مهندسی برق-الکترونیک
دانلود جزوات، کتاب ها، نرم افزار ها وآشنایی با مهندسی برق-الکترونیک
مهندسی برق-الکترونیک
دانلود جزوات، کتاب ها، نرم افزار ها وآشنایی با مهندسی برق-الکترونیکآشنایی با قطعات الکترونیکی (ترانسفورماتور)
ترانسفورماتورچیست؟
ترانسفورماتور(Transformer):
ترانسفورماتور یکی از وسائل بسیار مهم تبدیل کمیاب جریان و ولتاژ الکتریکی متناوب است : که بر خلاف ماشین های الکتریکی که انرژی الکتریکی ومکانیکی را بهم تبدیل می کند: ترانسفورماتور در نوع انرژی تغییری نمی دهد .
بلکه ولتاژ و جریانی را بلکه ولتاژ و جریانی را با همان فرکانس ولی متناوب از نظر مقدار تبدیل می نماید یا با بیان دیگر ترانسفورماتور یک وسیله الکترومغناطیسی ساکن است که می تواند انرژی جریان متناوبی را از یک مداری به مداری دیگر فقط با حفظ اندازه فرکانس جریان متناوب انتقال دهد بطوریکه انرژی با ولتاژپائین را تبدیل به همان انرژی با ولتاژ بالاتر نماید وهم چنین جریان را از مقدار داده شده در یک مدار به جریانی با اندازه ای متفاوت در مدار دیگر تبدیل کند.
امروزه ترانسفورماتور وسیله ای لازم وضروری در دستگاههای انتقال انرژی الکتریکی وپخش وتوزیع انرژی الکتریکی متناوب است : ترانسفورماتورها بطور بسیار وسیعی در مدارهای وسائل الکترونیکی ومدارهای دستگاههای خودکار با اتوماتیک وراه اندازی موتورهای الکتریکی وتطبیق ولتاژ مورد نیاز جهت تغذیه مصرف کننده هائی از قبیل یکسوسازها ومبدلهای جریان دائم به متناوب شارژ کننده های باطری: وایجاد دستگاههای چندین فازه از دستگاههای دوفازه وسه فازه ودر ارتباطات بمنظور تطبیق امپدانس وهم چنین در سیستم های قدرت بمنطور بالا بردن ولتاژ برای انتقال اقتصادی قدرت یعنی پائین آوردن جریان جهت کاهش افت ولتاژ وکم کردن مقطع سیم انتقال وهم چنین در انتهای خطوط انتقال بمنطورپائین آوردن ولتاژ به مقادیر مورد نیاز بکار می رود.
وهمینطورترانسفورماتور یک وسیله بسیار ضروری در مدارهای اندازه گیری الکتریکی ودر مدارهای جوشکاری وکوره های الکتریکی است : هم چنین یک مجزا کننده مدارهای با ولتاژ زیاد از مدارهای با ولتاژ پائین است : ترانسفورماتور حذف کننده مؤلفه های مستقیم جریان در یک دستگاه انرژی می باشد:
هم چنین از نقطه نظر تئوری تجزیه وتحلیل آن مطالعه وبررسی تمام ماشینهای الکتریکی را آسان می سازد.
انواع ترانسفورماتور:
سازندگان و استانداردها در کشورهای مختلف هر یک به نحوی ترانسفورماتورها را تقسیم بندی کرده و تعاریفی برای درجه بندی آنها ارائه داده‌اند. برخی ترانسها را بنا بر موارد و ترتیب بهره برداری آنها متفاوت شناخته‌اند، مانند: ترانسهای کاهنده ,انتقال قدرت ، اتو ترانس و یا ترانسهای تقویتی و گروهی از ترانسها را به غیر از ترانسفورماتور اینسترومنتی ترانس جریان و ولتاژ ، ترانس قدرت می نامند و اصطلاحا ترانس قدرت را آنهایی می دانند که در سمت ثانویه آنها فشار الکتریکی تولید می کتتد این نوع تقسیم بندی در عمل دامنه وسیعی را در بر می گیرد که در یک طرف آن ترانسفورماتورهای کوچک و قابل حمل با ولتاژ ضعیف برای لامپهای دستی و مشابه آن قرارمی گیرند و طرف دیگر شامل ترانسهای خیلی بزرگ برای تبدیل ولتاژ خروجی ژنراتور به ولتاژ شبکه و خطوط انتقال نیرو است. در بین این دو اندازه ( حد متوسط ) ترانسهای توزیع و یا انتقال در مؤسسات الکتریکی و ترانسهای تبدیل به ولتاژهای استاندارد قرار دارند. ترانسها اغلب به صورت هسته‌ای یا جداری طراحی می شوند. در نوع هسته‌ای در هر یک از سیم پیچها شامل نیمی از سیم پیچ فشار ضعیف و نیمی از سیم پیچ فشار قوی هستند و هر کدام روی یک بازوی هسته‌ای قرار دارند.
در نوع جداری ، سیم پیچها روی یک هسته پیچیده شده‌اند و نصف مدار فلزی مغناطیسی از یک طرف و نصف دیگر از طرف هسته بسته می شود. در اکثر اوقات نوع جداری برای ولتاژ ضعیف و خروجی بزرگ و نوع هسته‌ای برای ولتاژ قوی و خروجی کوچک بکار می روند ( بصورت سه فاز یا یک فاز).
ترانسهای تغذیه و قدرت مانند ترانس اصلی نیروگاه ترانس توزیع و اتو ترانسفورماتور ، ترانسفورماتورهای قدرت معمولا سه فاز هستند، اما گاهی ممکن است در قدرتهای بالا به دلیل حجم و وزن زیاد و مشکل حمل و نقل از سه عدد ترانس تک فازاستفاده کنند. ترانسهای صنعتی مانند ترانسهای جوشکاری ترانسهای راه اندازی و ترانسهای مبدل ترانس برای سیستمهای کشش و جذب که در راه آهن و قطارهای الکتریکی بکار می رود. ترانسهای مخصوص آزمایش اندازه گیری ، حفاظت مصارف الکتریکی و غیره.
نوع جدیدی از ترانسفورماتورهای تقویت جریان موسوم به بوسترفورمر عرضه کرده است که در سیستم تغذیه راه آهن استفاده می گردد. در این نوع تراسفورماتورها از روغن استفاده نشده و سیستم عایقی ساده‌ای به کار رفته است. استفاده از بوسترفورمر از لحاظ اقتصادی به صرفه بوده و برای محیط زیست نیز مضرات کمتری دارد. تکنولوژی به کار رفته در بوسترفورمر، همانند Powerformer ها و Dryformer ها ( ترانسفورماتورهای خشک ) مبتنی بر استفاده از کابلها می باشد. این ترانسفورماتورها از یک کابل فشار قوی تشکیل شده که به صورت یک سیم پیچ به دور یک هسته آهنی پیچانده شده است. در بوسترفورمر از روغن استفاده نشده است.
به این ترتیب نیاز به بازرسی مداوم روغن ( دمای روغن، اندازه‌گیری و تجزیه گاز متصاعد شده از روغن و ... ) از بین رفته و هزینه‌های سرویس ونگهداری پایین آمده است. به علت زمین شدنِ کل ترانسفورماتور، ضریب ایمنی این نوع ترانسفورماتور بسیار بالاست. بوسترفورمر به علت استفاده از تجهیزات اتصال دهنده استاندارد، از ضریب اطمینان بالایی نیز برخوردار است ترانسفورماتورهای تقویت جریان با فواصل 5 کیلومتر از یکدیگر، در مسیر خطوط راه آهن و بر روی فیدر نصب می گردند. این نوع ترانسفورماتورها را می توان هم بر روی تیر و هم بر روی زمین نصب کرد. از بوستر فورمر ممکن است در کشورهای زیادی برای منابع تغذیه مختلف استفاده گردد. اکنون تعدادی از این نوع تراسفورماتورها برای منابع تغذیه راه آهن کشورهای اروپای شمالی در حال ساختند.
ساختمان ترانسفورماتور:
ترانسفورماتورها را با توجه به کاربرد و خصوصیات آنها به سه دسته کوچک متوسط و بزرگ دسته بندی کرد. ساختن ترانسفورماتورهای بزرگ و متوسط به دلیل مسایل حفاظتی و عایق بندی و امکانات موجود ، کار ساده ای نیست ولی ترانسفورماتورهای کوچک را می توان بررسی و یا ساخت.. برای ساختن ترانسفورماتورهای کوچک ، اجزای آن مانند ورقه آهن ، سیم و قرقره را به سادگی می توان تهیه نمود.
اجزای تشکیل دهنده یک ترانسفورماتور به شرح زیر است :
هسته ترانسفورماتور:
هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه های نازک است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه می شود. برای کم کردن تلفات آهنی هسته ترانسفورماتور را نمی توان به طور یکپارچه ساخت. بلکه معمولا آنها را از ورقه های نازک فلزی که نسبت به یکدیگر عایق‌اند، می سازند. این ورقه ها از آهن بدون پسماند با آلیاژی از سیلیسیم (حداکثر 4.5 درصد) که دارای قابلیت هدایت الکتریکی و قابلیت هدایت مغناطیسی زیاد است ساخته می شوند. در اثر زیاد شدن مقدار سیلیسیم ، ورقه‌های دینام شکننده می شود. برای عایق کردن ورقهای ترانسفورماتور ، قبلا از یک کاغذ نازک مخصوص که در یک سمت این ورقه چسبانده می شود، استفاده می کردند اما امروزه بدین منظور در هنگام ساختن و نورد این ورقه ها یک لایه نازک اکسید فسفات یا سیلیکات به ضخامت 2 تا 20 میکرون به عنوان عایق در روی آنها می مالند و با آنها 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 یک لایه عایق هستند. بنابراین ، در مواقع محاسبه سطح مقطع هسته باید سطح آهن خالص را منظور کرد0 ورقه‌های ترانسفورماتورها را به ضخامت های 0.35 و 0.5 میلی متر و در اندازه های استاندارد می سازند.
باید دقت کرد که سطح عایق شده ى ورقه های ترانسفورماتور همگی در یک جهت باشند ( مثلا همه به طرف بالا ) علاوه بر این تا حد امکان نباید در داخل قرقره فضای خالی باقی بماند. لازم به ذکر است ورقه ها با فشار داخل قرقره جای بگیرند تا از ارتعاش و صدا کردن آنها نیز جلوگیری شود.
سیم پیچ ترانسفورماتور:
معمولا برای سیم پیچ اولیه و ثانویه ترانسفورماتور ازهادی های مسی با عایق ( روپوش ) لاکی استفاده می کنند. اینها با سطح مقطع گرد و اندازه‌های استاندارد وجود دارند و با قطر مشخص می شوند. در ترانسفورماتورهای پرقدرت از هادیهای مسی که به صورت تسمه هستند استفاده می شوند و ابعاد این گونه هادی‌ها نیز استاندارد است. توضیح سیم پیچی ترانسفورماتور به این ترتیب است که سر سیم پیچها را به وسیله روکش عایقها از سوراخهای قرقره خارج کرد، تا بدین ترتیب سیم ها قطع ( خصوصا در سیمهای نازک و لایه‌های اول ) یا زخمی نشوند. علاوه بر این بهتر است رنگ روکش‌ها نیز متفاوت باشد تا در ترانسفورماتورهای دارای چندین سیم پیچ ، را به راحتی بتوان سر هر سیم پیچ را مشخص کرد. بعد از اتمام سیم پیچی یا تعمیر سیم پیچهای ترانسفورماتور باید آنها را با ولتاژهای نامی خودشان برای کنترل و کسب اطمینان از سالم بودن عایق بدنه و سیم پیچ اولیه ، بدنه و سیم پیچ ثانویه و سیم پیچ اولیه آزمایش کرد.
قرقره ترانسفورماتور:
برای حفاظ و نگهداری از سیم پیچهای ترانسفورماتور خصوصا در ترانسفورماتورهای کوچک باید از قرقره استفاده نمود. جنس قرقره باید از مواد عایق باشد قرقره معمولا از کاغذ عایق سخت ، فیبرهای استخوانی یا مواد ترموپلاستیک می سازند. قرقره هایی که از جنس ترموپلاستیک هستند معمولا یک تکه ساخته می شوند ولی برای ساختن قرقره های دیگر آنها را در چند قطعه ساخت و سپس بر روی همدگر سوار کرد. بر روی دیواره های قرقره باید سوراخ یا شکافی ایجاد کرد تا سر سیم پیچ از آنها خارج شوند. اندازه قرقره باید با اندازه ى ورقه‌های 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 ورقه‌های ترانسفورماتور ، لایه ى رویی سیم پیچ صدمه نبیند. اندازه قرقره های ترانسفورماتورها نیز استاندارد شده است اما در تمام موارد ، با توجه به نیاز قرقره مناسب را می توان طراحی کرد.
ترانسفورماتورهارامعمولا با "T" در مدار مشخص می کنند.
