گزارش كارآموزی در صنایع برق داد خواه

پیشگفتار :

پیدایش ترانسفورماتور در صنعت برق دو تحول عمده در این صنعت بوجود آورده است :

1-  ارتباط سراسری میان شبكه های مصرف و تولید در سطح یك یا چند كشور

2-  امكان طراحی وسایل الكتریكی با منابع تغذیه دلخواه.

گستردگی منابع انرژی در سطح هر كشور و مقرون به صرف بودن تاسیس نیروگاههای برق در نزدیكی منابع انرژی ، همچنین ضرورت تعیین محلی خاص برای احداث سدها سبب می شود كه هنگام انتقال انرژی الكتریكی با ولتاژ پایین ، تلفات زیادی در انرژی تولید شده به وجود آید. بنابراین ، یا باید نیروگاههای برق ، محلی طراحی شوند یا به دلیل پایین بودن بازده اقتصادی از احداث آنها صرفنظر شود. بهره گیری از ترانسفورهای قدرت موجب افزایش ولتاژ جریان انتقال و كاهش تلفات انرژی به مقدار زیاد می شود، در نتیجه :

1-  مشكل انتخاب محل نیروگاه را بر طرف می كند.

2-   ایجاد شبكه سراسری را میسر می سازد.

3-  مدیریت بر شبكه مصرف و تولید را به مراتب گسترش می دهد

از سوی دیگر كاهش ولتاژ جریان متناوب شبكه با استفاده از ترانسفورماتور امكان طراحی وسایل الكتریكی ، الكترونیكی ، صوتی ، تصویری و سیستم های كنترل را با هر ولتاژ لازم فراهم می آورد . همچنین به علت طراحی مدارهای فرمان الكتریكی با ولتاژ كمتر، ایمنی تكنیسینها و كارگران فنی مربوطه در هنگام كار افزایش می یابد.

اصول و طرز كار ترانسفورماتور

ترانسفورماتور دستگاه استاتیكی ( ساكن ) است  كه قدرت الكتریكی ثابتی را از یك مدار به مدار دیگر با همان فركانس انتقال می دهد . ولتاژ در مدار دوم می تواند بیشتر یا كمتر از مدار اول بشود، در صورتیكه جریان مدار دوم كاهش یا افزایش می یابد.

بنابراین اصول فیزیكی ترانسفورماتورها بر مبنای القاء متقابل می باشد كه بوسیله فوران مغناطیسی كه خطوط قوای آن اولیه و ثانویه را قطع         می كند، ایجاد می گردد.

ساده ترین فرم ترانسفورماتورها بصورت دو سیم القائی است كه از نظر الكتریكی از یكدیگر جدا شده هستند ولی از نظر مدار مغناطیس دارای یك مسیر با مقاومت مغناطیس كم می باشد .

هر دو سیم پیچ اولیه و ثانویه دارای اثر القایی متقابل زیاد می باشند . بنابراین اگر یك سیم پیچ به منبع ولتاژ متناوب متصل شود، فلوی مغناطیسی متغیر بوجود خواهد آمد كه بوسیله مدار مغناطیسی ( هسته ترانسفورماتور كه از یكدیگر عایق شده اند ) مدارش بسته شده و در نیتجه بیشتر فلوی مغناطیسی مدار ثانویه را قطع نموده و تولید نیروی محركه التریكی         می نماید. ( طبق قانون فاراده  نیروی محركه القاء شده ) . اگر مدار ثانویه ترانسفورماتور بسته باشد یك جریان در آن برقرار می گردد و        میتوان گفت كه انرژی الكتریكی سیم پیچ اولیه ( بوسیله واسطه مغناطیس) تبدیل به انرژی الكتریكی در مدار ثانویه شده است .

تعریف مدار اولیه و ثانویه در ترانسفورماتور.

بطور كلی سیم پیچ كه به منبع ولتاژ متناوب متصل می گردد را سیم پیچ اولیه یا اصطلاحاً «طرف اول » و سیم پیچی كه این انرژی را به مصرف كننده منتقل می كند ، سیم پیچ ثانویه     « طرف دوم » می نامند .

حال می توان بطور كلی مطالب فوق را بصورت زیر جمع بندی نمود:

بنا به تعریف ترانسفورماتور وسیله ایست كه :

1- قدرت الكتریكی را از یك مدار به مدار دیگر انتقال می دهد. بدون آنكه بین دو مدار ارتباط الكتریكی وجود داشته باشد.

2-   در فركانس مدار هیچگونه تغییری ایجاد نمی نماید.

3-   این تبدیل بوسیله القاء الكترومغناطیسی صورت می گیرد.

4-  در صورتیكه مدار اولیه و مدار ثانویه بسته باشند ، این عمل بصورت القای متقابل و نفوذ در یكدیگر صورت می گیرد.

ساختمان ترانسفورماتور :

اجزای یك ترانسفورماتور ساده عبارتند از :

1-  دو سیم پیچ كه دارای مقاومت اهمی و سلفی می باشند.

2-   یك هسته مغناطیسی .

3-   قسمتهای دیگری كه اصولاً مورد لزوم می باشند عبارتند از :

الف : یك جعبه برای قرار دادن سیم پیچ ها و هسته در داخل آن

ب : سیستم تهویه – كه معمولاً در ترانسفورماتورهای با قدرت زیاد، علاوه بر سیستم تهویه می یابد مخزن روغن نیز برای خنك كردن بهتر كار گرفته شود.

ج : ترمینالهایی كه باید سرهای اولیه و ثانویه روی آنها نصب شود.

خصوصیات هسته مغناطیسی :

در تمام انواع ترانسفورماتورها هسته از ورقه های ترانسفورماتور ( ورقه های دینامو ) ساخته می شود كه مسیر عبور فوران مغاطیسی را با حداقل فاصله هوایی ایجاد نماید و جنس آن از آلیاژ فولاد می باشد كه مقداری سیلیس به آن اضافه گردیده است.

با فعل و انفعالاتی كه در متالوژی بر روی این نوع فولاد انجام می شود وعملیات حرارتی كه صورت می گیرد سبب می شود كه پر می ابلیته ( قابلیت هدایت مغناطیسی ) هسته بالا رفته و به عبارت دیگر تلفات هیستر زیس كاهش می یابد و بطور كلی مقاومت مغناطیسی كوچك می گردد.

از طرف دیگر برای كاهش تلفات ناشی از جریان گردابی فوكو هسته ترانسفورماتورها را به صورت ورقه می سازند و اصولاً یك طرف این ورقه ها را با ماده ای كه بتواند فوران مغناطیسی را عبور دهد ولی عایق جریان الكتریكی باشد، می پوشانند و بنابراین این ورقه ها باید به ترتیبی چیده         می شوند كه از یكدیگر عایق الكتریكی باشند.

معمولاً ضخامت ورقه های هسته ترانسورماتورها در فركانس 50 تا 25 بین 35/0  تا 50/0 میلیمتر می باشد.

این ورقه ها پهلوی هم قرار می گیرند. و اصولاً مقدار آن محاسبه         می گردد. همانطوریكه در این شكل مشاهده می شود ، با قرار گرفتن ورقه ها بر روی یكدیگر بین آنها فاصله هوایی بوجود می آید و در نتیجه در سطح مقطع هسته همیشه یك شكاف وجود دارد كه اجتناب ناپذیر است.

انواع هسته های ترانسفورماتور

ساختمان هسته ترانسفورماتورهای معمولی بدو صورت كلی ساخته        می شوند.

الف : هسته نوع معمولی

ب : هسته نوع زرهی

البته ترانسفورماتور با هسته های حلزونی یا مارپیچ هم ساخته می شود، ولی قسمت عمده را در صنعت تشكیل نمی دهد.

از نظر فیزیكی در ترانسفورماتور با هسته معمولی سیم پیچی اولیه و ثانویه در دو طرف بازوهای هسته و بصورت مجزا پیچیده می شوند. در حالیكه در نوع زرهی كه كاربرد بیشتری هم دارد ، این سیم بندی بر روی قسمت وسط ( اولیه و ثانویه ) روی هم پیچیده می شوند . و از نظر اقتصادی راندمان كار بیشتر دارد و ارزان تر تمام می شود . به شكل (4) توجه كنید.

در قسمت ( الف ) و ( ب ) دیاگرام فوران در هر دو نوع هسته مشخص شده است . در قسمت ( الف ) دیاگرام بسیار ساده ترانسفورماتور با هسته نوع معمولی و وضعیت سیم بندی اولیه و ثانویه و جهت مخالف فوران در دو بازوی هسته كاملاً مشخص شده است.

ولی باید توجه داشت كه مقداری فوران بصورت فوران پراكندگی نیز وجود دارد كه سبب كاهش فوران از مقدار اصلی شده و به آن نشد مغناطیس می گویند.

اما اگر دقت كنید ، در می یابید كه اینبار فوران مغناطیسی در دو مسیر دور می زند و اگر بخواهیم كه هر یك از سیم پیچ های اولیه و ثانویه بر روی بازوی اول و دوم نوع معمولی پیچیده شده اند. ( یعنی بر خلاف نوع معمولی كه می یابد كه می باید اولیه بر روی یك بازو ثانویه بر روی بازوی دیگر باشند ) .

باید توجه داشت كه چه نوع هسته معمولی باشد و چه نوع زرهی  هر دو نوع هسته از ورقه های ترانسفورماتور ساخته شده است كه در نوع معمولی این ورقه ها را بفرم L   در می آورند و در نوع زرهی این ورقه ها را بصورت E  و I  در می آورند پهلوی هم قرار می دهند .

نحوه سوار كردن هسته و بستن سیم پیچ یك ترانسفورماتور با هسته نوع معمولی بصورت می باشد.

همچنانكه در شكل مشاهده می گردد. اگر قسمت نمایش یك طبقه هسته باشد، قسمت  نمایش طبقه دوم هسته است و به همین ترتیب این عمل تكرار می شود تا سطح مقطع خواسته شده بدست آید. و این عمل برای جلوگیری از افزایش ( مقاومت مغناطیسی ) در نقاط اتصال هسته و كاهش فوران پراكندگی صورت می گیرد.

نتیجه می گیریم كه در ترانسفورماتور با هسته نوع معمولی همیشه باید هر طبقه ورقه ترانسفورماتور نسبت به طبقه بعدی در خلاف جهت هم چیده شوند.

نحوه سوار كردن هسته و بستن سیم پیچ ترانسفورماتور باهسته نوع زرهی هم مانند نوع معمولی است و مطابق صورت می گیرد.

تئوری مقدماتی ترانسفورماتور آیده آل :

ترانسفورماتور ایده آل ، ترانسفورماتوری است كه افت ندارد. برای مثال سیم پیچ های آن مقاومت اهمی ندارد و پراكندگی فوران معناطیسی در آن وجود ندارد . تلفات مسی  و تلفات مسی آهنی ( p _Fe )   در آن موجود نمی باشد.

پس بطور كلی یك ترانسفورماتور ایده آل شامل دو سیم پیچ با ندوكیتویته خالص ( مقاومت سلفی ) كه روی هسته بدون افت فوران مغناطیسی پیچیده شده می باشد . باید خاطر نشان شود كه چنین ترانسورماتوری عملاً غیر ممكن است و وجود خارجی ندارد و به همین دلیل به آن ایده ال می گوییم . ولی برای كار بحث در مورد ترانسفورماتورها را از حالت ایده آل شروعت كرده و مرحله جلو می بریم تا به حالت واقعی آن نزدیك شویم.