گزارش كارآموزي پیدایش ترانسفورماتور در صنعت برق

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
گزارش كارآموزي پيدايش ترانسفورماتور در صنعت برق در 26 صفحه ورد قابل ويرايش

پيدايش ترانسفورماتور در صنعت

اصول و طرز كار ترانسفورماتور

تعريف مدار اوليه و ثانويه در ترانسفورماتور

بنا به تعريف ترانسفورماتور وسيله ايست كه

ساختمان ترانسفورماتور

خصوصيات هسته مغناطيسي

انواع هسته هاي ترانسفورماتور

تئوري مقدماتي ترانسفورماتور آيده آل

معادله نيروي الكتروموتوري در يك ترانسفورماتور

محاسبه ضريب تبديل ترانسفورماتور

بررسي ترانسفورماتور همراه با افت ولي بدون پراكندگي مغناطيسي

در حاليكه ترانسفورماتور بدون بار باشد.

در صورتيكه ترانسفورماتور باردار باشد

بررسي ترانسفورماتور با مقاومت سيم پيچي ولي بدون پراكندگي مغناطيسي

مقاومت معادل در ترانسفورماتورها

پراكندگي مغناطيسي

ترانسفورماتور باردار

آزمايشهاي ترانسفورماتور

آزمايش بي باري

تنظيم ترانسفورماتور

آزمايش اتصال كوتاه محاسبه امپدانس ترانسفورماتور

جدا كردن تلفات هست



پيشگفتار :

پيدايش ترانسفورماتور در صنعت برق دو تحول عمده در اين صنعت بوجود آورده است :

1- ارتباط سراسري ميان شبكه هاي مصرف و توليد در سطح يك يا چند كشور

2- امكان طراحي وسايل الكتريكي با منابع تغذيه دلخواه.

گستردگي منابع انرژي در سطح هر كشور و مقرون به صرف بودن تاسيس نيروگاههاي برق در نزديكي منابع انرژي ، همچنين ضرورت تعيين محلي خاص براي احداث سدها سبب مي شود كه هنگام انتقال انرژي الكتريكي با ولتاژ پايين ، تلفات زيادي در انرژي توليد شده به وجود آيد. بنابراين ، يا بايد نيروگاههاي برق ، محلي طراحي شوند يا به دليل پايين بودن بازده اقتصادي از احداث آنها صرفنظر شود. بهره گيري از ترانسفورهاي قدرت موجب افزايش ولتاژ جريان انتقال و كاهش تلفات انرژي به مقدار زياد مي شود، در نتيجه :

1- مشكل انتخاب محل نيروگاه را بر طرف مي كند.

2- ايجاد شبكه سراسري را ميسر مي سازد.

3- مديريت بر شبكه مصرف و توليد را به مراتب گسترش مي دهد

از سوي ديگر كاهش ولتاژ جريان متناوب شبكه با استفاده از ترانسفورماتور امكان طراحي وسايل الكتريكي ، الكترونيكي ، صوتي ، تصويري و سيستم هاي كنترل را با هر ولتاژ لازم فراهم مي آورد . همچنين به علت طراحي مدارهاي فرمان الكتريكي با ولتاژ كمتر، ايمني تكنيسينها و كارگران فني مربوطه در هنگام كار افزايش مي يابد.
اصول و طرز كار ترانسفورماتور

ترانسفورماتور دستگاه استاتيكي ( ساكن ) است كه قدرت الكتريكي ثابتي را از يك مدار به مدار ديگر با همان فركانس انتقال مي دهد . ولتاژ در مدار دوم مي تواند بيشتر يا كمتر از مدار اول بشود، در صورتيكه جريان مدار دوم كاهش يا افزايش مي يابد.

بنابراين اصول فيزيكي ترانسفورماتورها بر مبناي القاء متقابل مي باشد كه بوسيله فوران مغناطيسي كه خطوط قواي آن اوليه و ثانويه را قطع مي كند، ايجاد مي گردد.

ساده ترين فرم ترانسفورماتورها بصورت دو سيم القائي است كه از نظر الكتريكي از يكديگر جدا شده هستند ولي از نظر مدار مغناطيس داراي يك مسير با مقاومت مغناطيس كم مي باشد .

هر دو سيم پيچ اوليه و ثانويه داراي اثر القايي متقابل زياد مي باشند . بنابراين اگر يك سيم پيچ به منبع ولتاژ متناوب متصل شود، فلوي مغناطيسي متغير بوجود خواهد آمد كه بوسيله مدار مغناطيسي ( هسته ترانسفورماتور كه از يكديگر عايق شده اند ) مدارش بسته شده و در نيتجه بيشتر فلوي مغناطيسي مدار ثانويه را قطع نموده و توليد نيروي محركه التريكي مي نمايد. ( طبق قانون فاراده نيروي محركه القاء شده ) . اگر مدار ثانويه ترانسفورماتور بسته باشد يك جريان در آن برقرار مي گردد و ميتوان گفت كه انرژي الكتريكي سيم پيچ اوليه ( بوسيله واسطه مغناطيس) تبديل به انرژي الكتريكي در مدار ثانويه شده است .


تعريف مدار اوليه و ثانويه در ترانسفورماتور.

بطور كلي سيم پيچ كه به منبع ولتاژ متناوب متصل مي گردد را سيم پيچ اوليه يا اصطلاحاً «طرف اول » و سيم پيچي كه اين انرژي را به مصرف كننده منتقل مي كند ، سيم پيچ ثانويه « طرف دوم » مي نامند .

حال مي توان بطور كلي مطالب فوق را بصورت زير جمع بندي نمود:

بنا به تعريف ترانسفورماتور وسيله ايست كه :

1- قدرت الكتريكي را از يك مدار به مدار ديگر انتقال مي دهد. بدون آنكه بين دو مدار ارتباط الكتريكي وجود داشته باشد.

2- در فركانس مدار هيچگونه تغييري ايجاد نمي نمايد.

3- اين تبديل بوسيله القاء الكترومغناطيسي صورت مي گيرد.

4- در صورتيكه مدار اوليه و مدار ثانويه بسته باشند ، اين عمل بصورت القاي متقابل و نفوذ در يكديگر صورت مي گيرد.

ساختمان ترانسفورماتور :

اجزاي يك ترانسفورماتور ساده عبارتند از :

1- دو سيم پيچ كه داراي مقاومت اهمي و سلفي مي باشند.

2- يك هسته مغناطيسي .

3- قسمتهاي ديگري كه اصولاً مورد لزوم مي باشند عبارتند از :

الف : يك جعبه براي قرار دادن سيم پيچ ها و هسته در داخل آن

ب : سيستم تهويه – كه معمولاً در ترانسفورماتورهاي با قدرت زياد، علاوه بر سيستم تهويه مي يابد مخزن روغن نيز براي خنك كردن بهتر كار گرفته شود.

ج : ترمينالهايي كه بايد سرهاي اوليه و ثانويه روي آنها نصب شود.

خصوصيات هسته مغناطيسي :

در تمام انواع ترانسفورماتورها هسته از ورقه هاي ترانسفورماتور ( ورقه هاي دينامو ) ساخته مي شود كه مسير عبور فوران مغاطيسي را با حداقل فاصله هوايي ايجاد نمايد و جنس آن از آلياژ فولاد مي باشد كه مقداري سيليس به آن اضافه گرديده است.

با فعل و انفعالاتي كه در متالوژي بر روي اين نوع فولاد انجام مي شود وعمليات حرارتي كه صورت مي گيرد سبب مي شود كه پر مي ابليته ( قابليت هدايت مغناطيسي ) هسته بالا رفته و به عبارت ديگر تلفات هيستر زيس كاهش مي يابد و بطور كلي مقاومت مغناطيسي كوچك مي گردد.

از طرف ديگر براي كاهش تلفات ناشي از جريان گردابي فوكو هسته ترانسفورماتورها را به صورت ورقه مي سازند و اصولاً يك طرف اين ورقه ها را با ماده اي كه بتواند فوران مغناطيسي را عبور دهد ولي عايق جريان الكتريكي باشد، مي پوشانند و بنابراين اين ورقه ها بايد به ترتيبي چيده مي شوند كه از يكديگر عايق الكتريكي باشند.

معمولاً ضخامت ورقه هاي هسته ترانسورماتورها در فركانس 50 تا 25 بين 35/0 تا 50/0 ميليمتر مي باشد.

اين ورقه ها پهلوي هم قرار مي گيرند. و اصولاً مقدار آن محاسبه مي گردد. همانطوريكه در اين شكل مشاهده مي شود ، با قرار گرفتن ورقه ها بر روي يكديگر بين آنها فاصله هوايي بوجود مي آيد و در نتيجه در سطح مقطع هسته هميشه يك شكاف وجود دارد كه اجتناب ناپذير است.
انواع هسته هاي ترانسفورماتور

ساختمان هسته ترانسفورماتورهاي معمولي بدو صورت كلي ساخته مي شوند.

الف : هسته نوع معمولي

ب : هسته نوع زرهي

البته ترانسفورماتور با هسته هاي حلزوني يا مارپيچ هم ساخته مي شود، ولي قسمت عمده را در صنعت تشكيل نمي دهد.

از نظر فيزيكي در ترانسفورماتور با هسته معمولي سيم پيچي اوليه و ثانويه در دو طرف بازوهاي هسته و بصورت مجزا پيچيده مي شوند. در حاليكه در نوع زرهي كه كاربرد بيشتري هم دارد ، اين سيم بندي بر روي قسمت وسط ( اوليه و ثانويه ) روي هم پيچيده مي شوند . و از نظر اقتصادي راندمان كار بيشتر دارد و ارزان تر تمام مي شود . به شكل (4) توجه كنيد.

در قسمت ( الف ) و ( ب ) دياگرام فوران در هر دو نوع هسته مشخص شده است . در قسمت ( الف ) دياگرام بسيار ساده ترانسفورماتور با هسته نوع معمولي و وضعيت سيم بندي اوليه و ثانويه و جهت مخالف فوران در دو بازوي هسته كاملاً مشخص شده است.

ولي بايد توجه داشت كه مقداري فوران بصورت فوران پراكندگي نيز وجود دارد كه سبب كاهش فوران از مقدار اصلي شده و به آن نشد مغناطيس مي گويند.

اما اگر دقت كنيد ، در مي يابيد كه اينبار فوران مغناطيسي در دو مسير دور مي زند و اگر بخواهيم كه هر يك از سيم پيچ هاي اوليه و ثانويه بر روي بازوي اول و دوم نوع معمولي پيچيده شده اند. ( يعني بر خلاف نوع معمولي كه مي يابد كه مي بايد اوليه بر روي يك بازو ثانويه بر روي بازوي ديگر باشند ) .

بايد توجه داشت كه چه نوع هسته معمولي باشد و چه نوع زرهي هر دو نوع هسته از ورقه هاي ترانسفورماتور ساخته شده است كه در نوع معمولي اين ورقه ها را بفرم L در مي آورند و در نوع زرهي اين ورقه ها را بصورت E و I در مي آورند پهلوي هم قرار مي دهند .

نحوه سوار كردن هسته و بستن سيم پيچ يك ترانسفورماتور با هسته نوع معمولي بصورت مي باشد.

همچنانكه در شكل مشاهده مي گردد. اگر قسمت نمايش يك طبقه هسته باشد، قسمت نمايش طبقه دوم هسته است و به همين ترتيب اين عمل تكرار مي شود تا سطح مقطع خواسته شده بدست آيد. و اين عمل براي جلوگيري از افزايش ( مقاومت مغناطيسي ) در نقاط اتصال هسته و كاهش فوران پراكندگي صورت مي گيرد.

نتيجه مي گيريم كه در ترانسفورماتور با هسته نوع معمولي هميشه بايد هر طبقه ورقه ترانسفورماتور نسبت به طبقه بعدي در خلاف جهت هم چيده شوند.

نحوه سوار كردن هسته و بستن سيم پيچ ترانسفورماتور باهسته نوع زرهي هم مانند نوع معمولي است و مطابق صورت مي گيرد.



1- آزمايش اتصال كوتاه .

اين آزمايشات خيلي اقتصادي و مناسب هستند چون اطلاعات لازم را بدون بارداري كردن ترانسفورماتور به دست مي دهند. در حقيقت آزمايش هر ماشين A.C بزرگ شامل دو آزمايش پي در پي اتصال كوتاه و بي بار است .

آزمايش بي باري :

منظور از اين آزمايش محسابة افت بي باري يا افت هسته است و اين جريان بي باري Io براي محاسبه Ro , Xo لازم مي باشد. در آزمايش بي باري يكي از سيم پيچ هاي ترانسفورماتو را كه مناسب باشد . معمولاً سيم پيچ ولتاژ بالا را باز مي كنند و ديگري به يك منبع ولتاژ با فركانس وصل مي شود و يك ولتمتر w و يك ولتمتر V و آمپرمتر A در سيم پيچ ولتاژ كم يعني در حال حاضر سيم پيچ اوليه وصل مي كنند به كمك ولتاژ بكار برده شده در اوليه يك فلو در هسته بوجود آمده و بنابراين افت آهن بوسيلة ولتمتر قرائت مي شود.

چون جريان بي باري اوليه Io ( بوسيلة آمپرمتر اندازه گيري شده ) كم است ( معمولاً 2 تا 10 درصد جريان بار ) افت مسي در اوليه قابل صرفنظر و در ثانويه صفر است ( چون مدار ثانويه باز است ) . بنابراين واتمتر عملاً افت هسته را تحت شرايطي بي باري نشان مي دهد ( كه براي تمام بارها يكسان است ) بايد توجه شود از آنجا كه مقدار Io خيلي كم است بوبين ها ولتاژ واتمتر و ولتمتر بهم مربوط بوده آنچانكه جريان آنها از بوبين جريان واتمتر نمي گذارد.

بعضي وقتها يك ولتمتر با مقاومت زياد در ثانويه مي بندند، قرائت ولتمتر نيروي محركه القايي را در سيم پيچ ثانويه نشان مي دهد اين عمل براي پيدا كردن ضريب تبديل K بما كمك مي كند.