ترانسفورماتور سه فاز
ترانسفورماتور سه فاز دارای کاربردهای زیادی می‌باشد. میتوان این‌طور بیان کرد که شبکه برق بدون داشتم ترانسفورماتور سه فاز عملا کاربری نیست. با توجه به گسترش شبکه‌های برق بیشتر شبکه‌های الکتریکی به صورت سه فاز طراحی می شوند.
زیرا انتقال و توزیع انرژی الکتریکی به صورت سه فاز از نظر اقتصادی با صرفه‌تر و دارای راندمان بالاتری است.به همین دلیل وجود ترانسفورماتور سه فاز جزء جدایی ناپذیر این صنعت عظیم می‌باشد.
در شبکه‌هایی که برای انتقال انرژی در مسافت طولانی هستند، لازم است جریان به‌طور مستقیم انتقال دهیم. (معمولا مسافت بالای 600کیلومتر ). از این رو شبکه‌های انتقال dc بهترند در این موارد.
در اغلب موارد شبکه های انتقال و توزیع، سه فاز با فرکانسHZ 50 یا 60 هستند. یکی از مزایای انتقال جریان متناوب (AC)، امکان استفاده از ترانسفورماتور سه فاز برای تبدیل ولتاژ است.
رابطه جریان در ترانسفورماتور سه فاز
در شبکه‌های توان بالا، انرژی بسیار زیادی جابهجا می‌شود. اگر این انرژی با ولتاژ نسبتا” کمی منتقل شود، طبیعی است که جریان در سیم ها باید بسیار زیاد باشد.
زیاد بودن جریان اولا” سطح مقطع بزرگی را برای هادی طلب می‌کند که تامین آن مشکل است. این کار باعث ایجاد تلفات انرژی زیادی در هادی‌ها می‌شود، می‌دانیم که توان تلف شده در هادی‌ها با مجذور جریان رابطه مستقیم دارد.
نکته مهم:
پس هر چه جریان کمتر باشد، تلفات در خط کمتر خواهد بود. همچنین سطح مقطع هادی‌ها نیز کوچکتر می‌شود. اما برای انتقال یک مقدار انرژی معین اگر خواسته باشیم جریان کوچک باشد، باید در عوض ولتاژ شبکه بزرگ شود.
در اینجا این ترانسفورماتورهای سه فاز (ترانسفورماتور افزاینده) هستند که ولتاژ را به مقدار دلخواه افزایش می‌دهند. اما کاهش ولتاژ باید در محل مصرف توسط ترانسفورماتور سه فاز (ترانسفورماتور کاهنده) صورت پذیرد.
از این رو که در شبکه‌های توزیع و انتقال، قدرت زیادی با سیستم سه فاز منتقل می‌شود، پس ترانسفورماتورهای مورد نیاز باید دارای قدرت زیادی بوده و سه فاز باشند.
در بعضی از کشورها از جمله آمریکا برای تبدیل ولتاژ در شبکه‌های سه فاز از سه ترانسفورماتور تکفاز استفاده می‌کنند. ولی در اغلب کشورها استفاده از ترانسفورماتور سه فاز را ترجیح می‌دهند.
در اینجا ترانسفورماتور سه فاز را مورد بحث و بررسی قرار می‌دهیم .
ترانسفورماتورهای تکفاز در شبکه های سه فاز
ولتاژ یک شبکه سه فاز را می‌شود توسط سه ترانسفورماتور تکفاز تبدیل کرد. سیم پیچی‌های اولیه و ثانویه این ترانسفورماتورها ممکن است به صورت ستاره یا مثلث به شبکه اتصال داده شود. بدین ترتیب ممکن است سه حالت داشته باشیم.
سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه دارای اتصال ستاره باشند، سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه دارای اتصال مثلث باشند و یا یکی از سیم پیچ‌ها دارای اتصال ستاره و دیگری دارای اتصال مثلث باشد.
باید توجه کرد که در این حالت ترانسفورماتورهای تکفاز مورد استفاده، مشابه هم انتخاب می شوند.
مزیت استفاده از ترانسفورماتورهای تکفاز در شبکه سه فاز این است که اگر یکی از ترانسفورماتورها آسیب ببیند. اولا” دو ترانسفورماتور دیگر سالم بوده و می‌توانند قسمتی از مصرف کننده‌ها را تغذیه کنند و ثانیا” فقط احتیاج به تعمیر و یا تعویض یک ترانسفورماتور تکفاز وجود خواهد داشت.
در حالی که اگر از ترانسفورماتور سه فاز استفاده شود، در صورت آسیب دیدن سیم پیچ‌های تکفاز کل ترانسفورماتور از شبکه جدا می‌شود. در این حالت هم مصرف کننده ها کلا” بدون برق می‌مانند و هم تعمیر ترانسفورماتور سه فاز هزینه بیشتری خواهد داشت.
نکته مهم :
وقتی یکی از سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور سه فاز آسیب ببیند، احتمال آسیب رسیدن به سیم‌پیچ های دیگر نیز وجود دارد. ثانیا” در هنگام تعمیر لازم است تا کل ترانسفورماتور باز شود. از این رو هزینه تعمیر بیشتر خواهد شد.
در محل هایی که ترانسفورماتورهای تکفاز برای تبدیل ولتاژ شبکه سه فاز به کار می روند، معمولا” از چهار ترانسفورماتور که یکی به صورت رزرو است، استفاده می‌شود. در این صورت وقتی یکی از ترانسفورماتورها در اثر آسیب دیدگی از شبکه خارج شود، بلافاصله ترانسفورماتور چهارم جای آن را پر می‌کند.
ساختمان ترانسفورماتور سه فاز
کلیات
همان‌طور خواندید، از ترانسفورماتور سه فاز در خطوط انتقال و توزیع استفاده می‌کنیم. ترانسفورماتور سه فاز اغلب در خطوط انتقال، شبکه های الکتریکی با ولتاژهای متفاوت را به هم وصل می‌کند.
ولتاژ خروجی ژنراتور توسط ترانسفورماتور سه فاز افزایش پیدا می‌کند تا افت ولتاژ نداشته باشیم. از طرف دیگر این ترانسفورماتورهای سه فاز هستند که در محل مصرف ولتاژ بالا را کم می‌کنند.
البته معمولا” افزایش یا کاهش ولتاژ در چند مرحله و در ایستگاه های مختلف انجام می گیرد که به این ایستگاه‌ها پست میگوییم.
شکل زیر یک پست برق به همراه ادوات و ترانسفورماتور سه فاز را نشان می‌دهد:
قدرت خروجی ترانسفورماتور سه فاز از KVA10 تا بیشتر از MVA 1000 ساخته می‌شود. در ترانسفورماتورهای قدرت بالا تمام قسمتهای اصلی در یک مخزن روغن قرار می‌گیرد.
روغن ترانسفورماتور سه فاز علاوه بر این که عمل عایقی بین قسمتهای مختلف ترانس را انجام می‌دهد، حرارت تولیدی در سیم پیچ‌ها را به محفظه ترانسفورماتور منتقل می‌کند تا ترانسفورماتور راحت تر خنک شود.
ترانسفورماتورهای روغنی اگر با روغن‌های قابل اشتعال پر شوند، بسیار خطرناک خواهند بود. به همین خاطر باید در جایی نصب شوند تا در صورت آتش سوزی به تاسیسات دیگر و همچنین افرادی که در آنجا حضور دارند، آسیبی وارد نشود.
( ترانسفورماتور روغنی در داخل ساختمان‌ها ممنوع )
از این رو قراردادن ترانسفورماتورهای روغنی در فضاهای داخل ساختمان‌های مسکونی ممنوع می‌باشد. برای کاهش خطرات ناشی از آتش سوزی، امروزه روغن‌های غیر قابل اشتعال برای پر کردن محفظه این ترانسفورماتورها به کار می‌روند.
در توان‌های کمتر میتوان از ترانسفورماتورهای خشک استفاده کرد. ماده پر کننده محفظه این ترانسفورماتورها صمغ ریختگی است. دراین نوع ترانسفورماتورها سیم پیچ‌ها محکم در صمغ ریختگی قرار می‌گیرند.
این ترانسفورماتورها را میتوان بدون اقدامات حفاظتی خاص در سالن های کارگاه ها و یا مکان‌های دیگر به کار
گرفت.
ترانسفورماتورهای با صمغ ریختگی در مقایسه با ترانسفورماتورهای روغنی نیازمند حفاظت های خاص نیستند زیرا در آن ها خطر آتش‌سوزی وجود ندارد.
|
از آن جا که عمل خنک کردن در ترانسفورماتورهای با صمغ ریختگی خوب انجام نمی شود. ابعاد آن ها در مقایسه با ترانسفورماتورهای روغنی بزرگتر است و در توان های نامی از حدود KVA10 تا KVA2500 ساخته می شوند.
شکل هسته ترانسفورماتور سه فاز
اگر هسته‌های آهنی سه ترانسفورماتور تکفاز را مانند شکل ( الف ) کنار هم قرار دهیم. بر روی بازوی هر هسته سیم پیچ‌های فشار ضعیف و فشار‌قوی را بپیچیم و آن‌ها را به شبکه سه فاز متصل کنیم، در هر هسته یک فوران مغناطیسی جاری می‌شود. می‌دانیم که فوران‌های جاری در هسته‌های ترانسفوررماتور سه فاز با جریان به وجود آورنده‌شان هم‌فازند.
سیم پیچ‌ها به ولتاژهایی وصل شده اند که با هم اختلاف فاز 120 درجه دارند (جریان سه فاز) پس جریان های آن ها نیز 120 درجه با هم اختلاف فاز خواهند داشت. فوران‌های جاری در هسته در بازوهای وسط که به هم چسبیده اند، با هم جمع می شوند.
نکته مهم:
اما همان‌طور که مجموع جریان‌های سه فاز وقتی دامنه مساوی دارند، برابر صفر است (مجموع سه بردار مساوی و با اختلاف فاز 120درجه صفر می شود). مجموع فوران‌هایی که از بازوی وسط هسته می‌گذرند، نیز صفر است.
در نتیجه میتوان از بازوی وسط هسته صرفه‌نظر کرد. پس این ترانسفورماتور سه فاز می‌تواند هسته‌ای مانند شکل ( ب ) داشته باشد. اما بازوهای باقیمانده را می توان در یک سطح کنار هم قرار داد.
بدین ترتیب هسته ترانسفورماتورهای سه فاز مانند شکل ( ج ) ساخته می شود.
برای بهتر انجام شدن این کار در هنگام جا زدن سیم پیچ‌ها هسته ترانسفورماتور سه فاز را از قطعات مورق مورق که در کنار هم قرار می‌دهند، می‌سازند. از طرف دیگر چون ورق‌های آهنی با نورد ساخته می‌شوند، بنابر خواصی که دارند قابلیت نفوذ مغناطیسی آن‌ها در راستایی که نورد شده‌اند، بیشتر خواهد بود.
به همین خاطر سعی می‌کنند که قطعات ورق را طوری برش داده و در کنار هم قرار دهند که شار مغناطیسی همیشه در راستایی که ورق نورد شده از آن عبور کند. در این صورت جریان بی‌باری ترانسفورماتور کم می شود. از این رو هسته ترانسفورماتور را بریده و در کنار هم قرار می دهند.
در ترانسفورماتور با کنار هم قراردادن قطعات ورق، یک لایه از ورق هسته درست می‌شود. حالا به همین ترتیب لایه‌های دیگر را روی لایه اول قرار می‌دهند تا هسته تشکیل شود.
نکته مهم:
برای اینکه ورق‌ها بر روی هم محکم شوند اندک تغییری در شکل لایه ها به صورت یک در میان ایجاد می‌شود. اغلب مواقع پهنای ورق ها را متفاوت درست می‌کنند تا سطح مقطع هسته به صورت پله‌ای به شکل دایره نزدیک شود.
در این صورت می توان بر روی این هسته‌ها بوبین‌های گرد را قرار داد. بدین شکل فضای خالی زیادی در داخل بوبین باقی نمی‌ماند و از حداکثر سطح داخل بوبین استفاده می‌شود.
ورق‌های مغناطیسی هسته ترانسفورماتورها را توسط نوارهای محکم کننده و یا پرچ‌های عایق شده نسبت به هسته به هم محکم می‌کنند. گاهی نیز برای محکم کردن ورق‌های هسته از پیچ‌های مخصوصی استفاده می‌کنیم.
سیم پیچ های ترانسفورماتور سه فاز
در ترانسفورماتور سه فاز قدرت بالا باید ولتاژ اتصال کوتاه کوچک باشد. به همین منظور سیم پیچ‌های فشار‌قوی و فشار‌ضعیف بر روی یک بازو پیچیده می‌شوند تا پراکندگی مغناطیسی کمتر شود.
از آنجا که ولتاژ فشار ضعیف نسبت به زمین در مقایسه با ولتاژ فشار قوی پایین‌تر است. بدین ترتیب سیم پیچ فشار ضعیف را در زیر و سیم پیچ فشار قوی را روی آن قرار می‌دهند.
به عبارت دیگر سیم پیچ فشار ضعیف به هسته نزدیکتر است. سیم پیچ‌های ترانسفورماتور از سیم‌های لاکی و یا با عایق کاغذی پیچیده می‌شوند.
نکته مهم:
در ترانسفورماتورهای روغنی اغلب سیم‌های فشار ضعیف دارای عایق کاغذی و سطح مقطع آن ها نیز چهار گوش یا گرد خواهد بود. سیم پیچ‌ها اغلب به صورت لایه‌ای و یا به صورت بوبینی پیچیده خواهد شد. در سیم پیچ لایه‌ای ابتدا لایه اول پیچیده می‌شود.سپس لایه بعدی روی آن قرار می‌گیرد.
این عمل به همین ترتیب مانند قرقره نخ ادامه پیدا می‌کند.در چنین سیم پیچ‌هایی ابتدای لایه اول با انتهای لایه دوم روی هم قرار می‌گیرند. لذا بین دو حلقه روی هم ممکن است اختلاف پتانسیل زیادی وجود داشته باشد.
( این عمل مثل قرقره نخ میمونه )
به همین دلیل لازم است تا بین لایه ها را عایق کاری کنیم. از سیم پیچ‌های لایه‌ای اصولا” در ترانسفورماتورهای کوچک استفاده می شود.
اما سیم پیچ‌های بوینی را ابتدا به صورت بوبین‌های دوبل می‌پیچیم. هر بوبین دوبل از دو بوبین با لایه‌های مختلف تشکیل خواهد شد.
این دو بوبین از داخل به صورت سری به یکدیگر وصل هستند. دو سر سیم از آن‌ها خارج می‌شود. سیم‌پیچ هر بوبین باید طوری پیچیده شود که در اثر عبور جریان میدان مغناطیسی ناشی از آن‌ها دارای یک جهت معین باشد.
بوبین‌های دوبل روی یک استوانه عایق سواری می‌شوند، سپس انتهای بوبین‌های قرار گرفته به طرف خارج را به یکدیگر لحیم می‌کنند. از سیم‌پیچ‌های بوبینی معمولا” به عنوان سیم پیچ ولتاژ بالا و اغلب در ترانسفورماتورهای توان متوسط استفاده می‌کنند.
مخزن روغن ترانسفورماتور سه فاز
ترانسفورماتورهای سه فاز اغلب در مخزن روغن قرار دارند. مخزن روغن هسته و سیم پیچ‌های ترانسفورماتور را در خود جای حفظ می‌کند. روغن عمل خنک کاری را بهتر از هوا انجام خواهد داد و همچنین دارای خاصیت عایقی بهتریست.
این روغن از نفوذ رطوبت هوا به داخل هسته وسیم پیچ ها جلوگیری می‌کند. برای این که عمل خنک کنندگی باز هم بهتر صورت گیرد، سطح خارجی بدنه مخزن را بزرگ می‌سازند. به همین دلیل شکل بدنه مخزن به شکل های مختلف پره ای، لوله ای و رادیاتوری ساخته می‌شود.
بدین ترتیب سطح تماس روغن با بدنه بیشتر می‌شود و سریعتر خنک می‌کند. در ترانسفورماتورهای قدرت بالا علاوه بر بزرگ کردن سطح تماس روغن از فن‌های بسیار قوی نیز برای خنک کردن سطح خارجی ترانسفورماتور استفاده می‌شود.
روغن ترانسفورماتور
روغن ترانسفورماتور در اثر گرم شدن منبسط می‌شود. در چنین حالتی روغن نباید با هوا تماس پیدا کند، زیرا در غیر اینصورت خاصیت خود را از دست خواهد داد. در بالای مخزن روغن یک منبع انبساط روغن نصب می‌شود
این منبع از طریق یک مجرای تخلیه هوا با خارج در تماس است. به منظور جلوگیری از نفوذ رطوبت به داخل روغن یک فیلتر رطوبت گیر در مجرای تخلیه هوا تعبیه می‌شود.
اگر فیلتر مدت زمان طولانی مورد استفاده قرار گیرد، رطوبت هوا را به خود جذب می‌کند و رنگ ماده رطوبت گیر از آبی به صورتی کم رنگ تغییر می‌کند. در این صورت باید فیلتر را تعویض کرد.
رله بوخهلتس
در مسیر لوله‌ای که مخزن را به منبع انبساط متصل می‌کند، میتوان برای حفاظت ترانسفورماتور یک رله بو خهلتس قرار داد. زمانی که خطایی از قبیل اضافه بار و یا اتصالی در حلقه‌های سیم پیچ ها در ترانسفورماتور رخ می‌دهد، در محفظه مخزن روغن گاز تولید می‌شود.
گاز تولید شده به سمت بالا رفته و از مجرای منبع انبساط عبور می‌کند. در این صورت داخل رله بو خهلتس شده و در قسمت بالای رله جمع می‌شود.
فشار گاز جمع شده در قسمت بالای رله سبب پایین رفتن سطح روغن در رله خواهد شد و در این حالت یک شناور که کپسول جیوه‌ای به آن وصل است به سمت پایین حرکت می‌کند.
نکته مهم:
جیوه داخل کپسول در این حالت مدار یک سیستم خبر دهنده را می‌بندد. اگر در ترانسفورماتور اتصال کوتاه رخ دهد، روغن به صورت ناگهانی گرم شده و در اثر ازدیاد حجم به سمت منبع انبساط هجوم می‌برد.
در این حالت یک صفحه که در جلوی مجرای ورودی روغن به رله قرار دارد، تحت فشار روغن جا به جا شده و توسط یک کپسول جیوه ای مدار فرمان قطع کلید اصلی بسته شده و کلید به سرعت باز می‌شود. تا از آسیب دیدن سیم پیچ ها جلوگیری شود. حتی رله بوخهلتس می تواند چکه و یا کاهش روغن را نیز نشان دهد.
رله بوخهلتس ترانسفورماتور در حال کار را در مقابل خطاهای مختلف حفاظت می کند.
|
طرز کار ترانسفورماتور سه فاز
اتصالات سیم پیچ‌های ترانسفورماتور سه فاز
سیم پیچ‌های ترانسفورماتور سه فاز در سمت فشار قوی و یا فشار ضعیف می‌توانند به صورت ستاره و یا مثلث به هم متصل شوند. در ترانسفورماتور، اتصال ستاره سیم پیچ‌های فشار قوی با علامت Y و اتصال مثلث این سیم پیچ‌ها با حرف D نشان داده می‌شود.
نکته مهم:
لازم به ذکر است اگر سیم پیچ‌های فشار ضعیف به صورت ستاره وصل شده باشند، آن را با علامت y و اگر اتصال آن ها به صورت مثلث باشد، با علامت d مشخص می‌کنند. به این ترتیب اگر به عنوان مثال سیم پیچ‌های سمت فشار قوی در یک ترانسفورماتور به صورت مثلث و سیم پیچ های فشار ضعیف ستاره وصل شده باشند، این ترانسفورماتور دارای اتصال Dy است.
در اتصال ستاره تعداد حلقه‌های سیم‌پیچ هر فاز کمتر از تعداد حلقه‌های لازم برای اتصال مثلث است، در عوض سطح مقطع سیم‌های آن برای یک توان معین، باید نسبت به سطع مقطع سیم پیچ‌ها در اتصال مثلث بزرگتر باشد.
در شبکه‌های توزیع کشورهایی مانند کشور عزیزمان ایران که شبکه دارای سیم نول می‌باشد معمولا” سیم پیچ‌های فشار ضعیف به صورت ستاره به هم اتصال داده شده‌اند.
( گروهای برداری اتصال ترانسفورماتور سه فاز رو حتما در پایین بررسی کن )
چنانچه ترانسفورماتوری که اتصال سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه آن هر دو به صورت ستاره است، از طریق یکفاز زیر بار برود، باعث می‌شود که از سیم پیچ قسمت اولیه، آن بازویی که زیر بار رفته جریان بیشتری عبور کند.
برگشت این جریان از طریق سیم پیچ‌هایی اتفاق میافتد که سیم پیچ ثانویه آن‌ها بی بار است. این عامل سبب می‌شود که چگالی شار در هسته این بازوها افزایش و باعث ایجاد میدان پراکندگی شدیدی شود.
این میدان پراکندگی مسیر خود را از قسمتهای فلزی هسته می‌بندد و تولید جریان فوکو کرده و در نتیجه هسته ترانسفورماتور گرم می‌شود. علاوه برآن در چنین وضعی ولتاژ خروجی فازهایی که زیر بار نرفته‌اند، افزایش یافته و ولتاژ خروجی فازی که زیر بار است، کاهش می‌یابد. به همین دلیل زیر بار رفتن ترانسفورماتور Yy به صورت یکفاز و یا نامتقارن نامطلوب است.
شکل رو خوب بررسی کن:
زیر بار قرار دادن ترانسفورماتورهای سه فاز از طریق یکفاز در اتصال Yy محدودیت دارد و فقط در حدود 10% توان نامی ترانسفورماتور مجاز است.
|
چنانچه سیم پیچ اولیه دارای اتصال مثلث و سیم پیچ ثانویه دارای اتصال ستاره باشد، ترانسفورماتور می تواند از طریق یکفاز زیر بار برود. در چنین حالتی در اولیه جریان تقریبا” فقط از سیم پیچ فاز مربوط به بازوی زیر بار عبور می‌کند. زیرا دو سر سیم پیچ‌های اولیه مستقیما” به دو فاز شبکه وصل و جریان‌های آن‌ها مستقل از هم هستند.
اگر سیم پیچ هر فاز را در ثانویه به دو قسمت مساوی تقسیم کنیم و آن ها را روی دو بازوی مختلف بپیچیم و به صورتی که در زیر نشان داده شده است، سر سیم پیچ ها را به هم وصل کنیم، در این صورت سیم پیچ های اولیه می‌توانند دارای اتصال ستاره باشند.
زیرا در چنین حالتی چنانچه سیم پیچ ثانویه به بار یکفاز وصل شود، جریان از طریق دو نیمه سیم پیچ که هر کدام بر روی یک بازو پیچیده شده‌اند، عبور خواهد کرد.
به این ترتیب جریان در اولیه نیز از دو سیم پیچ که بر روی این دو بازو پیچیده شده‌اند، عبور خواهد کرد.
به همین دلیل این نوع اتصال سیم پیچ ها را اتصال زیگزاگ می نامند و آن را با علامت (Z) نشان می دهند.
حواستون باشه که:
اتصال زیگزاگ فقط در سمت ثانویه ترانسفورماتورهای توزیع کوچک و متوسط و در مواردی که در اولیه اتصال مثلث مناسب نباشد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
عیب اتصال زیگزاگ در مقایسه با اتصال ستاره اینه که تعداد کل حلقه‌های سیم پیچ هر فاز در آن باید بیشتر از تعداد حلقه‌های سیم پیچ در اتصال ستاره باشد. تا بتواند ولتاژی برابر با آن داشته باشد. از این رو از اتصال زیگزاگ فقط در مواردی استفاده می‌شود که به دلیل ولتاژ زیاد و جریان کم در اولیه اتصال مثلث مناسب نباشد.
تنظیم ولتاژ در ترانسفورماتور سه فاز
اغلب مواردی در شبکه ها، بار ترانسفورماتور سه فاز مرتب در حال تغییر است. به همین دلیل ولتاژ خروجی ترانسفورماتور با نوساناتی همراه است. می‌دانیم که ولتاژ مصرف کننده‌ها در شبکه باید تقریبا” ثابت بماند. پس باید به طریقی ولتاژ خروجی ترانسفورماتور را در بارهای مختلف ثابت بداریم. از طریق تغییر تعداد حلقه های سیم پیچ ها می توان ولتاژ خروجی ترانسفورماتور را تنظیم کرد.
دقت کن:
اغلب موارد تغییرات تعداد حلقه ها بر روی سیم پیچ فشار قوی انجام می‌شود. برای این کار از یک تنظیم کننده استفاده خواهد شد. این وسیله می‌تواند در هر تنظیم حدود 4% حلقه‌ها را از مدار خارج یا در مدار وارد کند. از این روش فقط در مواردی میتوان استفاده کرد که در هنگام تغییر تعداد دور سیم پیچ ترانسفورماتور زیر بار (On Load) نباشد.
کاملا مشخص است که برای تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور در زیر بار باید از روش دیگری استفاده کرد.
برای چنین حالتی از تنظیم کننده‌هایی استفاده می‌شود که با لغزش بر روی قسمتی از سیم پیچ تعداد دور را در زیر بار تغییر دهند. کنترل این تنظیم کننده‌ها در شبکه‌های توزیع اغلب به صورت اتوماتیک انجام می‌گیرد.
همان‌طور که در شکل می‌بینید:
این ترانسفورماتور دارای دو سیم‌پیچ در اولیه ودو سیم پیچ در ثانویه است یک سر سیم‌پیچ ها در اولیه و همچنین در ثانویه به هم وصل شده. و همراه با دو سر دیگر به سه فاز متصل می‌شوند. در این ترانسفورماتور اختلاف فاز بین ولتاژهای سرهای خروجی درست مانند اختلاف فاز ولتاژهای ورودی 120 درجه است. از این ترانسفورماتورها فقط در شبکه‌های سه فاز سه سیمه میتوان استفاده کرد.
نکته مهم:
در خروجی ترانسفورماتور با اتصال V جریان سه فازی به شبکه سه سیمه فرستاده می‌شود. در چنین اتصالی سیم نول (خنثی) نمی تواند وجود داشته باشد.
اگر ترانسفورماتورهای بااتصال V به مصرف کننده وصل شوند، به طور نامتقارن زیربار خواهند رفت. در اتصال V توان ساختمانی دو ترانسفورماتور تکفاز در مجموع باید از توانی که از آن ها گرفته می شود، بیشتر باشد.
لازم به ذکر ترانسفورماتورهای با اتصال V اقتصادی نیستند زیرا هر سیم پیچ برابر کمتر از توان نامی خود می تواند زیربار برود. به همین دلیل از آن ها در موارد خاص ودر قدرت های کم استفاده می شود.
گروه های ترانسفورماتور
یکی از مواردی که لازم است تا در مورد آن بحث شود، وجود اختلاف فاز بین ولتاژهای ورودی و خروجی می‌باشد. طریقه اتصال سیم پیچ‌ها به یکدیگر سبب می‌شود تا ترانسفورماتورهایی با ولتاژ ها و اختلاف فازهای متفاوت بین ولتاژهای ورودی و خروجی به وجود آید.
چنانچه سیم پیچ‌های فشار قوی و فشار ضعیف دارای یک نوع اتصال باشند، در نتیجه با توجه به نحوه اتصال سیم پیچ‌ها، اختلاف فاز بین ولتاژ سیم پیچ‌های ولتاژ بالا و ولتاژ پایین پیچیده شده بر روی یک بازو، صفر یا 180 درجه خواهد بود.
نکته مهم:
اما اگر سیم پیچ های فشار قوی و فشار ضعیف دارای اتصالات مختلفی باشند، بدین ترتیب اختلاف فاز بین ولتاژهای همنام اولیه و ثانویه ترانسفورماتور، 30درجه، 150درجه، 210درجه، 330درجه می‌شود. اما ترانسفورماتورهایی که دارای اختلاف فاز 30درجه یا 210درجه هستند، استاندارد نبوده و معمولا” تولید نمی شوند.
دیاگرام برداری ولتاژهای فشار قوی و فشار ضعیف را نسبت به هم در اتصالات استاندارد سیم پیچ ها نشان می‌دهد.
مثلا ترانسفورماتور Yy6 ترانسفورماتوری است که سیم‌پیج‌های آن در حالت فشار ضعیف و فشار قوی به صورت ستاره به هم متصل شده‌اند. اختلاف فاز بین سیم‌پیچ‌های فشار قوی و ضعیف که بر روی یک بازو پیچیده شده‌است، 180 درجه می‌باشد.
در اینجا عدد 6 که نشانگر ساعت 6 است، زاویه‌ای را که دو عقربه ساعت در راس ساعت 6 باهم می‌سازند، بیان می‌کند.
موازی کردن ترانسفورماتورهای قدرت
در شبکه‌های قدرت اغلب لازم می‌شود که توان بسیار بالایی توسط ترانسفورماتور منتقل شود. در این صورت معمولا” دو ترانسفورماتور را با هم موازی خواهیم کرد.
مزیت استفاده از دو ترانسفورماتور به جای یک ترانسفورماتور در این است که اولا” حجم و وزن ترانسفورماتورها کمتر می‌شود. و حمل و نقل آن ها آسان‌تر است. ثانیا اگر عیبی در یکی از ترانسفورماتورها پیش آید، تمام مصرف کننده‌ها بدون برق نمی‌شود و ترانسفورماتور دوم می‌تواند قسمتی از بار را تغذیه کند.
نکته مهم:
اما برای parallel کردن دو ترانسفورماتور لازم است که ولتاژ خروجی آن ها در هر لحظه با هم برابر باشد. در این صورت ترانسفورماتورهای parallel شده باید در زیر بار رفتار مشابهی داشته باشند. برای parallel کردن ترانسفورماتور سه فاز احتیاج به بررسی و فراهم ساختن شرایط خاصی وجود دارد که برای آشنایی در این جا به طور مختصر به این موضوع می پردازیم.
اول اینکه: ترانسفورماتورهایی را میتوان به طور موازی به هم وصل کرد، که دارای ولتاژهای مساوی، زاویه اختلاف فاز بین ولتاژهای فشار قوی و فشار ضعیف برابر و همچنین ولتاژ اتصال کوتاه یکسان باشند.
دوم اینکه: پلاک ترانس رو در زیر بررسی کنید
ترانسفورماتورهای parallel می‌توانند توان‌های نابرابر داشته باشند. ولی بهتر است که نسبت توان‌های ترانسفورماتورهای موازی از سه برابر تجاوز نکند. ولتاژهای اتصال کوتاه ترانسفورماتور کوچکتر به هیچ وجه نباید از ولتاژ اتصال کوتاه ترانسفورماتور بزرگتر کمتر باشد.
اما ولتاژ اتصال کوتاه آن می تواند تا حدود % 10 بیشتر باشد. بدین ترتیب ترانسفورماتور کوچکتر همیشه بار کمتری را متحمل می‌شود. توجه داشته باشید که وقتی ولتاژ اتصال کوتاه در دو ترانسفورماتور برابر باشد، مقاومت معادل ترانسفورماتوری که توان کوچکتری دارد بزرگتر است.
در این صورت با عبور جریان کمتر از ترانسفورماتور کوچکتر افت آن برابر ولتاژ در ترانسفورماتور بزرگتر می‌شود و بدین ترتیب شرط برابر بودن ولتاژهای خروجی در ترانسفورماتورهای موازی برقرار می‌شود.
نکته مهم:
برای این که شرط هم فازی ولتاژهای خروجی برقرار باشد، دو ترانسفورماتور باید از یک گروه باشند. داشتن مقادیری مانند ولتاژ اتصال کوتاه و یا گروه اتصال ترانسفورماتورها برای parallel بستن آن ها لازم است.
به همین خاطر است که این مقادیر حتما” روی پلاک ترانسفورماتور درج می شوند.
در شکل زیر پلاک یک ترانسفورماتور سه فاز بسیار قدرتمند مربوط به شرکت ایران ترانسفو را با هم بررسی می‌کنیم.
میتونید رو عکس کلیک کنید و موارد رو دقیقتر بررسی نمایید.
اگر قرار باشد دو ترانسفورماتور تکفاز را موازی کنیم کافی است که ولتاژهای نامی و اتصال کوتاه آن ها با هم برابر باشند.
زیرا اختلاف فاز ولتاژهای ثانویه فقط می‌تواند صفر یا 180درجه باشد. اگر اختلاف فاز ولتاژهای اولیه و ثانویه یکی از ترانسفورماتورها صفر یا 180 درجه باشد.
دقت کن:
در هنگام parallel بستن آن‌ها کافیست که محل اتصال دو سر خروجی یکی از ترانسفورماتورها را با هم جابهجا کنیم. برای parallel بستن ترانسفورماتورهای تکفاز ابتدا سیم پیچ های اولیه را به شبکه وصل می‌کنند. سپس ثانویه یکی از ترانسفورماتورها را به شبکه دوم متصل کرده و یک سر خروجی ترانس دوم را به یک سر خروجی ترانس اول وصل می‌کنند و بعد یک ولت‌متر را بین دو سر دیگر خروجی ها قرار می دهند.
در این صورت اگر ولت‌متر عدد صفر را نشان دهد، این دو سر می‌توانند به سیم دوم شبکه وصل شده و ترانسفورماتورها parallel شوند. اما اگر ولت‌متر ولتاژ زیادی (تقریبا” دو برابر ولتاژ شبکه) را نشان داد، ولتاژهای خروجی هم فاز نیستند و باید جای دو سر یکی از ترانسفورماتورها را عوض کرد.
ملاحظه می‌شود که هر دو ترانسفورماتور تکفازی را میتوان با هم موازی کرد. اما در مورد ترانسفورماتورهای سه فاز این امر ممکن نیست. و باید ترانسفورماتورها دارای یک گروه اتصال باشند.
در موارد خاص می توان دو ترانسفورماتور با گروه های صفر و 6 و یا دو ترانسفورماتور با گروه ای 5 و 11 را با هم موازی کرد. برای این کار باید تعویض سربندی سیم پیچ ها و یا تعویض محل اتصال سر سیم های یکی از ترانسفورماتورها گروه اتصال ان را تبدیل کرد. برای صحت این تجهیز هنگامی که parallel متصل می‌شود، میتوان از ولت متر استفاده کرد.
نکته مهم:
وقتی دو ترانسفورماتور با یکدیگر موازی می‌شوند، از خارج مانند یک ترانسفورماتور بزرگ خواهند بود. چنانچه ولتاژهای اتصال کوتاه دو ترانسفورماتور با هم برابر باشند، در زیر بار، هر ترانسفورماتور به نسبت توان نامی خود سهمی از بار را متحمل می‌شود. اما اگر ولتاژ اتصال کوتاه ترانسفورماتورها برابر نباشند، توزیع بار بین آن ها به نسبت عکس ولتاژهای اتصال کوتاه خواهد بود
تلفات و راندمان در ترانسفورماتور سه فاز
در ترانسفورماتورهای سه فاز نیز مانند ترانسفورماتورهای تکفاز، تلفات شامل تلفات آهنی هسته و نیز تلفات مسی سیم‌پیچ می‌شود. در این جا با اندازه گیری توان ورودی در حالت بی باری ترانسفورماتور می توان تلفات هسته را به دست آورد.
همچنین با انجام آزمایش اتصال کوتاه، میتوان تلفات مسی نامی را اندازه گرفت. بعد به کمک رابطه کلی راندمان را محاسبه کرد. توجه داشته باشید که در این جا توان‌های ورودی و یا خروجی از روابط محاسبه توان در سیستم‌های سه فاز به دست می‌آید. و بالاخره در ترانسفورماتورهای سه فاز نیز وقتی راندمان ماکزیمم است که تلفات مسی و آهنی با هم برابر باشند
نکته مهم:
محاسبه تلفات و راندمان در بارهای مختلف و ترانسفورماتورهای متفاوت به دلیل وجود اختلاف فازهای مختلف، نیاز به تحلیل مدار معادل کامل ترانسفورماتور سه فاز دارد.
اما از آنجا که این مباحث جزء هدف های این مقاله نیست، با این محاسبات در آینده آشنا شویم.
نکته پایانی:
با شناخت ترانسفورماتور سه فاز به درستی میتوان بسیاری از شبکه قدرت شامل تولید، انتقال و توزیع را به خوبی آنالیز کنید. دوستان در بالا سعی شد مهمترین قسمتهای ترانسفورماتور سه فاز را با هم بررسی کنیم. اگر نظر ارزشمندی هست خوشحال میشیم اون را با ما در میان بگذارید.
2 پاسخ
درود بر مهندس گل عالی و کاربردی 👏👏👏👏❤️❤️❤️❤️
ارادتمند امید جان خوشحالیم که مطلب براتون مفید واقع شده❤️