پايان نامه ترانسفورماتور خشک
مقدمه:
بررسي كار ترانسفورماتور را با يك ترانس ايده آل شروع ميكنيم . يك ترانس ايده آل يا بدون تلفات ، بايد داراي شرايط زير باشد :
منحني مغناطيسي آن خطي بوده و از اثر اشباع در آن صرف نظر شده باشد .
ضريب نفوذ هسته آن خيلي زياد باشد .
فوران پراكندگي نداشته باشد و فورانها تماماً ازداخل هسته عبور نمايند .
تلفات آهني ، درآن قابل صرف نظر باشد .
مقاومت سيمپيچها صفر بوده وتلفات مسي نداشته باشد .
البته ،ترانس ايده آل درعمل وجود ندارد و ترانسهاي واقعي همواره داراي مقداري تلفات درهسته و سيمپيچها خواهند بود .ولي فرض ترانس ايده آل ، براي شروع مطالعه ترانس ، قدم مناسبي است.
ترانسهاي قدرت بزرگ ، داراي راندمان زيادي هستند وبه 9/99 درصد نيز ميرسند . بنابراين ، اين ترانسها به شرايط ايده آل نزديك ميباشند .
1-2 مطالعه ترانس ايده آل در شرايط بي باري
سيمپيچي اوليه ترانس را به يك منبع ولتاژ متناوب وصل ميكنيم و سرهاي ثانويه آن باز ميباشد . بنابراين جريان بار از ثانويه عبور نميكند
شكل 1-1
ترانس ايده آل دربي باري :با اتصال به دو سر سيمپيچ اوليه جريان بي باري در سيمپيچ اوليه برقرار ميشود . از آنجا كه مقاومت سيمپيچ صفر فرض شده ، ترانس ، همانند يك سلف خالص عمل خواهد كرد.
بنابراين ، جريان از به اندازه 90 درجه پس از فاز خواهد بود . جريان بي باري دراين حالت ايده آل تماماً صرف مغناطيس كردن هسته ميشود ولذا آن را با نشان داده وجريان مغناطيس كننده ترانس ميناميم :
( 2-4 )
جريان مغناطيس كننده ، فوران را در هسته بوجود مي آورد كه طبق قانون هاپكينسون متناسب با وهمفاز با آن خواهد بود. بنابراين
( 3-1 )
فوران متناوب از سيمپيچ اوليه عبور ميكند . پس طبق قانون القاء فاراده نيروي محركهاي در اين سيمپيچ القا خواهدكرد كه آن را با نشان ميدهيم :
( 4-1 )
( 5-1 )
علامت منفي رابطة فوق ، به سبب قانون لنز در نظر گرفته شده است ونشان ميدهد كه نيروي محركة القا شده به اندازه با اختلاف فاز دارد . به عبارت ديگر جهت نيرو محركه ي چنان است ه با ولتاژ شبكه مخالفت ميكند واز عبور جريان شديد جلوگيري مينمايد .
بنابراين مقدار كوچك خواهد بود .به همين دليل ، گاهي را نيروي « ضد محركه » القايي در طرف اول مينامند .طبق قانون ولتاژهاي كيرشهف ميتوان نوشت :
( 6-1 )
يا
مقدار موثر عبارتست از :
مقدار مؤثر نيروي محركه اوليه
( 7-1 )
از آنجا كه فورانهاي پراكندگي صرف نظر شده ، پس تمام فوران از سيمپيچي طرف دوم نيز عبور ميكند و طبق اصل القاء متقابل نيروي محركه را در ثانويه بوجود مي آورد .
(8-1 ) اين رابطه نشان ميدهد كه اولاً ؛ نيروهاي محركة در صورت هم جهت بودن سيمپيچهاي آنها با هم همفاز هستند ؛ ولي نسبت به به اندازة 180 درجه پس فاز ميباشند . ثانياً ؛فركانس هر دو آنها همان فركانس ولتاژ تغذيه است . درطرف دوم نيز مقدار موثر نيروي محركه عبارتست از :
(9-1)
1-3 نسبت تبديل ترانس
از تقسيم روابط ( 9-1 ) و ( 7-1 ) بر هم ، نسبت تبديل ترانس بدست ميآيد :
( 10-1 )
اگر K>1 باشد ، ترانس را « افزايندة ولتاژ » مينامند واگر K<1 باشد . ترانس را « كاهنده ولتاژ » گويند.
در حالت خاص ، K=1 ، ترانس را « يك به يك » مينامند . در اين حالت ترانس هيچ تبديل ولتاژي انجام نميدهد . كاربرد اين ترانس درآزمايشگاه ها به عنوان ايزوله كننده وسايل الكتريكي از برق شهر است كه جهت مقاصد حفاظتي بكار ميرود .
در شكل ( 1-2 ) ، شكل موج كميتهاي ترسيم شده اند . دامنة در تمام لحظات با هم برابرند ، ولي با توجه به منفي قانون لنز ،از نظر علامت قرينه هستند .
شكل 1-2
در شكل ( 1-3 ) دياگرام فازورزي كميت هاي فوق ، بر حسب مقادير موثر آنها ترسيم گرديده است . بر امتداد عمود بوده و نسبت به آن 90 درجه پس فاز است . فوران با همفاز است و به هم ، همفاز بوده و نسبت به فوران 90 درجه عقب تر ميباشند . علت اين تأخير را چنين ميتوان توجيه نمود : چون مشتق تابع سينوسي هستنتد ، پس 90 درجه نسبت به خود تابع بايد پيش فاز باشند . اما به سبب وجود علامت منفي مربوط به قانون لنز ، 90 درجه عقب تر خواهند بود.
شكل 1-3
1-4 توان اكتيو در ترانس ايده آل بي بار
همانگونه كه در شكل ( 1-3 ) مشاهده ميشود جريان بي باري بر عمود است . بنابراين ، ترانس ايده آل در بي باري ، قدرتي از شبكه جذب نميكند ، زيرا بنا به فرض ، تلفات مسي و آهني آن صفر ميباشد . پس تلفات بي باري ترانس ايده آل ، صفر خواهد بود .
1-5 جريان مغناطيسي كنندة با در نظر گرفتن اثر اشباع
در شكل ( 1-2 ) جريان سينوسي در نظر گرفته شده ، و اين به شرط اشباع نشدن مدار مغناطيسي معتبر است . در ترانسهاي واقعي اشباع وجود دارد . در نتيجه مطابق شكل ( 1-4 ) خواهد بود . اينك به شرح آن مي پردازيم .
شكل 1-4
همانگونه كه در شكل ( 1-5 ) نشان داده شده است ، به ازاي مقادير كوچك H ( يا جريان مغناطيسي كننده ) تغييرات B بصورت خطي با H تغيير ميكند ( در شكل 5-1 قسمت OF از منحني تقريباً خطي است) . اما با افزايش H وارد قسمت غير خطي منحني مغناطيسي ميشويم كه تغييرات B و H ديگر بصورت خطي نخواهند بود .بنابراين با وجود سينوسي بودن چگالي فلودر هسته ، از شكل سينوي خارج شده و همانگونه كه در شكل مشاهده ميشود ، بصورت نوك تيز در ميآيد .
چگونگي ترسيم منحني از روي منحني سينوسي اندكسيون و منحني مغناطيسي B(H) در شكل نشان داده شده است . اين عمل ، در حقيقت حل ترسيميدستگاه معادلات :
و بدست آوردن ميباشد .
بهاين منظور ، دو نقطه روي منحني سينوسي B انتخاب شده است . يكي نقطة ط b » كه نظير و ديگري نقطة « c » كه نظير دامنة ماكزيمم چگالي فلو ميباشد . از اين نقاط بوسيلة فلشهايي ، مسير b-f-g-h-k و مسير c-l-m-n-p پيموده شده و نقاط k و P از منحني بدست آمده است .
براي ساير نقاط منحني نيز به همين ترتيب عمل ميشود . منحني جريان مغناطيسي كنندة يك ترانس بدون تلفات را نشان ني دهد .
مشاهده ميشود كه عليرغم سينوسي بودن فوران ترانس ، جريان بي باري در شرايط اشباع سينوسي نميباشد . مطابق بسط سري فوريه ميتوانيم هارمونيهاي اين موج رابدست آوريم . از آنجا كه شكل موج از نظر رياضي يك تابع فرد بوده و داراي محور تقارن قائم نيز ميباشد ، فقط جملات سينوسي وآن هم با ضرايب فرد در هارمونيهاي آن ظاهر ميشوند. لذا داريم :
شکل 5-1
اولين هارموني جريان مغناطيسي كه مؤلفة اصلي ناميده ميشود ، با فوران همفاز بوده و نسبت به ولتاژ ورودي 90 درجه عقب تر است . در ميان ساير هارموني ها دامنة هارموني سوم از همه بيشتر است ودر بعضي از ترانسهاي سه فاز مزاحمت هايي در كار ترانس ايجادميكند .
در شكل ( 1-5 ) هارموني هاي شماره 1 و 3 و 5 جريان مغناطيسي نيز ترسيم شده اند . وقتي دامنة اندوكسيون بزرگتر ميشود ، اثر هارموني هاي مراتب بالاتر نيز بيشتر ميگردد . در شكل ( 1-6 ) نسبت باري ترانس بي بار ترسيم شده است . منحني 1 نشان ميدهد كه در ترانسهاي توزيع كه اندكسيون آنها معمولاً در حدود 4/1 تا 45/1 تسلا ميباشد ، نسبت به 50% نيز ميرسد و لذا شكل منحني شديداً نوك تيز ميگردد .در صورتيكه دامنة هارموني ها معلوم باشد . مقدار موثر را ميتوان طبق فرمول زيرمحاسبه نمود
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.