پایان نامه ترانسفورماتور تكفاز و سه فاز

بخش اول : ترانس تكفاز

مقدمه

ترانسفورماتور يك وسيله الكترومغناطيسي ساكن است كه مي تواند انرژي جريان متناوب را از مداري به مدار ديگر فقط با حفظ اندازه فركانس انتقال دهد و معمولاً به عنوان مبدل ولتاژ به كار مي رود. يك ترانسفورماتور از دو سيم پيچ كه بر روي يك هسته مغناطيسي ( مثلاً هوا يا آهن ) پيچيده شده اند، تشكيل مي شود.

توجه : استفاده از هسته فرومغناطيسي به جاي هسته هوا باعث افزايش چگالي شار ( B ) هسته مي شود .

دو سيم پيچ از لحاظ الكتريكي جدا از هم ، ولي از لحاظ مغناطيسي توسط مسيري كه داراي رلوكتانس ( مقاومت مغناطيسي ) كوچكي است به هم مرتبط مي باشند.

اساس كارترانسفورماتور چنين است :

با عبور جريان متناوب از سيم پيچ اول ( اوليه )، در اطراف آن ميدان مغناطيسي متناوبي ايجاد شده و از طريق هسته مسير خود را مي بندد و سيم پيچ دوم ( ثانويه ) را قطع مي كند. بنابراين بر اساس قانون فاراده ولتاژي در سيم پيچ ثانويه القاء مي شود كه اگر مدار اين سيم پيچ از طريق مصرف كننده اي بسته شود جرياني در آن جاري مي شود، يعني انرژي الكتريكي
( به صورت كاملاً مغناطيسي ) از سيم پيچ اول به دوم منتقل مي شود.

تعريف : گاهي بدون توجه به اوليه يا ثانويه بودن سيم پيچ ها ، سيم پيچي كه تعداد دورش بيشتر است و به مدار با ولتاژ زياد وصل شده باشد سيم پيچ فشار قوي يا H.V ( High Voltage ) و سيم پيچي كه تعداد دورش كمتر است و به مدار با ولتاژ پايين يا كم وصل شده سيم پيچ فشار ضعيف يا L.V يا B.T ( Low Voltage ) ناميده مي شود.

تعريف : ترانسفورماتوري كه در آن ولتاژ سيم پيچ ثانويه كمتر از ولتاژ اوليه باشد كاهنده و ترانسفورماتوري كه در آن ولتاژ سيم پيچ ثانويه بيشتر از ولتاژ اوليه باشد افزاينده ناميده
مي شود .

توجه : ترانس ها انواع مختلفي دارند كه مهمترين آنها عبارتند از :

1 – ترانس هاي قدرت براي انتقال و توزيع انرژي الكتريكي

2 – ترانس هاي مخصوص جهت تغذيه كوره هاي الكتريكي و ترانس هاي جوشكاري

3 – ترانس هاي جريان و ولتاژ جهت انشعاب و اتصال وسايل اندازه گيري

4 – اتو ترانس ها براي داشتن ولتاژ قابل تنظيم و جهت راه اندازي موتورهاي ac

5 – ترانس هاي آزمايش در آزمايشگاههاي فشار قوي براي آزمايش عايق ها و روغن هاي ترانسفورماتور و . . .

ساختمان ترانسفورماتور تكفاز

يك ترانسفورماتور عملي از اجزاء زير تشكيل شده است :

1 – هسته يا مدار مغناطيسي ،

2 – سيم پيچ هاي اوليه يا ثانويه ،

3 – ظرفي كه هسته و سيم بندي در آن قرار گرفته ،

4 – ايزولاتور يا چيني عايق كه توسط آن سر سيم پيچ ها به خارج هدايت مي شود .

هسته :

براي غلبه بر تلفات ناشي از جريان هاي گردايي ( فوكو ) هسته به صورت ورقه ورقه ساخته مي شود كه جنس آنها را فولاد آلياژ شده با سيليكون ( سيليس ) خوب مي باشد كه تلفات كم و ضريب نفوذ و چگالي شار زيادي دارد و بين ورقه ها از كاغذ يا لعاب يا قشر اكسيد قرار گرفته تا از هم عايق شوند.

ضخامت ورقه ها از mm35/0 براي فركانس Hz 50 تا mm5/0 براي فركانس Hz25 تغيير
مي كند.

جنس هسته مي تواند از فريت باشد كه ضريب نفوذ زياد و قابليت هدايت كم دارد و در صنعت مخابرات ( فركانس هاي بالا ) به كار مي رود.

انواع ترانس از نظر قرار گرفتن سيم پيچ ها روي هسته عبارتند از :

1 – ترانسفورماتور  نوع هسته اي ( Core ) يا ترانسفورماتور  هسته ستوني ،

2 – ترانسفورماتور  زرهي ( Shell )

در ترانسفورماتور  نوع هسته اي ، سيم پيچ ها روي دو شاخه يا دو پايه جانبي هسته پيچيده
مي شوند و قسمت زيادي از محيط هسته را در بر مي گيرند ( شكل هاي زير ) .

در ترانسفورماتور  نوع زرهي ، سيم پيچ ها روي شاخه يا ستون وسط هسته پيچيده مي شوند و هسته سيم بندي را در بر مي گيرد ( شكل هاي زير ) .

نكته : سطح مقطع هسته ترانسفورماتور  از روابط زير محاسبه مي شود :

PS1 توان ظاهري سيم پيچ اوليه ، f فركانس شبكه ، Bm چگالي شار هسته  و N1I1 آمپر دور سيم پيچ اوليه است. در اين رابطه AFe سطح مقطع پايه وسط در ترانس هاي زرهي و سطح مقطع هر يك از پايه ها در ترانس هاي هسته اي است.

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

AFe سطح مقطع خالص آهن بر حسب Cm2 و PS توان ظاهري سيم پيچ اوليه يا ثانويه ( بر حسب V.A ) و ضريب k به جنس هسته ( منحني مغناطيسي هسته ) و چگالي شار هسته بستگي دارد (  K در ترانسهاي كوچك 2/1 و در ترانسهاي قدرت 8/0 انتخاب مي شود ) كه مقدار K براي ترانسهاي معمولي 2/1 انتخاب مي شود يعني :

2/1 = AFe يا SFe

توجه : گاهي سطح مقطع هسته با آهن و عايق هاي آن در نظر گرفته مي شود ( A’Fe ) :

توجه : معمولاً ترانسفورماتور هاي هسته ستوني از ورق هايي به شكل L و ترانسفورماتور هاي زرهي از ورقه هايي به شكل E تهيه مي شوند.

سيم پيچ ها :

جنس آنها معمولاً از مس و گاهي آلومينيم است و داراي مقطع گرد و اندازه هاي استاندارد مي باشند و عايق لاكي دارند.

نكته : قطر سيم پيچ ها از رابطه 13/1 = =d به دست مي آيد كه در آن A سطح مقطع سيم ها مي باشد و از رابطه  محاسبه مي شود. ( I جريان و J چگالي جريان است كه از جدول هاي مربوطه اختيار مي شود ) .

نكته : تعداد دور سيم پيچ ها از رابطه زير محاسبه مي شود ( مثلاً اوليه ) :

پایان نامه ترانسفورماتور تكفاز و سه فاز