ترانسفورماتور در الکترونیک قدرت

اصل كار ترانسفورماتور قدرت

ترانسفورماتور قدرت بر اساس “قانون القای الکترومغناطیسی فارادی” کار می کند. این قانون اساسی الکترومغناطیس است که اصل کار انداکتور ها، موتور ها، ژنراتور ها و ترانسفورماتور های الکتریکی را توضیح می دهد.

این قانون می گوید: “هنگامی که یک حلقه بسته یا رسانا کوتاه شده به یک میدان مغناطیسی متفاوت نزدیک می شود، جریان جاری ای در آن حلقه بسته تولید می شود”

برای درک بهتر قانون، اجازه دهید با جزئیات بیشتری در مورد آن بحث کنیم. ابتدا، بیایید یک موقعیت را در زیر بررسی کنیم.

• سپس رسانا با استفاده از یک سیم همانطور که در شکل نشان داده شده است، در هر دو سر کوتاه می شود.
• در این حالت، هیچ جریانی در رسانا یا حلقه وجود نخواهد داشت زیرا میدان مغناطیسی برش حلقه ثابت است و همانطور که در قانون ذکر شده است، فقط یک میدان مغناطیسی متغیر می تواند جریان را در حلقه ایجاد کند.
• بنابراین در حالت اول میدان مغناطیسی ساکن، جریان صفر در حلقه رسانا وجود خواهد داشت.

حال بررسی کنید که آهنربا مانند یک آونگ به عقب و جلو حرکت می کند، میدان مغناطیسی حلقه را مدام تغییر می دهد. از آنجا که در این حالت میدان مغناطیسی متفاوتی وجود دارد، قوانین فارادی به اجرا در می آیند و از این رو می توان جریان جاری را در حلقه رسانا مشاهده کرد.

همانطور که در شکل می بینید، پس از حرکت آهنربا به جلو و عقب، ما می توانیم یک جریان “I” را که سراسر رسانا و حلقه بسته جریان دارد، ببینیم.

اکنون اجازه دهید باتری دائمی را حذف کنیم تا با منابع مختلف میدان مغناطیسی مانند زیر جایگزین شود.

• اکنون یک منبع ولتاژ متناوب و یک رسانا برای تولید یک میدان مغناطیسی متفاوت استفاده می شود.
• بعد از اینکه حلقه رسانا به محدوده میدان مغناطیسی نزدیک شد، آنگاه می توانیم EMF تولید شده در سراسر رسانا را ببینیم. به دلیل این EMF القایی، ما یک جریان “I” خواهیم داشت.
• مقدار ولتاژ القایی متناسب با قدرت میدانی است که حلقه دوم تجربه می کند، بنابراین هرچه قدرت میدان مغناطیسی بیشتر باشد، جریان جاری در حلقه بسته بیشتر است.

اگرچه می توان از یک رسانای منفرد برای درک قانون فارادی استفاده کرد. اما برای عملکرد عملی بهتر استفاده از سیم پیچ در هر دو طرف ترجیح داده می شود.

در اینجا، یک جریان متناوب از طریق سیم پیچ اولیه جریان دارد که میدان مغناطیسی متفاوتی را در اطراف سیم پیچ های رسانا ایجاد می کند. و هنگامی که سیم پیچ 2 در محدوده میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ 1 قرار می گیرد، به دلیل قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، یک ولتاژ EMF در سراسر سیم پیچ 2 ایجاد می شود و به دلیل آن ولتاژ، در سیم پیچ 2 جریان “I” از مدار بسته ثانویه عبور می کند.

اکنون باید به یاد داشته باشید که هر دو سیم پیچ در هوا معلق هستند بنابراین محیط هدایت مورد استفاده میدان مغناطیسی هوا است. هوا در مقایسه با فلزات در مورد هدایت میدان مغناطیسی مقاومت بالاتری دارد، بنابراین اگر از یک هسته فلزی یا فریتی استفاده کنیم تا به عنوان یک واسطه برای میدان الکترومغناطیسی عمل کند، می توانیم القای الکترومغناطیسی را با دقت بیشتری تجربه کنیم.

بنابراین اکنون اجازه دهید تا بستر آهن را برای درک بیشتر جایگزین هوا کنیم.

همانطور که در شکل نشان داده شده است، ما می توانیم از هسته آهن یا فریت برای کاهش اتلاف شار مغناطیسی در هنگام انتقال نیرو از یک سیم پیچ به سیم پیچ دیگر استفاده کنیم. در این مدت شار مغناطیسی نشت شده در جو به طور قابل ملاحظه ای کمتر از زمانی است که ما از بستر هوا به عنوان هسته یک رسانای بسیار خوب میدان مغناطیسی استفاده می کنیم.

هنگامی که این میدان توسط سیم پیچ1 تولید می شود، از طریق هسته آهن به سیم پیچ 2 می رسد و به دلیل قانون فارادی سیم پیچ 2 یک EMF تولید می کند که توسط گالوانومتر متصل به سیم پیچ 2 خوانده می شود.

اگر با دقت مشاهده کنید تنظیماتd مشابه ترانسفورماتور تک فاز را پیدا خواهید کرد و بله، هر ترانسفورماتور فعلی بر اساس همان اصل کار می کند.

حال بیایید ساختار ساده ترانسفورماتور سه فاز را بررسی کنیم.

ترانسفورماتور سه فاز

• اسکلت ترانسفورماتور با قرار دادن ورق های فلزی چند لایه که برای حمل شار مغناطیسی استفاده می شود، طراحی شده است. در نمودار، می توانید اسکلت را به رنگ خاکستری ببینید. اسکلت دارای سه ستون است که سیم پیچ های سه فاز روی آن ها پیچیده می شود.
• سیم پیچ ولتاژ پایین ابتدا پیچیده می شود و به هسته نزدیک می شود در حالی که سیم پیچ ولتاژ بالاتر در بالای سیم پیچ ولتاژ پایین پیچیده می شود. به یاد داشته باشید، هر دو سیم پیچ با یک لایه عایق از هم جدا می شوند.
• در اینجا هر ستون یک فاز را نشان می دهد، بنابراین برای سه ستون، سیم پیچ سه فاز داریم.
• این مجموعه کامل از اسکلت و سیم پیچ در یک مخزن مهر و موم شده پر از روغن صنعتی برای رسانایی بهتر گرما و عایق بندی قرار دارد.
• پس از سیم پیچ، ترمینال های انتهایی هر شش سیم پیچ از طریق یک عایق HV از مخزن مهر و موم شده خارج شدند.
• ترمینال ها با فاصله کافی از یکدیگر ثابت می شوند تا از پرش جرقه جلوگیری کنند.

ويژگيهاي ترانسفورماتور قدرت

قدرت مجاز: 3 MVA  تا 200 MVA

ولتاژ معمولی اولیه: 11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV

ولتاژ معمولی ثانویه: 3.3, 6.6, 11, 33, 66, 132 کیلو ولت یا مقدار خاص

فازها: ترانسفورماتور های تک فاز یا سه فاز

بسامد مجاز: 50  یا  60 Hz

انشعاب دادن: تپ چنجر زیر بار یا خارج از بار

افزایش دما: 60/65C  یا  مشخصات سفارشی

انواع خنک کننده: ONAN (روغن طبیعی هوای طبیعی) یا سایر انواع خنک کننده مانند KNAN (max 33kV) بنا به درخواست

رادیاتور ها: مخازن نصب شده پنل های رادیاتور خنک کننده

گروه های برداری: Dyn11  یا سایر گروه های برداری مثل  IEC 60076

تثبیت ولتاژ: از طریق چنجر تپ روی بار (با رله AVR به صورت استاندارد)

ترمینال های HV& LV :نوع جعبه کابل هوا (حداکثر 33 کیلوولت) یا بوش های باز

تاسیسات: داخلی یا خارجی

سطح صدا: مطابق  ENATS 35  یا  NEMA TR1