iNetDoc

کامل ترین منبع دانلود مقاله و تحقیق

گزارش کارآموزی تکنولوژی سیم پیچی

نوع : word - قیمت :7000

بخشی از مقاله :

          فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                      صفحه 

 

مقدمه.............................................................................................1

 

فصل اول

ترانسفورماتور واتوترانسفورماتور...............................................................6

 

فصل دوم

الکتروموتورهای القایی.......................................................................13

 

فصل سوم

موتورهای یک فاز..................................................................................19 

 

فصل چهارم

موتورهای سه فاز................................................................................42

 

فصل پنجم

آرمیچر..............................................................................................46

 

مقدمه

برای سیم پیچی موتورهای سه فاز یا تک فاز باید یک سری اطلاعات فنی را درباره موتوری که در دسترس داریم بدست آوریم.این اطلاعات معمولا از روی پلاک موتور بدست می آید .(البته هر چند که می توان از راهکارهای دیگری به این مهم رسید. مثلا اگر موتوری خالی بدون سیم و نیز بدون پلاک برای ما بیاورند محاسبه نوع سیم پیچی این موتورها نیز امکان پذیر است. در این موتور ها با در نظر گرفتن و نیز یادداشت اطلا عات فیزیکی موتور مثل قطر داخلی استاتور Ds و ارتفاع یوغ Hc و طول هسته Ls ونیز محاسبه مقدار شار مغناطیسی Bmو مقدار اندکسیون یوغ Bc و لحاظ ضریب K می توان مقدا رتوان ثانویه را بدست آورد.) اما ما مبنا را بر این قرار داده ایم که موتور حال حاضر ما دارای پلاک بوده وقرار است مشخصات آنرا بدست آوریم. گزینه های روی پلاک را (مواردی که کاربردی تر هستند ) را توصیح می دهیم.

1- MARK : در این بخش نشانه یا آرم کارخانه تولید کننده البته در بالای پلاک وبا اندازه ای بزرگتر از سایر گزینه ها درج می شود. اهمیت این گزینه زمانی مهم جلوه می کند که لازم است درباره اعتبار کارخانه تولید کننده بدانیم . برخی تولید کننده ها ی الکتروموتور از اعتبار فوق العاده ای در زمینه تولید موتور های مرغوب برخوردارند . معمولا در این بخش نام کارخانه هم درج می شود.

2- TYPE : در این بخش بطور معمول موتور را از جهت کارکرد در برق AC یا برق DC معرفی می کند.هر چند که در برخی موتور ها این گزینه شامل کدها و اعدادی می شود که نماینگرمشخصات فیزیکی موتورخواهد بود.

3- FRAM : در این قسمت اعدای قید می شود که آنها توسط انجمهای ملی تولید کننده قابل شناسایی است که بیشتر شامل قالبهای اندازه 42 -46 و56 می باشد.

4- Hp : در مفابل آن عددی قید می شود که نماینگر مقدار توان خروجی موتور می باشد. این توان بر اساس اسب بخار است و هر اسب بخار هم حدود 736 وات می باشد.

5- Ph : چند فاز بودن موتور را عنوان می کند برای موتور های سه فاز عدد 3 و برای موتور های تک فاز عدد 1 قید می گردد. ( البته ناگفته نماند که می توان با راهکارهایی بسیار ساده از موتور سه فاز به جای موتور تک فاز هم استفاده نمود . )

6- RPM : مخفف ROUNT PER MINUTE ( یعنی دور در دقیقه) می باشد. این عدد مقدا رسرعت روتور را به ما می دهد. قطعا مقدار سرعت روتور از مقدار سرعت سنکرون در فضای استاتور کمتر است .البته این کاهش هم چندان زیاد نیست . من معمولا با دیدن این عدد به مقدار سرعت استاتور می رسم و براحتی تعداد قطبهای موتور را حساب می کنم .کافیست شما مقادیر سرعت سنکرون را در فرکانس برق 50 هرتز بدانید .

سرعت سنکرون اگر به مقدار 3000 دور در دقیقه باشد این موتور در فضای استاتور خود ایجاد 2قطب متفاوت N و Sنموده است بنابر این اگر تعداد قطبها را با P2 نشان دهیم برای این سرعت در این موتور P2=2 خواهد بود. خوب اگر موتور به شما دادند که برروی پلاکش عدد 2850 دور بوده این سرعت روتور است که به دلیل لغزش از مقدار دور سنکرون کاهش یافته است.ار مقدار لغزش صرف نظر کرده و از رابطه Ns=60 * f/p تعداد قطبهای موتور را حساب می کنیم. در این رابطه Ns همان سرعت سنکرون است که الان مقدار آنرا داریم (3000) و f مقدار فرکانس برق شهری است که در ایران 50 هرتز است.( لازم به یاد آوری است در این رابطه علامت * نشانه ضربدر و علامت / نشانه تقسیم می باشد.) با جایگزینی اعدادی که داریم مقدارP بدست خواهد آمد.P=1 و P2 برابر با 2 خواهد شد. پس وجود RPM بر روی پلاک خیلی از مسایل بربوط به سیم پیجی را برای ما حل خواهد کرد.

7- HZ یا SYCLES : در این بخش مقدار فرکانس برق شهری که موتور بر اساس آن طراحی شده است را نشان می دهد. برای موتورهای شبکه ایران این عدد 50 است.

8- HOUSING : در این بخش به ما گفته می شود که موتور باید در محیط بسته یا رو باز کار کند .

9- Volt : از جمله مهمترین بخش در امر پلاک خوانی توجه به این گزینه می باشد . در واقع اگر کسی از اعداد روی پلاک در این بخش اطلاعاتی نداشته باشد باید با اطمینان گفت که چیزی از موتور نمی داند

معمولا در موتور های سه فاز در بخش ولت دو عدد قید می شود که به وسیله خط کسری یا ممیز از هم جدا می شوند مثل 220/380 و یا 115/230 . این اعداد بیانگر این موضوع هستند که این موتور در چه شبکه با چه ولتازی کار می کند . برق شبکه معمولا در ولتاز های 115 - 230- 440 و 660 می باشد.

از دو عددی که بر روی پلاک ارائه شده عدد کمتر همان ولتازی است که باید از شبکه به سر هر فاز از سیم پیچی موتور داده شود. اگر ولتاز شبکه از مقدار راهنمایی شده بیشتر بود الزاما این موتور باید بصورت اتصال ستاره کار کند . و اگر موضوع بر عکس بود یعنی ولتاز شبکه از عدد اول ارائه شده کمتر بود می توان موتور را هم مثلث و هم ستاره به شبکه وصل نمود. ( به خاطر داشته باشید که اتصال های ستاره و مثلث بحث های بسیار ساده و راحتی هستند که در ادامه بطور مفصل بحث خواهیم کرد.)

در شبکه برق ایران که ولتاز230/400 داریم موتوری که بر روی پلاکش اعداد 380/660 قید شده باشد این موتور برای این که بتواند توان واقعی خود را داشته باشد باید بااتصال مثلث به شبکه وصل شود و اگر بخواهیم از 1/3 قدرت آن استفاده نماییم باید از اتصال ستاره استفاده کنیم.

10- Amps : مقدار جریانی که موتور زیر باردر ولتازوجریان اسمی خواهد کشید دراین بخش قید میگردد.

11- Deg C Rise : درجه حرارت بدنه موتور است که بطور معمول بعد کارکرد زیاد نباید از 50 درجه بیشتر شود .هرچند که امروزه با بهره گیری از عایق های خوب مثل الیافهای شیشه ای - طلق و چینی و کوارتز موتور ها را در دمای کار بالا طراحی می کنند تا موتوررا با حجم کوچکتری روانه بازار نمایند.

12- IP : نوع حفاظت استاندارد شده است که از نظر بین المللی شناخته شده می باشد.

اگر مقابل IP دو تا 0 باشد (OO ) نماینگر این است که موتور در مقابل اجسام خارجی بدون حفاظ می باشد

اگر مقابل IP دو عدد 11 باشد نشان می دهد که موتور مقابل اجسام بزرگ وابزار و دست محافظت شده است .

 

 

 

فصل اول

ترانسفورماتور و اتوترانسفورماتور

اتوترانسفورماتور (گاهی به آن «اتوفورمر» هم می‌گویند) گونه‌ای ترانسفورمر الکتریکی است که تنها یک سیم‌پیچ دارد. سیم‌پیچ اتوترانسفورماتور حداقل سه نقطه برای اتصال الکتریکی دارد که به آن‌ها تپ می‌گویند. ولتاژ ورودی و بار الکتریکی به دو تپ متصل می‌شوند و یک تپ که در انتهای سیم‌پیچ قرار دارد مشترک است. هر تپ می‌تواند با منابع ولتاژی و بار الکتریکی متفاوتی ارتباط داشته باشد. سیم‌پیچ موجود در اتوترانسفورماتور در واقع می‌تواند عمل سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه موجود در ترانسفورمر را انجام دهد.

عمل کردن

در برق تک فاز، اتوترانسفورماتور بازده‌ای معادل ۴۰ الی ۱۱۵ درصد ولتاژ ورودی را دارد. نسبت ولتاژهای ثانویه به اولیه برابر است با نسبت تعداد دورهای سیم‌پیچی که ولتاژ به آن وصل می‌شود. برای مثال، وصل شدن به مرکز و پایین سیم‌پیچ اتوترانسفورماتور، ولتاژ را نصف می‌کند، یعنی ۵۰ درصد. بسته به شرایطی که اتوترانسفورماتور قرار است در آن کار کند، آن قسمت از سیم‌پیچ که تنها در ولتاژ زیاد (جریان کم) استفاده می‌شود ممکن است با سیم‌های کم‌ضخامت‌تر ساخته شده باشد، با این وجود کل سیم‌پیچ مستقیما به هم اتصال الکتریکی دارد.

محدودیت‌ها

بر خلاف ترانسفورماتورهای معمولی که سیم‌پیچ اولیه و ثانویهٔ آن‌ها از نظر الکتریکی ایزوله (جدا)‌ هستند، در اتوترانسفورماتورها بین این دو ارتباط الکتریکی وجود دارد و بنابراین اگر سیم نول ورودی زمین نشده باشد، سیم نول خروجی هم زمین نخواهد بود. بروز اشکل در عایق‌بندی سیم‌پیچ یک اتوترانسفورماتور می‌تواند منجر به اعمال کل ولتاژ ورودی بر خروجی گردد. قطعاُ به هنگام استفاده از اتوترانسفورماتور با کاربردهای ذکر شده، قضیهٔ عایق بندی یک مسئلهٔ ایمنی بسیار مهم است.

از آنجایی که اتوترانسفورماتورها به سیم‌پیچ‌های کوتاهتر و هستهٔ کوچکتری نیاز دارند، برای کاربرد‌هایی که قدرت در آن مهم است، بهتر و به صرفه‌تر از ترانسفورماتورهای معمولی هستند. هم چنین نسبت بازده ولتاژی آن سه برابر ترانسفورمر معمولی است؛ با این وجود از لحاظ اقتصادی ترانسفورمر معمولی به نسبت ارزان‌تر از اتوترانسفورماتور است.

کاربردهای اتو ترا نسفورمر در جریان پرفشار سه‌فاز

یک اتوترانسفورماتور محدودیت‌های خاصی به منظور جلوگیری از جریان‌های هم سو دارد. اتوترانسفورماتورهای سه‌فاز بزرگ ممکن است سیم‌پیچ‌های دفن شده زیر خاک داشته باشند که اتصالی به بیرون مخزن ندارند، این سیم‌پیچ‌ها به منظور جذب جریان‌های هم سو، زیر خاک دفن می‌شوند. نوع خاصی از اتوترانسفورماتور که به آن زیگ‌زاگ می‌گویند به منظور زمین‌کردن بر روی سیستم سه‌فاز استفاده می‌شود که هیچ نوع اتصالی به زمین ندارد. یک ترانسفورمر زیگ‌زاگ مسیری را برای عبور جریانی که در سه فاز مشترک است، فراهم می‌کند که به این نوع جریان، جریان مؤلفهٔ صفر می‌گویند.

همچون ترانسفورماتورهای چندسیم‌پیچه، در اتوترانسفورماتورها نیز از خاصیت میدان مغناطیسی متغیر با زمان برای تبدیل ولتاژ استفاده می‌شود و بنابراین اتوترانسفورماتورها در جریان‌های مستقیم کاربردی ندراند.

کاربردها

اتوترانسفورماتورها در بسیاری از موارد در کاربردهای قدرتی برای به کار انداختن سیستم‌های به هم پیوسته با ولتاژهای مختلف استفاده می‌شود. برای مثال در ولتاژ عبوری kV ۱۳۸ تا kV ۶۶.

کاربرد دیگر اتوترانسفورماتور در صنعت برای یک سو ویک جهت ساختن ولتاژ در ماشین‌آلات مختلف است برای مثال: برای تبدیل ولتاژ ورودی ۴۸۰ ولت به ۶۰۰ ولت. این دستگاه‌ها اغلب فقط بین دو باند ولتاژ اصلی داخلی (۱۰۰ تا ۱۳۰ و ۲۰۰ تا ۲۵۰) تبدیل می‌شوند. خطوط بین UK ۴۰۰

Kv و ۲۷۵ Kv شبکه‌های "super grid"، اتوترانسفورماتورهای سه فازی با tapهای خروجی مشترک هستند. بر روی خطوط قوی روستایی اتوترانسفورماتورهایی با tapهای اتوماتیکی قرار دارند که یک دستگاه تنظیم کنندهٔ ولتاژ در آن نصب شده‌است تا استفاده کنندگان دور از شبکهٔ خطوط هم بتوانند از همان ولتاژ متوسطی که به منبع وصل شده استفاده کنند. قسمت متغیر اتوترانسفورماتور می‌تواند افت پتانسیل را در طول خطوط جبران کند.

در کاربردهای صوتی از اتوترانسفورماتورهای نصب شده به منظور هما هنگ کردن گوینده با سیستم صوتی با ولتاژ داﺋمی استفاده می‌شود و همچنین در مورد مقاومت‌ها، آن را بین میکروفن با مقاومت پایین و یک تقویت کننده با مقاومت بالا قرار می‌دهند.

در کاربردهای راه آهن UK

در قطارها از منبعی با ولتاژ متناوب Kv ۲۵ استفاده می‌شود، برای افزایش فاصله منابع تغذیه الکتریسیته می‌توان آن‌ها را برای ذخیره ولتاژ Kv ۲۵ - ۰ - ۲۵ با سیم رابط در امتداد دستگاه جمع‌آوری کننده قطار، مرتب کرد. به این صورت که منبع ولتاژ صفر به قطار و منبع ۲۵ کیلو ولت به سیم ارتباطی هوایی وصل می‌شود. ابعاد این فاصله (تقریبا ۱۰ کیلومتر) در اتوترانسفورماتور باعث ارتباط سیم رابط بین راه آهن و سیستم هدایت گر بعدی می‌شود. این سیستم، خطوط انتقالی قابل استفاده را افزایش داده و تداخل‌های القایی را از دستگاه خروجی کم می‌کند و همچنین باعث کاهش هزینه می‌شود. گاهی اوقات دیده می‌شود که در جایی برای تغییر ولتاژ و ایجاد ولتاژ مناسب، هدایت جریان به سوی خطوط ارتباطی با اتوترانسفورماتورهای متفاوتی صورت می‌گیرد. (ولتاژ متفاوت)

اتوترانسفورماتور متغیر

یک اتوترانسفورماتور متغیر از اتصال ثانویه sliding-brush و هسته مارپیچی تشکیل شده‌است. در آن پوشش (عایق) برای نشان دادن سیم‌پیچ مسی کنار گذاشته شده‌است. همانند ترانسفورمر دو سیم‌پیچی، اتوترانسفورماتور با تعدادی بند که به آن tap می‌گویند و کلیدهای خودکار سازماندهی شده‌اند تا این وسیله بتواند به عنوان تنظیم کننده خودکار ولتاژ به منظور نگه‌داری ولتاژ یکنواخت عمل کند. هم چنین از اتوترانسفورماتور به منظور شبیه سازی وضعیت low line برای تست کردن استفاده می‌شود. کاربرد دیگر آن در چراغ‌های چشمک‌زن است که مانع تولید EMI در آن می‌شود.

با برداشتن حفاظ سیم‌پیچ و ساختن اتصال ثانویه میان sliding-brush، اتوترانسفورماتور به آرامی ولتاژ را کنترل می‌کند. این دستگاه در طرح‌هایی که ولتاژ پایین استفاده می‌شود، قابل اجرا است. این دستگاه به عنوان ترانسفورمر متغیر AC یا به صورت عمومی با نام واریاک (variac) شناخته می‌شود.

از سال ۱۹۳۴ تا ۲۰۰۲، واریاک (variac) یک علامت تجاری در مخابرات برای اتوترانسفورماتور متغیر بود بدین منظور که این دستگاه به راحتی ولتاژ ورودی َAC را به ولتاژهای خروجی متنوعی تبدیل می‌کرد. در سال 2004 Instrument Service Equipment (ISE) به جای علامت variac به کار برده شد. و امروزه برای توصیف اتوترانسفورماتورهای متغیری که توسط کارخانه‌های مختلف ساخته می‌شود از این علامت استفاده می‌شود.

واریاک

واریاک‌ها اگر چه کاربردی زیاد در صنعت دارند ولی به خوبی شناخته و درک نشده‌اند. اتوترانسفورماتور واریاک یک دستگاه پر بازده و بی درد سر برای کنترل ولتاژ متناوب و دیگر موارد مربوط به ولتاژ متناوب مثل حرارت خروجی، شدت نور، سرعت موتور و خروجی منابع تغذیه متغیر است. اسم واریاک از عملکرد دستگاه گرفته شده‌است و یک اسم ثبت شده برای اتوترانسفورماتور متغیر پیوستهٔ شرکت جنرال رادیو می‌باشد. بر خلاف سایر اتوترانس‌ها، واریاک دارای نسبت ترانسفورمری کاملا پیوسته و هموار می‌باشد که خروجی دستگاه می‌تواند از صفر تا ولتاژ خط یا حتی بیشتر از آن کنترل شود. این رساله به معرفی واریاک و انواع آن، مشخصات و خصوصیات عمومی آن، کاربرد، بررسی ساختمان واریاک و نحوهٔ انتخاب یک واریاک مناسب و در نهایت به مقایسه آن با دستگاه‌های مشابه می‌پردازد. اتوترانسفورماتور یک ترانسفورمر الکتریکی می‌باشد که در آن یک سیم پیچ وجود دارد که بخشی از آن بین مدار اولیه وثانویه مشترک است. یک اتوترانسفورماتور معمولاً برای تبدیل ولتاژ یک خط نیروی محلی به ولتاژی دیگر برای استفاده تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شود. اغلب این نسبت تبدیل از ۱۲۵ ولت به ۲۵۰ ولت یا از ۲۵۰ به ۱۲۵ ولت می‌باشد. گونه¬ای از اتوترانسفورماتور که یک تپ قابل حرکت دارد اتو ترانسفورمر متغیر یا اصطلاحا واریاک نامییده می‌شود. واریاک یک نام تجاری متعلق به شرکت جنرال رادیو، برای اتوترانسفورماتور متغیرمی باشد. این اتوترانسفورماتور متغیر برای تغییر آسان ولتاژ خروجی از یک ولتاژ متناوب ثابت ورودی ساخته شده‌است. واژهٔ واریاک اغلب برای توصیف سایر اتوترانسفورماتورهای متغیر سایر سازنده‌ها نیز بکار می‌رود.(مانند اتوترانسفورماتور‌های متغیرشرکت دیمراستت). استفاده اتوترانسفورماتورها یک روش پربازده و بیصدا برای تنظیم ولتاژ لامپ‌های التهابی می‌باشد. درحالی که دیمرهای نیمه هادی کوچک و سبک وزن در بسیاری از کاربردها جایگزین واریاک‌ها شده‌اند، این ترانسفورمرها همچنان در مواردی که به سیگنال سینوسی بدون اعوجاج نیاز است؛ بکار می‌روند. مزایای واریاک از آنجایی که واریاک یک ترانس است: ۱. مانند ترانس‌های پربازده بازدهی زیادی دارد. ۲. بادوام است چون داغ نمی‌کند. ۳. می‌تواند اضافه بار را تحمل کند. تا ۱۰۰۰% اورلودهای کوتاه مدت را تحمل می‌کند. ۴. مستقل از میزان بار و ضریب قدرت است. ولتاژ بار از بی باری تا بار کامل تغییرات اندکی دارد. ۵. بی سر وصداست و نویزی به خط اضافه نمی‌کند. ۶. قابل اطمینان است. سطح تماس انحصاری دوراترک از اکسیداسیون‌های آسیب رسان بر اثر دمای بالا خودداری می‌کند. ۷. دارای نصب آسان می‌باشد. و تمامی سخت افزارهای لازم جهت نصب را همراه دارد. نقشه سیمپیچی آن برروی صفحه ترمینال وجود دارد. ۸. در صدها نوع استاندارد برای براورده کردن نیاز‌های فرکانس خط، ولتاژ، فاز، اندازه بار، احتیاجات نصب(قابل حمل و دارای دستگاه‌های اندازه گیری) عرضه می¬شود.. ۹. دارای ایمنی تضمین شده توسط آزمایشگاه‌های تست و تضمین کالا و موئسسه استاندارد کانادا برای اکثر مدل‌ها می‌باشد. و نیز مدل‌های دارای کاربرد نظامی بخصوص برای فرکانس ۴۰۰ هرتز دردسترس می‌باشند.

ترانسفورماتور

ترانسفورماتور یا ترانسفورمر (به انگلیسی: transformer) وسیله‌ای است که انرژی الکتریکی را به وسیلهٔ دو یا چند سیم‌پیچ و از طریق القای الکتریکی از یک مدار به مداری دیگر منتقل می‌کند. به این صورت که جریان جاری در مدار اول (اولیهٔ ترانسفورماتور) موجب به وجود آمدن یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم‌پیچ اول می‌شود، این میدان مغناطیسی به نوبهٔ خود موجب به وجود آمدن یک ولتاژ در مدار دوم می‌شود که با اضافه کردن یک بار به مدار دوم این ولتاژ می‌تواند به ایجاد یک جریان ثانویه بینجامد.

ولتاژ القا شده در ثانویه VS و ولتاژ دو سر سیم‌پیچ اولیه VP دارای یک نسبت با یکدیگرند که به طور آرمانی برابر نسبت تعداد دور سیم پیچ ثانویه به سیم‌پیچ اولیه است:

VSVP=NSNP{\displaystyle {\frac {V_{S}}{V_{P}}}={\frac {N_{S}}{N_{P}}}}

به این ترتیب با اختصاص دادن امکان تنظیم تعداد دور سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور، می‌توان امکان تغییر ولتاژ در سیم‌پیچ ثانویهٔ ترانس را فراهم کرد.

یکی از کاربردهای بسیار مهم ترانسفورماتورها کاهش جریان پیش از خطوط انتقال انرژی الکتریکی است. دلیل استفاده از ترانسفورماتور در ابتدای خطوط این است که همه هادی‌های الکتریکی دارای میزان مشخصی مقاومت الکتریکی هستند، این مقاومت می‌تواند موجب اتلاف انرژی در طول مسیر انتقال انرژی الکتریکی شود. میزان تلفات در یک هادی با مجذور جریان عبوری از هادی رابطهٔ مستقیم دارد و بنابر این با کاهش جریان می‌توان تلفات را به شدت کاهش داد. با افزایش ولتاژ در خطوط انتقال به همان نسبت جریان خطوط کاهش می‌یابد و به این ترتیب هزینه‌های انتقال انرژی نیز کاهش می‌یابد، البته با نزدیک شدن خطوط انتقال به مراکز مصرف برای بالا بردن ایمنی ولتاژ خطوط در چند مرحله و باز به وسیله ترانسفورماتورها کاهش می‌یابد تا به میزان استاندارد مصرف برسد. به این ترتیب بدون استفاده از ترانسفورماتورها امکان استفاده از منابع دوردست انرژی فراهم نمی‌آمد.

ترانسفورماتورها یکی از پربازده‌ترین تجهیزات الکتریکی هستند به طوری که در برخی ترانسفورماتورهای بزرگ بازده به ۹۹٫۷۵٪ نیز می‌رسد. امروزه از ترانسفورماتورها در اندازه‌ها و توان‌های مختلفی استفاده می‌شود از یک ترانسفورماتور بند انگشتی که در یک میکروفن قرار دارد تا ترانسفورماتورهای غول‌پیکر چند گیگا ولت-آمپری. همه این ترانسفورماتورها اصول کار یکسانی دارند اما در طراحی و ساخت متفاوت هستند.

اصول پایه ترانس

به طور کلی یک ترانسفورماتور بر دو اصل استوار است:

اول اینکه، جریان الکتریکی متناوب می‌تواند یک میدان مغناطیسی متغیر پدید آورد (الکترومغناطیس)

و دوم اینکه، یک میدان مغناطیسی متغیر در داخل یک حلقه سیم‌پیچ می‌تواند موجب به وجود آمدن یک جریان الکتریکی متناوب در یک سیم سیم‌پیچ شود.

ساده‌ترین طراحی برای یک ترانسفورماتور در شکل ۲ آمده‌است. جریان جاری در سیم‌پیچ اولیه موجب به وجود آمدن یک میدان مغناطیسی می‌گردد. هر دو سیم‌پیچ اولیه و ثانویه بر روی یک هسته که دارای خاصیت نفوذپذیری مغناطیسی بالایی است (مانند آهن) پیچیده شده‌اند. بالا بودن نفوذپذیری هسته موجب می‌شود تا بیشتر میدان تولید شده توسط سیم‌پیچ اولیه از داخل هسته عبور کرده و به سیم‌پیچ ثانویه برسد.

قانون القا

میزان ولتاژ القا شده در سیم‌پیچ ثانویه را می‌توان به وسیله قانون فاراده به دست آورد:

VS=NSdΦdt{\displaystyle V_{S}=N_{S}{\frac {d\Phi }{dt}}}

در فرمول بالا VS ولتاژ لحظه‌ای، NS تعداد دورهای سیم‌پیچ در ثانویه و Φ برابر مجموع شار مغناطیسی است که از یک دور از سیم‌پیچ می‌گذرد. با توجه به این فرمول تا زمانی که شار در حال تغییر از دو سیم پیچ اولیه و ثانویه عبور کند ولتاژ لحظه‌ای در اولیه یک ترانسفورماتور آرمانی از فرمول زیر بدست می‌آید:

VP=NPdΦdt{\displaystyle V_{P}=N_{P}{\frac {d\Phi }{dt}}}

و با توجه به تعداد دور سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه و این معادله ساده می‌توان میزان ولتاژ القایی در ثانویه را بدست آورد:

VSVP=NSNP{\displaystyle {\frac {V_{S}}{V_{P}}}={\frac {N_{S}}{N_{P}}}}

معادله ایده‌آل توان

اگر سیم‌پیچ ثانویه به یک بار متصل شده باشد جریان در سیم‌پیچ ثانویه جاری خواهد شد و به این ترتیب توان الکتریکی بین دو سیم‌پیچ منتقل می‌شود. ترانسفورماتور ایده‌آل باید کاملاً بدون تلفات کار کند و تمام توانی که به ورودی وارد می‌شود به خروجی برسد و به این ترتیب توان ورودی و خروجی باید برابر باشد و در این حالت داریم:

Pincoming=IPVP=Poutgoing=ISVS{\displaystyle P_{\mathrm {incoming} }=I_{P}V_{P}=P_{\mathrm {outgoing} }=I_{S}V_{S}}

و همچنین در حالت ایده‌آل خواهیم داشت:

VSVP=NSNP=IPIS{\displaystyle {\frac {V_{S}}{V_{P}}}={\frac {N_{S}}{N_{P}}}={\frac {I_{P}}{I_{S}}}}

بنابر این اگر ولتاژ ثانویه از اولیه بزرگتر باشد جریان ثانویه باید به‌همان نسبت از جریان اولیه کوچکتر باشد. همانطور که در بالا اشاره شد در واقع بیشتر ترانسفورماتورها بازده بسیار بالایی دارند و به این ترتیب نتایج به دست آمده از این معادلات به مقادیر واقعی بسیار نزدیک خواهد بود.

مباحث فنی

تعاریف ساده شده بالا از بسیاری از مباحث پیچیده درباره ترانسفورماتورها گذشته‌است.

در یک ترانسفورماتور آرمانی، ترانسفورماتور دارای یک هسته بدون مقاومت مغناطیسی و دو سیم‌پیچ بدون مقاومت الکتریکی است. زمانی که ولتاژ به ورودی‌های اولیه ترانسفورماتور اعمال می‌شود برای به وجود آمدن شار در مدار مغناطیسی هسته، جریانی کوچکی در سیم‌پیچ اولیه جاری می‌شود. از آنجایی که در ترانسفورماتور ایده‌آل هسته فاقد مقاومت مغناطیسی است این جریان قابل چشم پوشی خواهد بود در حالی که در یک ترانسفورماتور واقعی این جریان بخشی از تلفات ترانسفورماتور را تشکیل خواهد داد.

ملاحظات عملی

شار پراکندگی

در یک ترانسفورماتور آرمانی شار مغناطیسی تولید شده توسط سیم‌پیچ اول به طور کامل توسط سیم‌پیچ دوم جذب می‌شود اما در واقع بخشی از شار مغناطیسی در فضای اطراف پراکنده می‌شود. به شاری که در حین انتقال از مسیر خود جدا می‌شود شار پراکندگی (leakage flux) می‌گویند. این شار پراکندگی موجب به وجود آمدن اثر خود القا در سیم‌پیچ‌ها می‌شود و به این ترتیب موجب می‌شود که در هر سیکل، انرژی در سیم‌پیچ ذخیره شده و در نیمه پایانی سیکل آزاد شود. این اثر به طور مستقیم باعث ایجاد افت توان نخواهد شد اما به دلیل ایجاد اختلاف فاز موجب ایجاد مشکلاتی در تنظیم ولتاژ خواهد شد و به این ترتیب باعث خواهد شد تا ولتاژ ثانویه دقیقاً نسبت واقعی خود با ولتاژ اولیه حفظ نکند؛ این اثر به ویژه در بارهای بزرگ خود را نشان خواهد داد. به همین دلیل ترانسفورماتورهای توزیع طوری ساخته می‌شوند تا کمترین میزان تلفات پراکندگی را داشته باشند.

با این حال در برخی کاربردها، وجود تلفات پراکندگی بالا پسندیده‌است. در این ترانسفورماتورها با استفاده از روش‌هایی مانند ایجاد مسیرهای مغناطیسی طولانی، شکاف‌های هوایی یا مسیرهای فرعی مغناطیسی اقدام به افزایش شار پراکندگی می‌کنند. دلیل افزایش عمدی تلفات پراکندگی در این ترانسفورماتورها قابلیت بالای این نوع ترانسفورماتورها در تحمل اتصال کوتاه است. از این گونه ترانسفورماتورها برای تغذیه بارهای دارای مقاومت منفی مانند دستگاه‌های جوش (یا دیگر تجهیزات استفاده کننده از قوس الکتریکی)، لامپ‌های بخار جیوه و تابلوهای نئون یا ایجاد ایمنی در بارهایی که احتمال بروز اتصال کوتاه در آنها زیاد است استفاده می‌شود.

 



نوع فایل : word
اندازه فایل : 47
قیمت : 7000
خرید