سپس بردار بردار حاال ابتدای بردار U 1 ولتاژ ورودی است.

Transcript

1

2 33 زیر ميباشد: U = U + U + U 1 R X رابطه )1-6( نشان مي دهد با جمع برداری سه بدست می آید. U' بردار و U x بردار U1= ReI1+ XeI1+ U UR = ReI1 )1-7( )1-8( Ux = XeI1 )1-9( را افت ولتاژ که در رابطه )1-8( و )1-9( افت ولتاژ پراکندگی اهمی معادل سیم پیچ ها ميباشد. بنابراین: E 1 را که برای ترسیم این بردارها ابتدا بردار ولتاژ )U' حاال معادل ولتاژ ترمینال خروجی از دیدگاه اولیه ( نیز هست به عنوان مبنا در جهت صفر مثلثاتی ترسیم ميکنيم آنگاه با توجه به مقدار و نوع بار مصرفی بردار E 1 یا را با زاویه مناسب نسبت به بردار ولتاژ جریان 'U می کشیم. در بار اهمی خالص این ولتاژ و جریان با یکدیگر مطابق شکل )3( هم فاز ميباشد. U شکل 3- ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری ترانسفورماتور با بار اهمی خالص )مرحله 1( را که معادل افت ولتاژ اهمی است در ادامه بردار و از انتهای و همفاز با جریان ميباشد همسنگ با بردار 'U مطابق شکل )33( ترسیم ميکنيم. E 1 یا بردار U شکل 33 - ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری ترانسفورماتور با بار اهمی خالص )مرحله ( را نیز که معادل افت ولتاژ پراکندگی سپس بردار ميباشد در ادامه است و همواره 90 جلوتر از جریان رسم ميکنيم. شکل )34( بردار U شکل 34- ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری ترانسفورماتور با بار اهمی خالص )مرحله 3( U را به انتهای بردار E 1 یا حاال ابتدای بردار مطابق شکل )35( وصل ميکنيم. این بردار بردار ولتاژ ورودی است. U شکل 35- ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری ترانسفورماتور با بار اهمی خالص )مرحله 4( مجددا مراحل فوق را برای ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری برای بار اهمی سلفی ترسیم ميکنيم )U' ابتدا بردار ولتاژ ترمینال خروجی از دیدگاه اولیه ( به عنوان مبنا در جهت صفر مثلثاتی ترسیم ميکنيم آنگاه با توجه به مقدار و نوع بار مصرفی بردار جریان را با زاویه مناسب نسبت به بردار ولتاژ 'U می کشیم. در بار اهمی سلفی مطابق شکل ) 36 (جریان به اندازه زاویه ϕ از ولتاژ عقبتر است. )1-6(

3 ترانسفورماتورهای تک فاز U U شکل 36 - ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری ترانسفورماتور با بار اهمی - سلفی )مرحله 1( 34 را که معادل افت ولتاژ در ادامه بردار اهمی است و همفاز با جریان ميباشد همسنگ U' مطابق شکل )37( و از انتهای بردار با بردار ترسیم ميکنيم. U شکل 37 - ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری ترانسفورماتور با بار اهمی - سلفی )مرحله ( رانیزکهمعادلافتولتاژپراکندگی سپسبردار ميباشد در ادامه استوهمواره 90 جلوتر ازجریان رسم ميکنيم.شکل )38( بردار U شکل 38 - ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری ترانسفورماتور با بار اهمی - سلفی )مرحله 3( 'U را به انتهای بردار حاال ابتدای بردار مطابق شکل )39( وصل ميکنيم. این بردار بردار ولتاژ ورودی است. شکل 39- ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری ترانسفورماتور با بار اهمی - سلفی )مرحله 4( مراحل فوق را برای ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری برای بار اهمی خازنی نیز تکرار ميکنيم. )U' ابتدا بردار ولتاژ ترمینال خروجی از دیدگاه اولیه ( به عنوان مبنا در جهت صفر مثلثاتی ترسیم ميکنيم آنگاه با توجه به مقدار و نوع بار مصرفی بردار جریان را با زاویه مناسب نسبت به بردار ولتاژ 'U می کشیم. در بار اهمی خازنی مطابق شکل )40( جریان به اندازه زاویه ϕ از ولتاژ جلوتر است. U شکل 40- ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری ترانسفورماتور با بار اهمی - خازنی )مرحله 1( را که معادل افت ولتاژ اهمی است در ادامه بردار و از انتهای و همفاز با جریان ميباشد همسنگ با بردار 'U مطابق شکل )41( ترسیم ميکنيم. بردار U شکل 41- ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری ترانسفورماتور با بار اهمی - خازنی )مرحله ( را نیز که معادل افت ولتاژ پراکندگی سپس بردار ميباشد در ادامه است و همواره 90 جلوتر از جریان 1

4 نکته 1 رسم ميکنيم. شکل )4( بردار U شکل 4- ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری ترانسفورماتور با بار اهمی - خازنی )مرحله 3( مطابق 'U را به انتهای بردار حاال ابتدای بردار ولتاژ شکل )43( وصل ميکنيم. این بردار بردار ورودی است. بزرگتر شده U' از در بار اهمی-خازنی بردار 'U کمی از اما در بار اهمی خالص اندازه بردار Uکوچکتر 1 و در بار اهمی- سلفی این اختالف بیشتر شده است. با احتساب نوع بار به نظر می 'U به کوچکترین اندازه رسد در بار سلفی خالص U' به و در بار خازنی خالص خود نسبت به برسد. به عنوان بزرگترین مقدار خود نسبت به تمرین این حالتها را ترسیم کنید. به همین خاطر مي توان نتیجه گرفت مقدار ولتاژ خروجی ترانسفورماتور وابستگی شدیدی به نوع بار متصل شده به آن دارد. U شکل 43- ترسیم دیاگرام برداری حالت بارداری ترانسفورماتور با بار اهمی - خازنی )مرحله 4( دیاگرام برداری هریک از بارهای اهمی خالص اهمی سلفی و اهمی خازنی همگی در شکل )44( نشان داده شده است. در همه دیاگرام ها برای مقایسه رفتار ترانسفورماتور در مواجهه با بارهای مختلف اندازه برابر و یکسان ترسیم و جریان عبوری ولتاژ اولیه شده است. از دیاگرام های شکل )44( نتایج زیر حاصل مي شود: 35

5 ترانسفورماتورهای تک فاز U _ U _ U 1 شكل - 44 دياگرام برداري حالت بارداري در بارهاي اهمي خالص اهمي سلفي و اهمي- خازني نکته U A Cos B Si C D 36 یک و در هر سه نمودار شکل )44( دو بردار مثلث قائم الزاویه تشکیل داده اند که وتر این مثلث معادل بردار افت ولتاژ کل ترانسفورماتور ميباشد.اندازه این بردار در بارهای با امپدانس یکسان مساوی ميباشد ولی چون وتر این مثلث با تغییر نوع بار تغییر جهت مي دهد محاسبه مقدار افت ولتاژ در بارهای مختلف کمی پیچیده تر مي شود. به این جهت برای محاسبه افت ولتاژ کلی در ترانسفورماتور دو دایره یکی به مرکز مبدا بردارها و 'U و دیگری به همان مرکز ولی به شعاع به شعاع زده مي شود. اختالف شعاع دوایر را با تقریب خوبی مي توان معادل افت ولتاژ کلی ترانسفورماتور در زیر بار دانست. در شکل )45( باترسیم بزرگتر این مثلث چگونگی محاسبه افت ولتاژ نشان داده شده است. این مثلث به مثلث کاپ 1 مشهور است. شکل 45- محاسبه افت ولتاژ با استفاده از دیاگرام برداری در شکل )45( داریم: مثلث کاپ = U + U + U U U AB BC = U cosϕ = U AB BC CD R X si ϕ U CD خطاي مثلث کاپ = )1-30( )1-31( )1-3( URcosϕ+ UXsi ϕ )1-33( بنابراین با تقریب رابطه )1-34( برقرار است. E1= U = U1 )1-34( -ΔU افت ولتاژ کلی ترانسفورماتور در زیر بار از 1( كاپ نام فرد مبتكر اين روش است. دیدگاه اولیه

6

7

8 به ثابت بودن ولتاژ و فرکانس در شبکه برق مي توان نتیجه گرفت تلفات آهنی ترانسفورماتور جزو تلفات ثابت ترانسفورماتور ميباشد. بعالوه با اندازهگيري ولتاژ دو سر مدار در ثانویه ترانسفورماتور مي توان با تقریب خوبی نسبت تبدیل Im ترانسفورماتور را مشخص نمود. Ic 0 I 0 U1 شکل 48- دیاگرام برداری ولتاژ و جریان در حالت بيباري خود را بيازماييد 1( در آزمايش بي باري: ولتاژ اتصالي به اوليه...و جريان خروجي... است. و از شبكه جريان... دريافت مي شود. ( چرا تلفات هسته در ترانسفورماتور را تلفات ثابت مي نامند 3( چرا در آزمايش بي باري از تلفات سيم پيچ صرف نظر مي شود Cosϕ Siϕ I I C m X R P = UI = 1 Cosϕ = I Cosϕ = ISiϕ m C i U = I m U = I C )1-35( )1-36( )1-37( )1-38( )1-39( )1-40( 39 Cosϕ 0 ضریب قدرت در حالت بيباري P 0 توانی که واتمتر در آزمایش بيباري نشان مي دهد ولتاژ ورودی I 0 جریان بيباري )جریانی که آمپرمتر نشان مي دهد( از طرف دیگر با توجه به مدار معادل چون جریان شاخه ی المانهاي موازی مستقل از جریان بار است لذا تغییرات احتمالی بار نميتواند باعث تغییر تلفات آهنی شود زیرا مقدار این تلفات وابسته به المان مقاومتی شاخه موازی است که بجای تلفات گرمایی ایجاد شده در هسته مدل شده و مقدار این تلفات به ولتاژ و فرکانس برق ورودی وابسته است که با توجه -7- آزمایش اتصال کوتاه هدف از انجام این آزمایش تعیین مقادیر المانهای )R 1, X 1 مربوط به شاخه سری مدار معادل یعنی ( 'R( ميباشد. در این آزمایش مطابق مدار, X' و ( شکل ) 49 -الف( دو سر سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور را اتصال کوتاه می کنند. Z L ميباشد لذا از آنجا که در مدار شکل )49( 0= برای جلوگیری از افزایش شدت جریان در سمت اولیه ترانسفورماتور باید ورودی ترانسفورماتور را به کمک اتو ترانسفورمر متغیر که قابلیت تنظیم ولتاژ داشته باشد تغذیه کرد. در ابتدای این آزمایش باید از صفر بودن ولتاژ ورودی اطمینان حاصل کرد. سپس سمت ثانویه ترانسفورماتور را باید اتصال کوتاه کرد و آنگاه

9 ترانسفورماتورهای تک فاز P = ( R + R ) I P SC SC = R I P Re = I e SC 1 مقدار ولتاژ را به آرامی افزایش داد تا جریان نامی از سیم پیچ اولیه عبور کند علت انتخاب جریان نامی به این جهت است که مقادیر به دست آمده در نقطه کار ترانسفورماتور واقع باشد. با توجه به مدار معادل شکل ) 49 -ب( در صورت تغییرات امپدانس بار مصرفی جریان عبوری از المانهای سری تغییر ميکند بنابراین تلفات ناشی از مقاومت اهمی سیم پیچها کامال به امپدانس بار وابسته ميباشند. آنچه واتمتر در این آزمایش نشان مي دهد مجموع تلفات مسی سیم پیچ ها و تلفات در هسته آهنی است. P SC توانی که واتمتر در آزمایش اتصال کوتاه نشان ميدهد: P = P + P + P SC Cu Cu Fe 1 در انجام این آزمایش با توجه به مدار معادل شکل ) 49 -ب(توانی که ترانسفورماتور جذب ميکند و واتمتر نشان مي دهد عبارت است از 'R که بصورت Rو 1 توان تلف شده در مقاومتهای حرارت در سیم پیچ ها تلف مي شود. U SC ولتاژی است که ولتمتر نشان مي دهد و چون بنابراین: U U sc= ZeI sc Ze = )1-46( I X e را از رابطه ) 1-47 (محاسبه پس مي توان مقدار کرد. X = Z R R e e e e = R + 1 R X = X + X e 1 )1-43( )1-44( )1-45( )1-47( )1-48( )1-49( در آزمایش اتصال کوتاه ولتاژ ورودی چندین برابر کوچکتر از ولتاژ نامی است. از طرفی چون فرکانس شبکه برق ثابت است و تلفات آهنی متناسب با مجذور ولتاژ ورودی ميباشد پس تلفات آهنی نیز به نسبت حالتی که با ولتاژ نامی تغذیه مي شود خیلی کوچکتر خواهد بود. بنابراین مي توان ثابت کرد در آزمایش اتصال کوتاه تواني که واتمتر نشان مي دهد تقریبا همان تلفات مسی سیم پیچ ها است. از آنجاکه تلفات مسی ترانسفورماتور وابسته به P = R I + R I SC 1 )1-41( )1-4( 1 = I A w R 1 X 1 I 0 R X = I U sc v Rc Xm U sc )الف( )ب( شکل 49 - مدار یک ترانسفورماتور واقعی در حال آزمایش اتصال کوتاه 40

10 41 مسی تلفات بار جریان تغییرات با و ميباشد بار جریان را ترانسفورماتور مسی تلفات اینرو از ميکند تغییر از آمده بدست مسی تلفات مينامند. نیز متغیر تلفات که است نامی جریان عبور بازای کوتاه اتصال آزمایش دهند.بنابراین: مي نمایش P Cu با را آن P = P + P = P SC Cu1 Cu Cu جریانی در مسی تلفات شود خواسته که صورتی در توان مي آید بدست ترانسفورماتور نامی جریان از بغیر کرد. استفاده )1-5( و )1-51( روابط از P P P P P Cu Cu Cu Cu Cu RI e = RI = P I ( ) I UI = PCu ( ) UI = P Cu Cu e S ( ) S بار ظاهری توان S ترانسفورماتور نامی ظاهری توان S N نظر مورد بار در مسی تلفات P CU نامی جریان عبور بازای مسی تلفات P CU بار ضریب را I یا S نسبت ) 53 1 ( رابطه در I S دهند. مي نمایش A حرف با و ميگويند A I S = = I S صورت به را )1-5( یا )1-51( رابطه توان مي پس نوشت: )1-54( رابطه PCu = PCu A )1-54( بيازماييد را خود معادل مدار الكتريكي كميتهاي از كداميك 1( كوتاه اتصال آزمايش از ميتوان را ترانسفورماتور نمود مشخص انجام هنگام بايد راكه حفاظتي نكته مهمترين ( چيست نمود رعايت كوتاه اتصال آزمايش هسته تلفات از كوتاه اتصال آزمايش در چرا 3( شود مي نظر صرف اتصال آزمايش در 0 KVA ماتور ترانسفور يك 4(. ميكند دريافت شبكه از وات 800 توان كوتاه بارنامي درصد 40 و در را آن مسي تلفات كنيد محاسبه کنيد تحقيق دهیم انجام ثانویه طرف از را کوتاه اتصال آزمایش چطور را بيباري آزمایش اولیه یا است بهتر چرا ترانسفورماتور در کوتاه اتصال ولتاژ 8- حالت در ولتمتر که ولتاژی تعریف بعنوان اتصال ولتاژ را دهد مي نشان کوتاه اتصال آزمايش نمایش U SC با را آن و ميگويند ترانسفورماتور کوتاه ولتاژ به کوتاه اتصال ولتاژ نسبت همچنین دهند. مي ΔU k نسبی کوتاه اتصال ولتاژ را ترانسفورماتور نامی درصد صورت به را آن گاهی و ميگويند ترانسفورماتور دهند. مي نشان پالک روی بر k USC = 100 U )1-55( )1-50( )1-51( )1-5( )1-53(

11

12

13

14