پایان نامه ترانسفورماتور تكفاز و سه فاز

بخش اول : ترانس تكفاز

مقدمه

ترانسفورماتور یك وسیله الكترومغناطیسی ساكن است كه می تواند انرژی جریان متناوب را از مداری به مدار دیگر فقط با حفظ اندازه فركانس انتقال دهد و معمولاً به عنوان مبدل ولتاژ به كار می رود. یك ترانسفورماتور از دو سیم پیچ كه بر روی یك هسته مغناطیسی ( مثلاً هوا یا آهن ) پیچیده شده اند، تشكیل می شود.

توجه : استفاده از هسته فرومغناطیسی به جای هسته هوا باعث افزایش چگالی شار ( B ) هسته می شود .

دو سیم پیچ از لحاظ الكتریكی جدا از هم ، ولی از لحاظ مغناطیسی توسط مسیری كه دارای رلوكتانس ( مقاومت مغناطیسی ) كوچكی است به هم مرتبط می باشند.

اساس كارترانسفورماتور چنین است :

با عبور جریان متناوب از سیم پیچ اول ( اولیه )، در اطراف آن میدان مغناطیسی متناوبی ایجاد شده و از طریق هسته مسیر خود را می بندد و سیم پیچ دوم ( ثانویه ) را قطع می كند. بنابراین بر اساس قانون فاراده ولتاژی در سیم پیچ ثانویه القاء می شود كه اگر مدار این سیم پیچ از طریق مصرف كننده ای بسته شود جریانی در آن جاری می شود، یعنی انرژی الكتریكی
( به صورت كاملاً مغناطیسی ) از سیم پیچ اول به دوم منتقل می شود.

تعریف : گاهی بدون توجه به اولیه یا ثانویه بودن سیم پیچ ها ، سیم پیچی كه تعداد دورش بیشتر است و به مدار با ولتاژ زیاد وصل شده باشد سیم پیچ فشار قوی یا H.V ( High Voltage ) و سیم پیچی كه تعداد دورش كمتر است و به مدار با ولتاژ پایین یا كم وصل شده سیم پیچ فشار ضعیف یا L.V یا B.T ( Low Voltage ) نامیده می شود.

تعریف : ترانسفورماتوری كه در آن ولتاژ سیم پیچ ثانویه كمتر از ولتاژ اولیه باشد كاهنده و ترانسفورماتوری كه در آن ولتاژ سیم پیچ ثانویه بیشتر از ولتاژ اولیه باشد افزاینده نامیده
می شود .

توجه : ترانس ها انواع مختلفی دارند كه مهمترین آنها عبارتند از :

1 – ترانس های قدرت برای انتقال و توزیع انرژی الكتریكی

2 – ترانس های مخصوص جهت تغذیه كوره های الكتریكی و ترانس های جوشكاری

3 – ترانس های جریان و ولتاژ جهت انشعاب و اتصال وسایل اندازه گیری

4 – اتو ترانس ها برای داشتن ولتاژ قابل تنظیم و جهت راه اندازی موتورهای ac 

5 – ترانس های آزمایش در آزمایشگاههای فشار قوی برای آزمایش عایق ها و روغن های ترانسفورماتور و . . .

ساختمان ترانسفورماتور تكفاز

یك ترانسفورماتور عملی از اجزاء زیر تشكیل شده است :

1 – هسته یا مدار مغناطیسی ،

2 – سیم پیچ های اولیه یا ثانویه ،

3 – ظرفی كه هسته و سیم بندی در آن قرار گرفته ،

4 – ایزولاتور یا چینی عایق كه توسط آن سر سیم پیچ ها به خارج هدایت می شود .

هسته :

برای غلبه بر تلفات ناشی از جریان های گردایی ( فوكو ) هسته به صورت ورقه ورقه ساخته می شود كه جنس آنها را فولاد آلیاژ شده با سیلیكون ( سیلیس ) خوب می باشد كه تلفات كم و ضریب نفوذ و چگالی شار زیادی دارد و بین ورقه ها از كاغذ یا لعاب یا قشر اكسید قرار گرفته تا از هم عایق شوند.

ضخامت ورقه ها از mm35/0 برای فركانس Hz 50 تا mm5/0 برای فركانس Hz25 تغییر
می كند.

جنس هسته می تواند از فریت باشد كه ضریب نفوذ زیاد و قابلیت هدایت كم دارد و در صنعت مخابرات ( فركانس های بالا ) به كار می رود.

انواع ترانس از نظر قرار گرفتن سیم پیچ ها روی هسته عبارتند از :

1 – ترانسفورماتور  نوع هسته ای ( Core ) یا ترانسفورماتور  هسته ستونی ،

2 – ترانسفورماتور  زرهی ( Shell )

در ترانسفورماتور  نوع هسته ای ، سیم پیچ ها روی دو شاخه یا دو پایه جانبی هسته پیچیده
می شوند و قسمت زیادی از محیط هسته را در بر می گیرند ( شكل های زیر ) .

در ترانسفورماتور  نوع زرهی ، سیم پیچ ها روی شاخه یا ستون وسط هسته پیچیده می شوند و هسته سیم بندی را در بر می گیرد ( شكل های زیر ) .

نكته : سطح مقطع هسته ترانسفورماتور  از روابط زیر محاسبه می شود :

P_S1 توان ظاهری سیم پیچ اولیه ، f فركانس شبكه ، B_m چگالی شار هسته  و N₁I₁ آمپر دور سیم پیچ اولیه است. در این رابطه A_Fe سطح مقطع پایه وسط در ترانس های زرهی و سطح مقطع هر یك از پایه ها در ترانس های هسته ای است.

2/1 ~ 8/0 : k ,  : رابطه تجربی سطح مقطع هسته

A_Fe سطح مقطع خالص آهن بر حسب Cm² و P_S توان ظاهری سیم پیچ اولیه یا ثانویه ( بر حسب V.A ) و ضریب k به جنس هسته ( منحنی مغناطیسی هسته ) و چگالی شار هسته بستگی دارد (  K در ترانسهای كوچك 2/1 و در ترانسهای قدرت 8/0 انتخاب می شود ) كه مقدار K برای ترانسهای معمولی 2/1 انتخاب می شود یعنی :

2/1 = A_Fe یا S_Fe

توجه : گاهی سطح مقطع هسته با آهن و عایق های آن در نظر گرفته می شود ( A^’_Fe ) :

توجه : معمولاً ترانسفورماتور های هسته ستونی از ورق هایی به شكل L و ترانسفورماتور های زرهی از ورقه هایی به شكل E تهیه می شوند.

سیم پیچ ها :

جنس آنها معمولاً از مس و گاهی آلومینیم است و دارای مقطع گرد و اندازه های استاندارد می باشند و عایق لاكی دارند.

نكته : قطر سیم پیچ ها از رابطه 13/1 = =d به دست می آید كه در آن A سطح مقطع سیم ها می باشد و از رابطه  محاسبه می شود. ( I جریان و J چگالی جریان است كه از جدول های مربوطه اختیار می شود ) .

نكته : تعداد دور سیم پیچ ها از رابطه زیر محاسبه می شود ( مثلاً اولیه ) :

كه n دور بر ولت نام دارد و  می باشد.

ترانسفورماتور  ایده آل ( تكفاز )

ترانسفورماتور  ایده آل دارای ویژگی های زیر می باشد :

1 – تلفات هسته ( تلفات هیسترزیس و فوكو ) در آن صفر است.

2 – ضریب نفوذ مغناطیسی هسته آن بسیار زیاد ( بی نهایت ) است ( I_m=0 است ) و منحنی مغناطیسی هسته آن خطی می باشد.

3 – شارژ پراكندگی ( نشتی ) آن صفر است یعنی تمام فوران های ایجاد شده به وسیله سیم مسیر خود را از طریق هسته می بندند و در فضا پراكنده نمی شوند.

4 – مقاومت سیم پیچ های آن صفر است.