میشود. سیم پیچی که به ولتاژ بیشتر وصل میشود سیم پیچ فشار قوی و سیم پیچی که ولتاژ کمتری دارد سیم پیچ فشار ضعیف نامیده میشود که بر روی هسته پیچیده میشوند. سیم پیچ ترانس های کوچک را بر روی قرقره می پیچند جنس قرقره ترموپالست یا پالستیک خشک است. در ترانسفورماتورهای قدرت سه نوع سیم پیچ الیه ای حلزونی و دیسکی استفاده می شود.

3 هسته : هسته ترانسفورماتور از ورقه های مغناطیسی ( دیناموبلش ) یا فریت تشکیل میشود که برای هدایت فوران و نگه داشتن سیم پیچ ها مورد استفاده قرار میگیرد. هسته ترانسفورماتور باید دارای هدایت الکتریکی خوب و هدایت الکتریکی بد باشد. به منظور کاهش تلفات هیسترزیس به هسته ترانس مقداری سیلیسیم اضافه میکنند و به منظور کاهش تلفات فوکو هسته ترانس را ورقه ورقه میکنند. دلیل استفاده از ترانسفورماتور : انرژی الکتریکی در نیروگاههای توسط آلترناتورهای سه فاز تولید میشود ولتاژتولیدی معموأل بین 01 تا 01 کیلو ولت است. به دلیل دور بودن نیروگاه ها از مراکز مصرف احتیاج است که انرژی الکتریکی توسط کابل های هوایی انتقال داده شود. اگر بخواهیم انرژی الکتریکی را با این ولتاژکم انتقال دهیم جریان زیادی ایجاد میشود ( در یک توان ثابت هر قدر ولتاژ زیاد تر باشد جریان کمتر میشو =I ) که مشکالت زیر را ایجاد میکند. 0- سطح مقطع سیم ها باید زیاد انتخاب شود که هزینه ها را بسیار باال میبرد. - 2 جریان زیاد باعث افزایش افت ولتاژ R I و افزایش تلفات توان میشود. - 0 احتیاج به تجهیزاتی است که باید تحمل جریان زیاد را داشته باشند. بنابر این در ابتدای خط یک ترانس قرار میگیرد تا ولتاژ رازیاد کندکه این افزایش ولتاژ جریان را کاهش می دهدکه موجب کاهش تلفات میشود. در انتهای خط انتقال نیز ولتاژ فشار قوی در یک یا چند مرحله کاهش می یابد.

4 انواع شبکه های انرژی الکتریکی شبکه انتقال : انتقال انرژی الکتریکی با ولتاژ 022 / 032 kv را شبکه انتقال میگویند. شبکه فوق توزیع : انتقال انرژی الکتریکی با ولتاژ 132 راشبکه / 63 kv فوق توزیع میگویند. شبکه توزیع : شبکه توزیع نیز در دوسطح فشار متوسط با ولتاژهای 11 / 20 / 33 kv وشبکه فشار ضعیف با ولتاژ خطی 400 v و ولتاژ فازی 231 v وجود دارد. خطوط انتقال فوق توزیع و فشار متوسط سه سیمه RST است. و شبکه های فشار ضعیف دارای 5 سیم است که به ترتیب از باال به پایین سیم نول روشنایی و معابر سه فاز شبکه می باشند. استاندارد VDE استاندارد IEC از جمله کاربرد های ترانس در شبکه های انتقال و توزیع در مدارهای الکترونیکی در مدارات یکسوساز راه اندازی الکتروموتورهای سه فاز جوشکاری برقی و... را میتوان نام برد. ترانسفورماتورها را از دیدگاههای مختلفی تقسیم بندی میکنند که در زیر به بررسی آنها میپردازیم. - 1 از دیدگاه ساختمان ) Core Type الف : نوع هسته ای ( که در فشار قوی استفاده میشود سیم پیچ ها به صورت استوانه ای متحدالمرکز روی هسته قرار داده می شوند. ب : نوع زرهی ( Type ) Shell که در فشار ضعیف کاربرد دارد سیم پیچ ها به صورت ساندویچی روی هم قرار می گیرند و هسته آهنی همانند زره ای سیم پیچ ها را در میان گرفته است. نوع هسته ای نوع زره ای

5 - 2 از نظرنوع منبع الف : تکفاز ب : چند فاز )سه شش دوازده و... ) - 3 از نظر کاربرد انتقال ( پست ) توزیع ( توزیع ) الف : قدرت - نیروگاهی ( واحد ) ترانس ولتاژ ) PT ب : اندازه گیری ( ترانس جریان CT ج : ترانس تطبیق امپدانس د : ترانس ایزوله کننده طرز کار ترانسفورماتور ترانس از دو سیم پیچ تشکیل شده است با اعمال ولتاژ به سیم پیچ اولیه یک جریانی از سیم پیچ عبور میکند که موجب به وجود آمدن فوران مغناطیسی میشود از آنجایی که برق اعمالی به ترانس از نوع ac است متناسب با آن فوران ایجاد شده نیز متغیر و متناوب است. فوران تولیدی از طریق هسته مسیر خود را میبندد و سیم پیچ ثانویه را قطع میکند که بر طبق قانون القای فاراده موجب القای ولتاژی در سیم پیچ ثانویه میشود مقدار این ولتاژ به تعداد دور سیم پیچ فوران هسته فرکانس شبکه جنس هسته و نحوه ی قرار گرفتن سیم پیچ ها بستگی دارد و از رابطه زیر بدست می آید. U 0 = 4.44 N.φ. f به جای فوران میتوان معادل آن را در فرمول قرار داد φ B= A تا فرمول ملموس تری بدست آید.

6 U 0 = 4.44 N.B.A.f در این رابطه : : U 0 ولتاژ بی باری ترانس بر حسب ولت.)Hz( فرکانس شبکه بر حسب هرتز : f T چگالی میدان مغناطیسی بر حسب تسال : B : A سطح مقطع هسته ترانس بر حسب متر مربع

7 ترانسفورماتور ایده آل شکل مقابل مربوط به یک ترانس ایده آل است. ترانس ایده آل دارای خصوصیات زیر است :. 0 تلفات توان آن صفر است = 0 Δp پس راندمان آن 011 در صد است. به عبارت دیگر توان ورودی و S1 = S2 = U1. I1 = U2. I2 خروجی برابر هم هستند. 2 فوران پراکندگی سیم پیچ های اولیه و ثانویه صفر است.0 = Ls φ LP = φ پس کوپلینگ مغناطیسی آن کامل است.. 0 ضریب نفوذ مغناطیسی هست r بی نهایت است.. 4 جریان سیم پیچ های ترانس در حالت بی باری صفر است.. 5 تلفات فوکو هیسترزیس هسته صفر است..6 نیرو محرکه اولیه ( I1 ) N1. برابر با نیرو محرکه ثانویه ( I2 ) N2. است.. 7 مقاومت سیم پیچ های اولیه و ثانویه صفر است = 0 R2 R1 = چنین ترانسی تنها دارای نسبت تبدیل a می باشد.. 8 جنس هسته و مواد به کار رفته در ترانس قدرت بسیار مناسب میباشد به همین دلیل خصوصیات ترانس قدرت به ترانس ایده آل نزدیک است.

8 رابطه اساسی ترانس است. در ترانسفورماتور ایده آل نسبت ولتاژ سیم پیچ ها برابر نسبت تعداد دور حلقه های آن در این رابطه : : U1 ولتاژ سیم پیچ اولیه : U2 ولتاژ سیم پیچ ثانویه : N1 تعداد دور سیم پیچ اولیه : N2 تعداد دور ثانویه - Ex در یک ترانسفورماتور ایده آل اگر تعداد دور سیم پیچ اولیه 011 و تعداد دور سیم پیچ های ثانویه 211 باشد در صورتی که اولیه به برق شهر وصل شود ولتاژی که از سیم پیچ های ثانویه بر قرار میشود چند ولت است همانطور که گفته شد در ترانس ایده آل توان ورودی S1 = U1 I1 برابر با توان خروجی S2 = U2 I2 در نتیجه میتوان رابطه جدیدی بین ولتاژ و جریان سیم پیچ های اولیه و ثانویه بدست آورد. که در آن بیان میشود که نسبت جریان سیم پیچ ها با عکس نسبت ولتاژ ها متناسب است. S1 = U1 I1 = S2 = U2 I2

9 و با توجه به برابری نیرو محرکه های اولیه و ثانویه ی ترانس میتوان رابطه بین جریان ها و تعداد حلقه ها را پیدا کنیم. با توجه به رایطه های فوق رابطه اساسی ترانس به صورت زیر بیان میشود. - Ex در یک ترانسفور ماتور ایده آل سیم پیچ اولیه با تعداد دور 811 به برق تکفاز 211 ولت وصل میشود و جریان 01 آمپر از شبکه دریافت میکند. اگر تعداد دور سیم پیچ های ثانویه 411 باشد مطلوب است محاسبه ولتاژ و جریان ثانویه ترانسفورماتور. در ترانس شکل مقابل اگر سیم پیچ اولیه به اختالف پتانسیل 120 v با فرکانس 50 Hz وصل شود ولتاژ - Ex خروجی و فرکانس خروجی آن چقدر است U2 = 12 v از آنجایی که ترانسفورماتور ولتاژی را با فرکانس مشخص به ولتاژی دیگر با همان فرکانس تبدیل میکند پس در این ترانس ولتاژ خروجی با دامنه ولت تحت فرکانس 0 هرتز به بار تحویل میدهد.

10 از روابط فوق می توان نتیجه گرفت که اگر تعداد دور سیم پیچ های هر سمت بیشتر باشد ولتاژ آن قسمت بیشتر ) میتوان به سه نوع تقسیم است. بر همین اساس ترانسفور ماتورها را بر اساس مقدار ضریب تبدیل ( کرد. ترانس افزاینده : در ترانسفورماتور افزاینده تعداد دور سیم پیچ ثانویه از تعداد دور سیم پیچ اولیه بیشتر است ترانس افزاینده ولتاژ را افزایش وجریان را کاهش میدهد و اغلب در ابتدای خطوط انتقال انرژی الکتریکی برای افزایش ولتاژمورد استفاده قرار میگیرند. ترانس کاهنده : در ترانسفورماتور کاهنده تعداد دور سیم پیچ ثانویه از تعداد دور سیم پیچ اولیه کمتر است ترانس افزاینده ولتاژ را کاهش وجریان راافزایش میدهد و اغلب برای کاهش ولتاژ در انتهای خطوط انتقال و توزیع وبرای تأمین ولتاژ وجریان و تطبیق امپدانس در مدارات الکترونی استفاده میشود. ترانس یک به یک : در این نوع ترانس تعداد حلقه های سیم پیچ های اولیه و ثانویه با هم برابرند. ترانس یک به یک برای حفاظت مورد استفاده قرار میگیرد. ترانسفورماتور واقعی در ترانس واقعی روابطی که برای ترانس ایده آل بیان شد برقرار نیست برای مثال سیم پیچ ها دارای مقداری جریان بی باری است در حالت بی باری سیم پیچ ها دارای جریان بی باری است راندمان ترانس 011 در صد نیست و مقداری تلفات توان دارد نیرو محرکه سیم پیچ اولیه از سیم پیچ ثانویه بیشتر است فوران پراکندگی زیاد است و.... بنابراین بر تحلیل ترانسفورماتور واقعی از مدار معادل آن در حالت بی باری استفاده میکنیم مدار معادل ولتاژ ها و جریان های ترانسفورماتور واقعی بدون بار

11 در این مدار معادل چهار پارامتر برای هر سیم پیچ ترانس به وسیله مقاومت و سلف مدل میکنیم : R1 :مقاومت اهمی سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور است که توسط آزمایش جریان مستقیم بدست می آید و تلفات مسی را به وجود می آورد.که با ترانس به صورت سری با ترانس در نظر گرفته میشود. : X1 اثر شار پراکندگی را معادل با اثر یک سلف در نظر میگیریم که با ترانسفورماتور سری شده است. افت ولتاژ ایجاد شده در اثر فوران پراکندگی با جریان بی باری 01 درجه اختالف فاز دارد به همین دلیل به صورت یک سلف مدل میشود. : Rfe تلفات هسته ترانسفورماتور که شامل تلفات فوکو و هیسترزیس است توسط یک جریان Iw که با ولتاژ اعمالی هم فاز است واز یک مقاومت اهمی میگذرد مدل میکنند. : Xm جریانی که میدان اصلی ترانس را به وجود می آورد را با Iw نشان میدهند و از آنجایی که این جریان با ولتاژ اعمالی اختالف فاز 01 درجه دارد پس توسط یک سلف مدل میشود. 01 از مجموع جریان Iw و Im جریان بی باری تشکیل میشود از آنجایی که این دو جریان با هم درجه اختالف فاز دارند پس جریان بی باری به صورت زیر محاسبه میشود. در یک ترانس اگر ولتاژ ورودیkv 1 ولت باشد و مقاومت معادل تلفات 2 kω و اندوکتانس میدان - Ex اصلی 5 kω مطلوب است محاسبه جریان بی باری ترانسفورماتور. 0 0

12 کوپلینگ مغناطیسی 0 0 : با عبور جریان از سیم پیچ اولیه یک میدان مغناطیسی در آن ایجاد میشود این میدان مغناطیسی از طریق هسته مسیر خود را میبندد و سیم پیچ ثانویه را قطع میکند در ترانس ایده آل تمام فورانی که توسط سیم پیچ اولیه تولید میشود سیم پیچ ثانویه را قطع میکند و هیچگونه فوران پراکندگی ای وجود ندارد. اما در ترانس واقعی مقداری از فوران از هسته خارج شده و مسیر خود را از هوا میبندد به چنین فورانی فوران یا میدان پراکندگی می گویند. هر قدر ترانسفور ماتور بزرگتر باشد فوران پراکندگی بیشتر است. فوران پراکندگی سیم پیچ اولیه ) Lp( و فوران پراکندگی سیم پیچ ثانویه ) Ls( با هم برابر و بسیار کوچکتر از فوران پیوندی هسته میباشند. ولتاژ اتصال کوتاه : ولتاژ اتصال کوتاه به اختالف پتانسیلی گفته میشود که در فرکانس نامی و در حالی که سیم پیچ ثانویه اتصال کوتاه شده است به سیم پیچ اولیه اعمال میشود تا از آن جریان نامی عبور کند.ولتاژ اتصال کوتاه معیاری برای نشان دادن میدان یا فوران پراکندگی و مقاومت اهمی سیم پیچ ها است. جریان اتصال کوتاه : چنانچه ترمینال های ثانویه یک ترانسفورماتور در حالت کار به هم اتصال کوتاه شوند حالت اتصال کوتاه رخ میدهد که موجب جاری شدن جریانی از سیم پیچ های ترانس میشود که به جریان اتصال کوتاه معروف است. جریان هجومی یا یورشی در ترانسفورماتور : درست در لحظه ای که یک ترانسفورماتور به شبکه وصل میشود به علت تغییرات شار جریان مغناطیس کننده بزرگی از اولیه عبور میکند که به جریان یورشی ترانس مشهور است.

13 تلفات ترانسفورماتور - تلفات مسیPcu : سیم پیچ های ترانس دارای مقاومت اهمی هستند و با عبور جریان از آنها تلفاتی به 1 وجود می آید که به تلفات مسی مشهور است. تلفات مسی به مجذور جریان سیم پیچ ها بستگی دارد و به وسیله آزمایش اتصال کوتاه بدست می آید. آزمایش اتصال کوتاه : در این آزمایشکه تحت جریان و فرکانس نامی انجام میشود سیم پیچ های ثانویه را اتصال کوتاه کرده و سیم پیچ اولیه را به یک منبع ولتاژ متغیر وصل میکنیم توسط یک واتمتر و یک آمپرمتر توان و جریان مدار را اندازه میگیریم. ولتاژ ورودی را به تدریج از صفر شروع به افزایش میدهیم تا جریان نامی از اولیه عبور کند. در این حالت مقداری که واتمتر نشان میدهد برابر تلفات مسی مدار است. - 2 تلفات آهنی : Pfe به مجموع تلفات فوکو ( گردابی یا ادی ) و تلفات هیسترزس تلفات آهنی یا تلفات هسته گفته میشود. این تلفات به ولتاژ ورودی بستگی دارد و به وسیله آزمایش بی باری محاسبه میشود. آزمایش بی باری : اگر به یک ترانس که ثانویه آن بدون بار است ولتاژ نامی وصل کنیم مقدار توانی که توسط واتمتر اندازه گرفته ایم برابر تلفات آهنی است. آزمایش جریان مستقیم : از آزمایش DC برای اندازه گیری مقدار مقاومت اهمی سیم پیچ ها استفاده میشود

14 افت ولتاژ در ترانسفورماتور به دلیل عبور جریان از المان های شاخه سری مقداری افت ولتاژ ایجاد میشود این افت ولتاژ در دو طرف ترانس ایجاد میشود و قابل انتقال نیز میباشد. و از رابطه زیر محاسبه میشود. در این رابطه Δu = R. I cos X. I sin : Δu افت ولتاژ ترانس بر حسب ولت : : R مقاومت اهمی سیم پیچ ها : X مقاومت القایی سیم پیچ ها : I جریان ترانس بر حسب آمپر. : زاویه اختالف فاز بین جریان و ولتاژ ثانویه ترانس که به میزان و نوع بار بستگی دارد. و cos ضریب توان اکتیو و sin ضریب توان راکتیو است. + برای ضریب توان پس فاز یا بارهای اهمی سلفی و برای ضریب توان پیش فاز یا بار های اهمی خازنی منظور میشود - Ex مقاومت اهمی سیم پیچ های یک ترانس 0 Ω و مقاومت القایی آن 2 Ω است اگر بار اهمی سلفی به ضریب توان 1.6 و جریان (A) 20 به ثانویه ترانس متصل باشد افت ولتاژ کلی ترانس چقدر است Δu = R. I cos X. I sin Δu = Ex در یک ترانسفورماتور اگر زاویه قدرت 07 درجه باشد افت ولتاژ اهمی 6 ولت و افت ولتاژ سلفی 08 ولت باشد افت ولتاژ کل ترانس چقدر است ( بار ترانس اهمی سلفی است ) Δu = R. I cos X. I sin Δu = 6

15 - ترانسفورماتور تکفازی باری با ضریب توان 1.8 پیش فاز تغذیه میکند اگر افت ولتاژ اهمی 01 و افت Ex ولتاژ سلفی 01 ولت باشد و ولتاژ بی باری 011 ولت باشد ولتاژ تحت بار چند ولت است Δu = R. I cos X. I sin ΔU = = 8 18 = - 10 v ΔU = E2 U2 u2 = E2 Δu U2 = 300 ( - 10 ) = 310 v همانطور که در مثال های فوق دیده میشود اگر بار ترانس اهمی - سلفی باشد افت ولتاژ زیادی در ترانس ایجاد میشود و اگر بار اهمی خالص باشد افت ولتاژ کمتری نسبت به حالت اهمی سلفی ایجاد میشود ولی اگر بار خازنی باشد ( کمتر پیش میاید که بار خازنی باشد ) افت ولتاژ منفی است یعنی نه تنها ولتاژ خروجی کاهش نمیابد بلکه افزایش ولتاژ نیز داریم. راندمان ترانسفورماتور : نسبت توان خروجی به توان ورودی ترانس ضریب بهره یا راندمان گفته میشود که مقدارش همواره کمتر از 0 است با عالمت ) ( نمایش داده میشود Δp = P1 P2 = Pcu + Pfe P1 = P2 + ΔP در یک ترانس تکفاز اگر قدرت ورودی 200 kw و قدرت خروجی 190 kw باشد مطلوب است - Ex محاسبه توان تلف شده ترانس و راندمان آن. = 0 % = 95% Δp = P0 P2 = 200 k 190 k = 10 kw = watt

16 10 kw و تلفات متغیر 20 kw است اگر تلفات ثابت 350 kw در یک ترانسفورماتور توان خروجی - Ex راندمان ترانس را محاسبه کنید. 0 0 = 92 % نکته : به تلفات آهنی تلفات ثابت میگویند چون این تلفات به ولتاژ ورودی که همواره ثابت است بستگی دارد. و به تلفات مسی تلفات متغیر میگویند زیرا به جریان بستگی دارد که بزرگی آن به میزان بار بستگی دارد. برای ترانسفورماتورهای قدرت که در شبکه های توزیع به کار گرفته میشوند معموأل ضریب بهره را به صورت سالیانه حساب میکنند ضریب بهره سالیانه برابر با نسبت انرژی گرفته شده از ترانسفورماتور در طول سال به انرژی داده شده به آن در طول سال است. راندمان ماکزیمم : از آنجایی که تلفات آهنی به ولتاژ ورودی بستگی دارد و سیم پیچ اولیه ترانسفورماتورها همواره به شبکه وصل است پس در ترانسفورماتور مقدار تلفات آهنی همواره ماکزیمم است و تلفات مسی به بار ( جریان ترانسفورماتور ) بستگی دارد پس میتوان نتیجه گرفت هرقدر مدت زمانی که بار به ترانس متصل است بیشتر باشد تلفات مسی بیشتر است و راندمان ترانس بیشتر میشود پس میتوان گفت که شرط راندمان ماکزیمم برابر بودن تلفات مس و آهن است. - Ex در یک ترانس قدرت اگر توان خروجی 800kw و تلفات ثابت 12 kw و تلفات متغیر 8 kw باشد رانمان ماکزیمم چقدر است If : Pcu = Pfe = max Pcu = Pfe = 12 kw max = 97%

17 موازی کردن ترانسفورماتورهای تکفاز در شبکه های قدرت اغلب الزم است که قدرت بسیار زیادی توسط ترانسفورماتور منتقل شود در این صورت معموأل دو ترانسفورماتور را با هم موازی میکنند. مزیت استفاده از دو ترانس به جای یک ترانس در این است که اوأل حجم و وزن ترانس ها کمتر میشود و حمل و نقل آنها آسانتر است و ثانیأ اگر عیبی در یکی از ترانس ها پیش آید تمام مصرف کننده ها بدون برق نمی مانند و ترانس دوم میتواند بخشی از مصرف کننده ها را تغذیه کند برای موازی بستن دو ترانس تکفاز شرایط زیر باید فراهم باشد. دارای ضریب تبدیل یکسانی باشند به عبارت دیگر ولتاژهای برابری داشته باشند. ولتاژ اتصال کوتاه یکسانی داشته باشند. زاویه اختالف فاز بین ولتاژهای فشار قوی و فشار ضعیف برابر باشند اختالف فاز ولتاژهای ثانویه فقط میتوان 1 یا 081 باشد اگر اختالف فاز ولتاژهای اولیه و ثانویه یکی از ترانس ها صفر و دیگری 081 باشد در هنگام موازی بستن فقط کافی است محل اتصال دو سر خروجی یکی از ترانس ها را عوض کنیم. - اگر توان دو ترانس برابر نباشند نباید ولتاژ اتصال کوتاه ترانس کوچکتر کمتر از ترانس بزرگتر باشد. برای موازی کردن دو ترانس ابتدا سیم پیچ های اولیه هر دو ترانس را به شبکه وصل میکنیم سپس ثانویه ی یکی از ترانس ها را به شبکه دوم متصل کرده و یک سر خروجی ترانس دوم را به یک سر خروجی ترانس اول وصل میکنیم و بعد یک ولت متر را بین دو سر دیگر خروجی ها قرار میدهیم. اگر ولتمتر ولتاژ صفر را نشان داد این دو سر میتوانند به سیم دوم شبکه وصل شود و ترانس ها را موازی کرد. اما اگر ولتمتر دو برابر مقدار واقعی ثانویه ترانس را نشان داد باید جای دو فاز را عوض کنیم.

18 ترانسفورماتور با چند ورودی و چند خروجی برخی از ترانسفورماتورها وجود دارند که دارای چند سر ورودی وچند سر خروجی هستند که برای ولتاژهای ورودی و خروجی متفاوت طراحی میشوند. برای مثال ترانس سر وسط که در مدارات یکسوکننده کاربرد دارد دارای یک ورودی و دو خروجی میباشد. نکته مهمی که در این نوع ترانس ها وجود دارد این است که میتوان به طور هم زمان از تمام یا تعدادی از ولتاژ های خروجی بهره برد اما تنها باید یکی از سیم پیچ های اولیه به منبع تغذیه وصل شود. در شکل زیر نمونه هایی از ترانس های چند ورودی چند خروجی آورده شده است. ترانسفورماتور انشعاب دار changer( ) Tap برای ثابت نگه داشتن ولتاژ دو سر بار در محدوده 1.05 تا 0.15 از ترانسفورماتور انشعاب دار استفاده میشود در این نوع ترانسفورماتوردر یکی از سیم پیچ های اولیه یا ثانویه یکسری انشعاب (Tap) بوجود می آورند بطوری که میتوان توسط یک کلید در هر مرحله یکی از انشعابات را به بار یا به منبع وصل نمود. برای تغییر تپ ترانسفورماتورهای معمولی باید ترانس بدون بار باشد اما نوع خاصی از ترانسفورماتور وجود دارد که میتوان زیر بار تغییر تپ دهد که اصطالحأ به آن ترانس Load) TCUL(Tap Changing Under های قدرت تپ چنجر داخل روغن قرار میگیرد. در ترانس اتوترانسفورماتور یا ترانس صرفه ای اتو ترانسفورماتور ترانسفورماتوری است که فقط دارای یک سیم پیچ می باشد در واقع اتوترانسفورماتور دارای یک سیم پیچ فشار قوی است که از قسمتی از آن به عنوان سیم پیچ فشار ضعیف استفاده میشود. قسمتی از سیم پیچی که در موقع کار ترانسفورماتور کاهنده ولتاژ به مصرف کننده وصل میشود و یا در ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ به شبکه متصل میشود سیم پیچ مشترک یا موازی میگویند و قسمت دیگر سیم پیچی که در

19 ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ با بار سری میشود و یا در ترانس کاهنده ولتاژ جریان اولیه را از خود عبور میدهد سیم پیچ سری نامیده میشود. در اتوترانس نیز رابطه برقرار است اتوترانسفورماتوری 511 حلقه دارد اگر ولتاژ ورودی به حلقه ی به اندازه ولت و ولتاژ - Ex خروجی از حلقه 511 گرفته شده باشد جریان و ولتاژ خروجی چقدر است در صورتی که جریان ورودی 5 آمپر باشد. U U N N U 0 U v i i N N 0 i 0 i A به اتوترانسفورماتور ترانس صرفه ای نیز میگویند زیرا : 0 فقط یک سیم پیچ ( فشار قوی ) دارد. 2 جریان عبوری از قسمت مشترک سیم پیچ تفاضل دو جریان ورودی و خروجی است لذا جریان کمی از این قسمت عبور میکند پس میتوان سطح مقطع این قسمت را کم انتخاب کرد. 0 در طراحی ترانسفورماتور اندازه هسته آهنی بر مبنای قدرت انتقالی توسط هسته محاسبه میشود از آنجایی که قدرت انتقالی توسط هسته اتوترانس کم است پس میتوان سطح مقطع هسته را کم انتخاب کرد. A = 1.2

20 توان تیپ حداکثرتوانی را که میتوان از یک اتوترانس اخذ کرد توان عبوری نامیده میشود. در اتوترانس سیم پیچ ها با هم ارتباط الکتریکی و مغناطیسی دارند به همین دلیل بخشی از توان خروجی به صورت الکتریکی ( انتقال جریان از سیم پیچ اولیه به سیم پیچ ثانویه ) منتقل میشود و بخشی دیگر آن از طریق کوپلینگ مغناطیسی هسته تأمین میشود. برای عبور یک توان ثابت هرچه توان انتقالی توسط سیم پیچ بیشتر باشد به همان مقدار توانی که از طریق هسته منتقل میشود کمتر است توانی که از طریق هسته منتقل میشود توان تیپ یا توان ساختمانی نامیده میشود. مقدار توان تیپ به مقدار ولتاژهای ورودی و خروجی ترانس بستگی دارد و از رابطه زیر بدست می آید. در این رابطه - SB توان تیپ یا توان ساختمانی ولتاژ بزرگتر ولتاژکوچکتر - - UH UL S2 = U2 توان خروجی I2 - S2 - Ex در یک اتو ترانسفورماتور با ولتاژ ورودی 211 ولت و باری را تحت ولتاژ 011 ولت و جریان 0 آمپر تغذیه میکند مقدار توانی که از طریق هسته منتقل میشود ( توان تیپ ) چند ولت آمپر است S2 = U2. I2 = = 300 V A 0

21 مزایای اتوترانسفورماتور - 0 راندمان بیشتر )بعلت کمتر بودن تلفات مس و آهن ) 2 اندازه کوچکتر ( بعلت کمتر مصرف شدن مس و آهن ) 0 قیمت کمتر ( بعلت مصرف کمتر مس و آهن ) 4 افت ولتاژ کمتر ( بعلت کوچک بودن فوران پراکندگی ) معایب اتوترانسفورماتور - به علت مجزا نبودن سیم پیچ های اولیه و ثانویه از هم نمیتوان از آن به عنوان ترانس ایزوله کننده استفاده 0 کرد. زیرا اتفاقاتی که در هر طرف رخ میدهد قابل انتقال به طرف دیگر است. 2 اگر سیم پیچ فشار قوی قطع شود ولتاژ فشار قوی روی بار می افتد. 0 اتوترانس تا نسبت تبدیل کمتر از 2 از خود مزایای خوبی نشان میدهد زیرا میزان صرفه جویی برای ترانس ازرابطه بدست می آید هرچه نسبت تبدیل ترانس کمتر باشد اتوترانس صرفه ای تر است پس از اتوترانس برای تبدیل ولتاژهای خیلی زیاد نمیتوان استفاده کرد. کاربرد اتوترانسفورماتور از اتو ترانس برای روشن کردن المپ های گازی تنظیم کننده ولتاژ راه اندازی الکتروموتورهای جریان متناوب ارتباط خطوط 230 kv و 400 kv ترانس متغیر تقویت کننده ولتاژ منازل استفاده میشود.

22 ترانسفورماتور سه فاز از آنجایی که برق تولیدی در نیروگاهها از نوع متناوب و سه فاز بوده پس تمام تجهیزاتی مانند ترانسفورماتورها مولد ها و... که برای تولید انتقال و توزیع انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار میگیرد از نوع سه فاز میباشد. پس از ترانسفورماتورهای سه فاز در شبکه های انتقال و توزیع انرژی الکتریکی استفاده میشود. مزایای تولید برق سه فاز نسبت به تکفاز - حجم مولدهای سه فاز نسبت به مولدهای تکفاز کمتر است پس از لحاظ اقتصادی استفاده از مولدهای سه فاز نسبت به سایر مولدهای الکتریکی به صرفه تر است. - در راه اندازی الکتروموتورهایی که با برق سه فاز کارمیکنند مانند الکتروموتورهای آسنکرون نیازی به سیم پیچ راه انداز نیست پس قیمت و حجم آن کمتر است. - توان لحظه ای سه فاز در مصرف کنندگان هیچ گاه به صفر نمیرسد. رکتیفایر )یکسوکننده یا کانورتر ) سه فاز ولتاژ DC شده ریپل یا ضربان کمتری دارد. یعنی در مدارات - یکسوساز اگر از برق سه فاز استفاده کنیم شکل موج به حالت DC کامل نزدیکتر است و راندمانی باالتر از یکسوسازهای تکفاز دارد برای مثال راندمان یکسوساز سه فاز پل حدود %99.8 است. انواع ترانسفورماتور سه فاز یک. مجموعه مونتاژ شده : در نوع مونتاژ شده از سه ترانسفورماتور تک فاز مجزا استفاده میشود. در این صورت سیم پیچ اولیه و ثانویه ممکن است به صورت ستاره یا مثلث به شبکه وصل شوند. مزیت استفاده از سه ترانسفورماتور تکفاز این است که اگریکی از ترانس ها آسیب ببیند اوأل دو ترانس دیگرسالم بوده ومیتوانند قسمتی از مصرف کننده ها را تغذیه کنند و ثانیأ فقط احتیاج به تعمیر و یا تعویض یک ترانس تکفاز وجود دارد. معموأل در محل هایی که ترانس های تکفاز برای تبدیل ولتاژهای سه فاز به کار میروند معموأل از چهار ترانس که یکی به عنوان رزرو استفاده میشود.که درصورتی که یکی از ترانس ها معیوب شود ترانس رزرو را جایگزین میکنند.

23 مجموعه یکپارچه : در ترانس های از نوع یکپارچه شکل هسته به فرم زیر است دو. در ترانسهای سه فاز از نوع یکپارچه سیم پیچ های فشار قوی و فشار ضعیف روی هم پیچیده میشود تا فوران پراکندگی کمتر شود و ولتاژاتصال کوتاه کاهش بیابد از آنجایی که ولتاژ فشار ضعیف نسبت به زمین در مقایسه با ولتاژ فشار قوی پایین تر است پس سیم پیچ فشار قوی روی سیم پیچ فشار ضعیف پیچیده میشود.در مجموعه یکپارچه در صورتی که یک فاز عیب کند باید تمام ترانس را تعمیر یا تعویض کرد اما به دلیل حجم کمتر قیمت پایین تر و راندمان باالتر نسبت به نوع مونتاژ شده کاربرد بیشتری دارد. نقش روغن در ترانسفورماتورها در ترانسفورماتورهای قدرت تمام قسمت های اصلی را در یک مخزن روغن قرار می دهند روغن ضمن اینکه عمل عایقی بین قسمت های مختلف ترانس را انجام میدهد حرارت تولید شده را در سیم پیچ ها به محفظه ترانس منتقل میکند تا عمل خنک سازی راحت تر صورت گیرد. روغن ترانسفورماتور در اثر گرم شدن منبسط میشود. در چنین حالتی روغن نباید با هوا تماس پیدا کند زیرا در غیر این صورت خاصیت خود را از دست میدهد. به همین جهت در باالی مخزن روغن یک منبع انبساط روغن نصب شده است. این منبع از طریق یک مجرای تخلیه هوا با خارج در تماس است. به منظور جلوگیری از نفوذ رطوبت به داخل روغن یک فیلتر رطوبت گیردر مجرای تخلیه هوا تعبیه میشود. اگر فیلتر مدت زمان زیادی مورد استفاده قرار گیرد رطوبت هوا را جذب میکند و رنگ ماده رطوبت گیر از آبی به صورتی کم رنگ تغییر میکند.

24 نحوه اتصاالت سیم پیچ های ترانسفورماتور در ترانس های سه فاز سه سیم پیچ در سمت فشار ضعیف و سه سیم پیچ در سمت فشار قوی قرار دارند این سیم پیچ ها به صورت ستاره یا مثلث یا در موارد خاص زیگ زاگ به هم متصل می شوند. که در زیر چند نمونه اتصال سیم پیچ ها آمده است. اولیه ستاره ثانویه ستاره Yy اولیه مثلث ثانویه ستاره اولیه مثلث ثانویه زیگزاگ اولیه مثلث ثانویه مثلث Dd Dz در ترانسفورماتورها دو نوع خطا داریم Dy خطاهای داخلی : مانند اتصال بدنه اتصال حلقه ریزش روغن و.... خطاهای خارجی : مانند اتصال کوتاه اضافه بار اضافه ولتاژ و.... جهت حفاظت از ترانس از رله های مختلفی مانند رله جریان زیاد رله دیفرانسیل رله منعکس کننده حرارتی رله بوخهلتس و... استفاده میشود. اما بهترین آن همان رله بوخهلتس است که در برابر اضافه بار آالرم داده و در مقابل اتتصال کوتاه مستقیمأ دستور قطع مدار را میدهد. رله بوخهلتس در مسیر لوله ای که مخزن روغن را به منبع انبساط وصل میکند از رله بوخهلتس به منظور حفاظت ترانس های روغنی در مقابل اضافه بار و اتصال کوتاه استفاده میشود. رله بوخهلتس شمای داخلی رله ساختمان داخلی رله

25 حفاظت در مقابل اضافه بار : هنگامی که در ترانس اضافه بار رخ میدهد در محفظه مخزن روغن گاز ایجاد میشود گاز تولید شده وارد رله شده و در باالی آن جمع میشود که سبب پایین رفتن سطح روغن رله میشود و موجب پایین رفتن شناوری که کپسول جیوه ای به آن وصل میشود. جیوه ی داخل کپسول مدار سیستم خبر دهنده ای را میبندد. بنابر این اگر آالرم یا چراغی روشن شود نشان دهنده وجود اضافه بار در ترانس است. حفاظت در مقابل اتصال کوتاه : اگر در ترانسفورماتور اتصال کوتاه رخ دهد روغن به صورت ناگهانی گرم شده و در اثر ازدیاد حجم به سمت منبع انبساط هجوم میبرد. در این حالت یک صفحه که در جلوی مجرای ورودی روغن به رله قرار دارد تحت فشار روغن جابه جا میشود و توسط یک کپسول جیوه ای مدار فرمان قطع کلید اصلی بسته شده و کلید به سرعت باز میشود تا از آسیب دیدن سیم پیچ ها جلوگیری شود ترانسفورماتور جریان CT برای اندازه گیری جریان های باال باید از جریان نمونه برداری کرد که برای این منظور از ترانس جریان CT استفاده میشود. این ترانس دارای دو سیم پیچ است سیم پیچ اولیه دارای تعداد دورکم ( معموأل یک دور ) با سطح مقطع زیاد که در بعضی موارد از خود خط فشار قوی به عنوان سیم پیچ اولیه استفاده میشود و سیم پیچ ثانویه دارای تعداد دور زیاد با سطح مقطع کم می باشند. سیم پیچ اولیه به صورت سری با بار و سیم پیچ ثانویه توسط یک آمپرمتر اتصال کوتاه میشود. طبق استاندارد جریان ثانویه CT ها میتواند 0 یا 5 آمپر باشد. نکته بسیار مهم در مورد CT این است که اگر ثانویه ترانس باز شود و یا به یک ولت متر وصل شود به علت باال رفتن ولتاژ ثانویه ترمینال های ثانویه ترانس منفجر میشوند و ترانس میسوزد. بنابراین در هنگامی که بخواهیم آمپرمتر را تعویض کنیم باید ثانویه توسط یک کلید اتصال کوتاه شود. جهت حفاظت ترانس جریان یک سر سیم پیچ ثانویه به زمین وصل میشود از فیوز

26 جهت حفاظت ترانس جریان استفاده نمیشود زیرا در هنگامی که فیوز عمل کند ثانویه ترانس اتصال باز میشود وموج سوختن CT خواهد شد. ترانسفورماتور ولتاژ PT ترانس ولتاژ PT یک ترانس معمولی مانند ترانس قدرت است که برای نمونه برداری ولتاژهای باال استفاده میشود. این ترانس دارای سیم پیچ اولیه با تعداد دور زیاد و قطر کم و سیم پیچ ثانویه دارای تعداد دور کم است. سیم پیچ اولیه به ولتاژ شبکه و سیم پیچ ثانویه به ولت متر وصل میشود.طبق استاندارد ولتاژ ثانویه PT ها 001 یا 021 ولت است. در شبکه های فشار قوی نمی توان مستقیم از یک PT استفاده کرد لذا باید ابتدا توسط چند خازن سری ( مقسم خازنی ) ولتاژ را کاهش داد و سپس به یک PT متصل میشود. به این سیستم اندازه گذاری اصظالحأ Transformer) CVT( Capacitor Voltage

27 خنک کردن ترانسفورماتورها تمام تلفاتی که در هسته و سیم پیچ های ترانس در اثر اعمال ولتاژ یا بارگیری به وجود می آید به حرارت تبدیل می شود که موجب پایین آمدن راندمان و عمر ترانسفورماتور می شود پس باید به روشی حرارت ایجاد شده در ترانس دفع شود در ترانس های قدرت عمل خنک کنندگی توسط روغن ( Oil ) و هوا ( Air ) صورت ) میگیرد.که ممکن است توسط پمپ روغن و فن هوا ( Forsed یا به صورت طبیعی) ) Nautural انجام گیرد. اگر هوا ( Air ) به صورت طبیعی Nautral( ) ترانس را خنک کند با کد AN نشان داده میشود. اگر هوا ( Air ) توسط فن ( Forsed ) ترانس را خنک کند با کد AF نشان داده میشود. اگر روغن ( Oil ) به صورت طبیعی ( Nautral ) ترانس را خنک کند با کد ON نشان داده میشود. اگر روغن ( Oil ) به وسیله پمپ) ) Forsed ترانس را خنک کند با کدOF نشان داده میشود. برای ترانسفورماتورها یک کد خنک کنندگی تعریف میشود که شامل چهار حرف است که دو حرف اول مربوط به روغن و دو حرف دیگر مربوط به هوا است. به این ترتیب چهار کد خنک کنندگی برای ترانسفورماتور تعریف میشود که در زیر آمده اند.