تحقیق مقاله ترانسفورماتور ها

مقدمه

در محل های توزیع برای این اینکه ولتاژ قابل استفاده برای مصارف عمومی و کارخانجات باشد، باید ولتاژ پایین آورده شود. این افزایش و کاهش ولتاژ توسط ترانسفورماتور انجام می شود بدیهی است توزیع انرژی بیت تمام مصرف کننده های یک شهر از مرکز توزیع اصلی امکان پذیر نیست و مستلزم هزینه و افت ولتاژ زیادی خواهد بود.      

لذا هر مرکز اصلی به چندین مرکز یا پست کوچکتر(پست های داخل شهری) و هر پست نیز به چندین محل توزیع کوچکتر(پست منطقه ای) تقسیم میشود. هر کدام از این مراکز به نوبه خود از ترانس های توزیع و تبدیل ولتاژ استفاده می کنند.

به طور کلی در خانواده و توزیع انرژی الکتریکی ، ترانسفورماتورها از ارکان و اعضای اصلی هستند و اهمیت آنها کمتر از خطوط انتقال و یا مولدهای نیرو نیست. خوشبختانه به دلیل وجود حداقل وسایل دینامیکی در آنها کمتر با مشکل و آسیب پذیری رو به رو هستند. مسلماٌ‌ این به آن معنی نیست که می توان از توجه به حفاظت ها و سرویس و نگهداری آنها غفلت کرد.

چکیده

ترانسفورماتورها به زبان ساده و شکل اولیه وسیله ای است که تشکیل شده از دو مجموعه سیم پیچ اولیه و ثانویه که در میدان مغناطیسی و اطراف ورقه هایی از آهن مخصوص به نام هسته ترانسفورماتور قرار می گیرند. مقره ها یا بوشینگ ها یا ایزولاتور ها و بالاخره ظرف یا محفظه ترانسفورماتور.

کار ترانسفورماتورها بر اساس انتقال انرژی الکتریکی از سیستمی با یک ولتاژ و جریان معین به سیستم دیگری با ولتاژ جریان دیگر است. به عبارت دیگر ترانسفورماتور دستگاهی است استاتیکی که در یک میدان مغناطیسی جریان و فشار الکتریکی را بین دو سیم پیچ یا بیشتر با همان فرکانس و تغییر اندازه یکسان منتقل می کند.

انواع ترانسفورماتورها          

      ترانسها اغلب به صورت هسته ای یا جداری طراحی می شوند. در نوع هسته ای در هر یک از سیم پیچ ها شامل نیمی از سیم پیچ فشار ضعیف و نیمی از سیم پیچ فشار قوی هتند و هر کدام روی یک باروی هسته ای قرار دارند. در نوع جداری، سیم پیچ ها روی یک هسته پیچیده شده اند و نصف مدار فلزی مغناطیسی از یک طرف و نصف دیگر از طرف هسته بسته می شود.

      با اصول مقدماتی و ساختمان ترانسفورماتورها باید توجه داشته باشید که به علت تلفات و مسائل اقتصادی و عوامل دیگر که در طراحی و ساختمان ترانسفورماتور هاموثرند، نمی توان به سادگی از فرمول هایی که تا بهحال ارائه شده است برای ساختمان ترانسفورماتور استفاده کرد . بنابراین ، در این جا به بررسی ساختمان و محاسبه ی عملی ترانسفورماتورها ی کوچک می پردازیم .

      لازم به تذکر است که ترانسفورماتور ها را با توجه به کاربرد و خصوصیات آنها بهسه دسته کوچک ، متوسط و بزرگ دسته بندی می کنند .

ساختمان ترانسفورماتور  های بزرگ و متوسط به دلیل مسائل حفاظتی و عایق بندی و امکانان موجود ، کار ساده ای نیست . لذا دراین جا ما فقط ترانسفورماتورهای کوچک ( تا قدرت 16 کیلو ولت آمپر تا 1000 ولت ) را بررسی خواهیم کرد .

      موارد استفاده ی این ترانسفورماتورها امروز بسیار زیاد است ؛ مثلاً در یک سو سازها ، مصرف کننده های کم قدرت که به ولتاژ کم وصلمی شوند ، وسایل الکترونیکی ، اسباب بازی ها و ... از این ترانسفورماتورها استفاده می شود .

      برای ساختن ترانسفورماتورها ی کوچک ، اجزای آن مانند ورقه های آهن ، سیم و قرقره را به سادگی می توان تهیه کرد .

      برای محاسبه و ساخت یک ترانسفورماتور می توان با استفاده از عوامل و روابط موجود ، مجهولات مطلوب را محاسبه کرد . علاوه بر این برای  ترانسفورماتورهای مشخص و استاهدارد شده نیز جداول یا منحنی هایی وجود دارد که به سادگی می توان از روی آن ها مجهولات را به دست آورد .

در این جا به بررسی هر یک از این روش ها برای ساختن یک ترانسفورماتور یکفاز می پردازیم .

اجزای تشکیل دهنده ی یک ترانسفورماتور به شرح  زیر است .

1- هسته ی ترانسفورماتور :

هسته ی ترانسفورماتور متشکل از ورقه های نازک است که سطح آن ها با توجه به قدرت ترانسفورماتور محاسبه می شود . برای کم کردن تلفات آهنی ، هسته ی ترانسفورماتور را نمی توان به طور یک پارچه ساخت . بلکه معمولا آن ها را از ورقه های نازک فلزی که نسبت به یک دیگر عایق اند ، می سازند .

این ورقه ها از آهن بدون مماسند ( ورق دیناموبلش ) با آلیاژی از سیلیسیم ( حداکثر 5/4 درصد ) که دارای قابلیت هدایت الکتریکی کم و قابلیتهدایت مغناطیسی زیاد است ساخته می شوند . در اثر زیاد شدن مقدار سیلیسیم ، ورقه های دیناموبلش شکننده  میشوند . برای عایق کردن ورقه های ترانسفورماتور ، قبلاً از یک کاغذ نازک مخصوص که در یک سمت این ورقه چسبانیده می شد ، استفاده می کردند اما امروزه بدین منظور در هنگام ساختن و نورد اینورقه ها یک لایه ی نازک اکسید ، فسفات یا سیلیکات به ضخامت 2 تا 20 میکرون به عنوان عایق در روی آن ها می مالند و با آن روی ورقه ها را می پوشانند . علاوه بر این ، از لاک مخصوص نیز برای عایق کردن یک طرف ورقه ها استفاده می شود . ورقه های ترانسفورماتور دارای یکلایه عایق هستند ؛ بنابراین ، در موقع محاسبه یسطح مقطع هسته باید سطح آهن خالص را منظور کرد . ورقه های ترانسفورماتور را به ضخامت های 35/0 و 5/0 میلی متر و در اندازه های استاندارد به شکل های مختلف می سازند .

معمولی ترین ورقه های استاندارد شده به شکل های El و M هستند . این ورقهها به صورت یک تکه ساخته شده و دور ریز آن ها زیاد است . لذا از این فرم تا استاندارد 102M ( ارتفاع 102 میلی متر ) ساخته می شود . در ضمن ، این نوع ورقه ها دارای شکاف هوایی 3/0 ، 5/0 یا 2 میلی متر هستند .  ورقه های  ترانسفورماتور به فرم El را به علت دورریز کم تر برای استانداردهای  بالا نیز درست می کنند . این ورقه ها را باید در داخل قرقره به طور متناوب از دو طرف جا زد تا بدین ترتیب فاصله ی هوایی در نتیجه ، تلفات پراکندگی کم شود . باید دقت کرد که سطح عایق شده ی ورقه های ترانسفورماتور همگی در یک جهت باشند . علاوه بر این ، تاحد امکان نباید در داخل قرقره فضای خالی بماند . لازم است ورقه ها با فشار داخل قرقره جای بگیرند تا از ارتعاش و صدا کردن آن ها نیز جلوگیری شود .

2- سیم پیچ ترانسفورماتور :

معمولا برای سیم پیچ اولیه و ثانویه ی ترانسفورماتور از هادی های مسی با عایق ( روپوش ) لاکی استفاده می کنند . این هادی ها با سطح مقطع گرد و در اندازه های استاندارد وجود دارند و با قطر مشخص می شوند . درترانسفورماتورهای پرقدرت از هادی های مسی که به صورت تسمه هستند ، استفاده می شود . ابعاد این گونه هادی ها نیز استاندارد است .

سیم پیچی ترانسفورماتور های کوچک بر روی قرقره در طبقات مختلف پیچیده می شود . در صورتی که ماکزیمم ولتاژ بین دو حلقه بیش از 25 ولت باشد  ، باید بین طبقات عایق قرار داد . بین سیم ها ی مجزا از یک دیگر – مثلاً سیم پیچی های اولیه و ثانویه – نیز حتماً باید عایق قرار گیرند . در روی آخرین لایه نیز باید نوار عایق پیچیده شود و مشخصات ترانسفورماتور بر روی این  لایه ثبت گردد . برای استفاده از حداکثر فضای قرقره ، سیم ها تا حد ممکن باید پهلوی یک دیگر پیچیده شوند و بین آنها فضای خالی نباشد . چگالی جریان که برای ترانسفورماتور های کوچک انتخاب می شود ، بین A/mm  1 تا A/mm 4 است . سر سیم پیچی ها را باید به وسیله ی روکش ها ی عایق ( وارنیش یا ماکارونی ) از سوراخ های قرقره خارج کرد تا بدین ترتیب سیم ها قطع ( خصوصاً در سیم های نازک و لایه های اول ) یا زخمی نشوند . یکطرف این روکش ها باید در داخل قرقره زیر سیم قرار گیرند و خوب محکم شوند . علاوه بر این ، بهتر است رنگ روکش ها نیز متفاوت باشد تا در ترانسفورماتورهای دارای چندین سیم پیچ ، به راحتی بتوان سر هر سیم پیچ را مشخص کرد .

بعد از اتمام سیم پیچی یا تعمیر سیم پیچ های ترانسفورماتور باید آن ها را با ولتاژهای بالاتر از ولتاژ نامی خودشان برای کنترل و کسب اطمینان از سالم بودن عایق بین بدنه و سیم پیچ اولیه ، بدنه و سیم پیچ ثانویه و هم چنین سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه آزمایش کرد جدول 1 مقدار ولتاژ آزمایش را نشان می دهد .

3- قرقره ی ترانسفور ماتور :

      برای حفاظت و نگهداری از سیم پیچ ها ی ترالنسفورماتور – خصوصاً در ترانسفور ماتور های کوچک – باید از قرقره استفاده کرد .

      جنس قرقره باید از مواد عایق باشد . قرقره را معمولاً از کاغذ عایق سخت ( برش مان ) ، فیبر های استخوانی یا مواد ترموپلاست می سازند . قرقره هایی که از جنس ترموپلاستیک هستند معمولاً یک تکه ساخته می شوند ولی برای ساختن قرقره های دیگر باید آن ها را در چند قطعه ساخت و سپس بر روی یک دیگر سوار کرد .

      بر روی دیوارهای قرقره باید سوراخ یا شکافی ایجاد کرد تا سر سیم پیچ ها از آن ها خارج شوند . اندازه ی قرقره باید با اندازه  ی ورقه های ترانسفورماتور متناسب باشد و سیم پیچ نیز طوری بر روی آن پیچیده شود که از لبه  های قرقره مقداری پایین تر قرار گیرد تا هنگام جا زدن ورقه های ترانسفورماتور ، لایه ی رویی سیم پیچ صدمه نبیند .