همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

[induct]

با سلام خدمت دوستان عزیز
دوستان می خواستم توی این تاپیک به بررسی دقیق و کاربردی رفتار ترانسفور ماتور های فشار قوی پرداخته بشه
می دونید ترانسفورماتور ها یکی از پیچیده ترین و پر هزینه ترین تجهیزات برق فشار قوی هستن که گاه دنیای بسیار
عجیب و پیچیده ای بر رفتار های اون ها حاکم هست. تمامی رفتار های الکتریکی که در سیستم های الکترونیکی و
تجهیزات الکتریکی با ولتاژ پایین، ناچیز و قابل صرف نظر هستن می تونن در ترانسفور ماتور های قدرت بسیار پیچیده و
خطرناک باشن. آیا این مطلب رو می دونید که با پیشرفت تجهیزات سوییچینگ رفته رفته کار برای ترانسفورماتور های
قدرت سخت تر و سخت تر میشه. آیا می دونید در حال حاضر در ترانسفورماتور های غول پیکر مشکلاتی وجود داره
که تا کنون هیچ کس نتونسته رفعش کنه. ما می تونیم با تحلیل پایه ای رفتار این نوع ترانسفور ماتور ها به دیدگاه
بسیار جامع تری به علم برق و رفتار های مغناطیس و ترانسفور ماتور ها برسیم. از دوستان برق قدرتی و الکترونیکی
های عزیز خواهشمند من رو توی این بحث یاری کنن چون این مطالب مربوط به تمام جامعه برق.... ممنونم
key word: power transformer, transformer core, 3ph transformer
در ضمن لیست موضوعات مشابه که اگه موافق باشین روش کار کنیم این های هست:
همه چیز در مورد ترانسفور ماتور های قدرت : همین موضوع
همه چیز در مورد خطا در شبکه های قدرت http://www.eca.ir/forum2/index.php?topic=84898.0
همه چیز در مورد هارمونیک در شبکه های قدرت : در آینده نزدیک
همه چیز در مورد توان در شبکه های قدرت : در آینده نزدیک
:applause: :applause: :applause: :applause: :applause: :applause:

[induct]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

فصل اول
ترانسفورماتور
ترانسفور ماتور در بیان ساده متشکل از دو سیم پیچ اولیه و ثانویه می باشد که این دو سیم پیج دارای کوپلینگ و ارتباط مغناطیسی هستند و بر اساس" قانون فارادی تغییرات فوران در زمان سبب القای پتانسیل الکتریکی در اجسام رسانا می گردد"
با عبور جریان از سیم پیچ اولیه فوران الکتریکی توسط این سیم پیچ ایجاد می گردد که عبور این فوران از سیم پیچ ثانویه سبب القا ولتاژ در این سیم پیچ می شود. مسیر عبور فوران الکتریکی از سیم پیچ اولیه به ثانویه هسته ی فولاد نورد شده غیر یک پارچه است که مقاومت مغناطیسی ( رلوکتانس ) بسیار پایینی دارد. پس به طور کلی ترانسفورماتور های الکتریکی متشکل از سه قسمت عمده هستند : 1-سیم پیچ اولیه 2-سیم پیچ ثانویه 3-هسته مغناطیسی
آزمایش جریان بی باری ترانسفورماتور:
برای تحلیل جریان بی باری ترانسفور ماتور کافیست ثانویه را اتصال باز نمایم و اولیه را به ولتاژ نامی اتصال دهیم.
نگاهی از زاویه دیگر : آزمایش اتصال باز در اصل یعنی طراحی یک سیم پیچ یا راکتور و بررسی رفتار این سیم پیچ
هسته ای را در نظر می گیریم که بر روی آن تعداد دور نسبتا زیادی سیم پیچیده شده است در نگاه ساده این ساختار دارای یک امپدانس متشکل از مقاومت اهمی سیم پیچ و اندکتاس سیم پیچی که با اتصال این امپدانس به ولتاژ شبکه جریانی از این سیم پیچ عبور می نماید و این همان جریان بی باری ترانسفور ماتور می باشد.
آزمایش اتصال کوتاه
در این آزمایش ثانویه ترانسفورماتور را به حالت اتصال کوتاه در آوریم و ولتاژی را به اولیه اعمال کنیم که جریان نامی از اولیه عبور کند این ولتاژ نتیجه آزمایش اتصال کوتاه می باشد.
نگاهی از زاویه دیگر: در صورتی که سیم با تعداد دور مشخص بر روی هسته ای پیچیده شود و سیم پیچ اتصال کوتاه شده دیگری با تعداد دور مشخص روی همان هسته پیچیده شود در صورتی که تزویج این دو سیم پیچ زیاد باشد فوران هسته به شدت کاهش می یابد که این امر سبب کاهش اندکتانس سیسیتم می شود که در نتیجه آن با اعمال ولتاژ بسیار پایین جریان بالای از سیم پیچی عبور می کند.
تصویر 1. ترانسفور ماتور ساده الکتریکی

[induct]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

ضرایب تبدیل ترانسفورم اتور ها
در حالت ایده آل ولتاژ القا شده بر روی سیم پیچ ثانویه ترانسفور ماتور متناسب با نسبت تعداد دور اولیه به ثانویه می باشد
که در تصویر 2. نشان داد شده. در نتیجه با افزایش و کاهش دور اولیه و ثانویه می توان به ولتاژ های دلخواه خود دست یابیم.



ترانسفور ماتور های غیر ایده آل در نگاهی کلی
در حالت غیر ایده آل ترانسفورماتور دارای این فاکتور های الکتریکی می باشد:
مقاومت اهمی سیم پیچ اولیه
مقاومت سلفی سیم پیچ اولیه
مقاومت اهمی سیم پیچ ثانویه
مقاومت سلفی سیم پیچ ثانویه
مقاومت اهمی مدل شده برای هسته
مقاومت سلفی مدل شده برای هسته
قابل ذکر که این فاکتور ها فاکتور های کلی مدل کردن ترانسفورماتور می باشد و در نگاهی جامع تر ترانسفورماتور ها مدل های بسیار پیچیده و با فاکتور های وسیعی مطرح می گردند که در فصل آینده به صورت دقیق مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
تصویر 3. مدل فاکتور های الکتریکی ترانسفور ماتور در اولیه

[induct]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

تلفات در ترانسفور ماتور ها در نگاهی کلی
با توجه به تصویر 3. تمامی مقاومت های اهمی مدل شده در ترانسفورماتور و جریان گذرنده از این مقاومت های تعییت کننده تلفات ترانسفور ماتور ها می باشد که خود را به صورت حرارت در ترانسفورماتور نشان می دهد. به طور کلی تلفات در سه قسمت مجزا در ترانسفورماتور رخ می دهد که عبارتند از : تلفات حرارتی سیم پیچ اولیه- سیم پیچ ثانویه و تلفات ناشی از جریان های القا شده در هسنه آهنی
P(loss)=P(p)+P(s)+P(core)
فصل دوم
هسته مغناطیسی
هسته های به کار گرفته شده در ترانسفور ماتور های مختلف دارای ویژگی های متفوتی نیز می باشند مثلا این هسته ها در ترانس های فر کانس بالا ، فرکانس پایین، ولتاژ بالا و ولتاژ پایین و در موارد مصرف مختلف متفاوت می باشند ولی همان طور که در تصویر 4. مشاهده می کنید به طور کلی هسته ترانسفور ماتور ها از فولاد نورد شده و ورقه ورقه ساخته می شود.
تصویر 4. جریان گردابی در هسته یک پارچه و هسته ورقه ورقه

[induct]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

چند ویژگی مهم در مورد هسته ترانسفورماتور
در کل هسته های مغناطیسی دارای وِیژگی های ساختاری بسیار گسترده ای هستند که مهمترین آنها عبارتند از :
مقاومت اهمی
ضریب نفوذ مغناطیسی
حلقه هسترزیس
تغییرات ضریب نفوذی تابع فوران عبوری
تغییرات ضریب نفوذی تابع دما
جریان فوکو
پاسخ فرکانسی
رفتار های غیر خطی تابع : دما ، فوران، ارتعاشات صوتی
در این موارد ذکر شده سه فاکتور اول فاکتور های عمومی می باشند که در اکثر ترانسفور ماتور ها مورد بررسی هستند ولی چهار فاکتور انتهایی فاکتور های پیچیده ای هستند که در مباحث پیشرفته ترانسفور ماتور های قدرت مورد بررسی قرار می گیرند.
تصویر 5. اشکال رایج هسته ترانسفورماتور قدرت

[aliila]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

یک فیلم عالی از نحوه ساخت ترانس فورمور فشار قوی دارم فردا براتون پ میکنم

http://www.4shared.com/video/O6GfeDbv/Electric_Pole_Transformers.html

[induct]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

مقاومت اهمی در هسته
تغییرات فوران در هسته بر اساس قانون القای ولتاژ فارادی سبب القا ولتاژ و پتانسیل الکتریکی می گردد که این امر خود سبب تغییرا بار الکتریکی گذرنده از دیفرانسیل های مقطع نسبت به دیفرانسیل زمان می گردد که این مفهوم جریان الکتریکی حاکمدر هسته می باشد. میزان این جریان وابسته به مقاومت اهمی مخصوص و سطح مقطع هسته است که هر چقدر این جریان بیشتر باشد دمای هسته به سرعت افزایش می یابد و تلفات ترانسفورماتوئر بالا خواهد بود.
به طور کلی عواملی که سبب افزایش این جریان می گردند عبارتند از :
فرکانس تغییرات جریان ترانسفور ماتور
فوران گذرنده از هسته
مقاومت مخصوص هسته و سطح مقطع یک پارچه
فراتر از ترانسفورماتور- قابل ذکر مبانی طراحی کوره های القایی بر اساس این سه اصل می باشد.

راه کار کاهش جریان هسته عبارت است از :
افزایش ناخالصی هایی همچون سیلیس برای افزایش مقاومت اهمی به هسته
ورقه ورقه کردن هسته برای کاهش سطح مقطع و یکپارچگی هسته
نورد کردن که سبب افزایش مقاومت در مسیر های بسته می گردد

[arvinfx]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

ممنون بابات پست هات. میشه بگیرد نورد کردن به چه فعالیتی میگن؟

[induct]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

با سلام ممنون از اولین سوال
این بر می گرده به تکنولوژی ساخت هسته های مغناطیسی
همون تکونولوژی که ما در ایران نداریم و این خیلی بده
در مورد طراحی هسته باید ابتدا بدونیم که هر مولکول fe دارای مقداری میدان مغناطیسی جهت دار هستش
که این نشان دهنده ی اینه که بر آین میدان های مغناطیسی هر الکترون
اون برابر با عددی هست نسبتا بزرگتر از صفر
ولی چرا یک تکه آهن معمولی بدون هیچ فرآیند میدان مغناطیسی نداره؟
چون بر آیند میدان های مغناطیسی مولکول های اون برابر با صفره
برای یک راستا کردن این میدان ها راه های مختلفی هست
یکی از راه ها نورد کردنه
آهن رو تا دمای حدود 1200 درجه حرارت می دن و بعد در یک جهت خاص از بین
دو تا قلتک عبور می دن و این کار رو چندین بار انجام می دن تا ورق نازک بشه
نتیجه این کار افزایش ضریب نفوذی در راستای نورده به این مفهوم که مولکول
های آهن تمایل بیشتری دارن تا در راستای نورد شده نظم مغناطیسی بگیرن
خیلی ممنون می شم که بیشتر توی بحث شرکت کنین :applause:

[saeed bagherani]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

جناب حیدری
ممنون از پست های خیلی خوبی که ایجاد کردید

یه سوال دارم ؟
اگه یه ترانسفورماتور پلاک نداشته باشه چطوری میشه جریان نامی اون رو بدست آورد ؟

قبلا از جوابتون تشکر می کنم

[induct]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

با سلام خدمت دوستان عزیز
برای تخمین جریان نامی یکی از راه های رایج تجربی اینه که
سایز هسته رو اندازه گیری کنید بر اساس سایز هسته و جدول فنی استاندارد ترانسفورماتور ها
می شه توان ترانسفورماتور را بر حسب ولت آمپر به دست آورد
حالا شما توان رو دارین ولتاژ نامیتونم که می دونین وجریان نامی به سادگی محاسبه می شه
موفق باشین

[saeed bagherani]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

مرسی
مشکل اینه که به سایز هسته دسترسی ندارم ؟
راه دیگه ای هست

[induct]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

با سلام
بله هست.
ولی میشه اول یه مشخصات کلی ابعاد و ولتاژ و کاربرد ترانستو بگی ؟
با یه آزمایش می تونی حدودا جریان نامی رو بدست بیاری
اول اینکه ترانست تب چنجر داره یا نه ؟
اگه تب چنجر اتوماتیک داشته باشه بر اساس درصد افت ولتاژ هم می تونی حدودا جریان نامی رو بدست بیاری
در صد افت ولتاژ مجاز برای ترانس های قدرت تقریبا 5 % وقتی اون قدری از ترانس جریان بکشین که 5% از ولتاژ افت کنه
اون جریان ماکزیمم نامی شما خواهد بود
بر این اساس هم می شه حدودی بدست آورد.
راستی با ابعاد بدنه ی ترانس هم میشه جریان رو تخمین زد
مشخصات کامل IEEE ترانس ها قابل دانلود هستش.
من در خدمتم
موفق باشین

[induct]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

ضریب نفوذی هسته
تمامی موادی که در پیرامون ما وجود دارند در مقابل عبور میدان های مغناطیسی از خود ویژگی های متفاوتی نشان می دهند پایه ای ترین آزمایش جهت تکمیل دیدگاه علمی در مورد ضریب نفوذی اجسام آزمایش عبور میدان های مغناطیسی از خلاء می باشد. با عبور میدان مغناطیسی از خلاء می توان نتیجه گرفت که میدان های مغناطیسی برای عبور از محیط نیاز به هیچ ماده ای ندارند ولی وجود یک سری از مواد به دلیل ماهیت ساختاری سبب افزایش میدان مغناطیس می گردد.این ماهیت اثر گذاری بر روی میدان های مغناطیسی و قابلیت عبور میدان های مغناطیسی را ضریب نفوذ مغناطیس مواد(magnetic permeability) می گویند.
مواد به لحاظ ضریب نفوذ مغناطیسی به سه دسته دیا مغناطیس ، پارامغناطیس و فرو مغناطیس تقسیم می شوند که مواد استفاده شده در ترانسفورمر ها مواد فرو مغناطیسی می باشند که دارای ضریب نفوذ مغناطیسی بالایی هستند.
تصویر زیر ضریب نفوذ این سه دسته از مواد را به همراه ضریب نفوذی خلا ء نشان می دهد:

جدول زیر نیز نشان دهنده ی ضریب نفوذ مغناطیسی موارد تاثیر گذار الکتریکی رانشان می دهد:

[induct]

پاسخ : همه چیز در مورد ترانسفورماتور قدرت(power transformers)

هسترزیس
با افزایش فوران مغناطیسی در هسته ذرات مغناطیسی در یک راستا نظم می گیرند و این امر رفته رفته سبب افزایش میدان مغناطیسی عبوری از هسته می گردد ولی با افزایش هر چه بیشتر فوران و پس از اینکه تقریبا تمامی ذرات مغناطیسی در یک جهت نظم گرفتند هسته دیگر توانایی عبور مقدار بیشتری از میدان مغناطیسی را نخواهد داشت و در استلاح هسته به اشباع می رسد. حال با کم شدن میدان مغناطیسی ذرات دوباره دچار بی نظمی می شوند و از حالت اشباع نیز خارج می گردند تا اینکه فوران اعمالی از بیرون به هسته به صفر برسد ولی در این شرایط فوران هسته به صفر نمی رسد زیرا مقداری از ذرات مغناطیسی نظم خود را حفظ می نمایند که به این پدیده ایجاد پسماند مغناطیسی گویند حال برای به صفر رساندن میدان مغناطیسی نیاز است که فوران عکس به هسته اعمال کنیم و ادامه این پروسه بیانگر مشخصه هسترزیس هسته می باشد که در تصویر زیر نشان داده شده است.

از بهم پیوستن چندین اتم آهن یک ذره مغناطیسی(magnetic domain) ایجاد می گردد که این ذره قابلیت حرکت و چرخش دارد که سبب نظم دهی مغناطیسی می گردد . تصویر زیر نشان دهنده یک تصویر میکروسکوپی از ذرات مغناطیسی است.

این ذرات مغناطیسی با تغییرات فوران کاملا حرکت می نمایند که این حرکت سبب ایجاد تلفات هسترزیس در هسته می گردد. تصاویر زیر نشان دهنده ی حرکت ذرات مغناطیسی با اعمال میدان مغناطیسی خارجی می باشد :