ترانسفورماتور یا ترانسفورمر, transformer, ترانسفورماتور توزیع,ترانس,اصول کار ترانسفورماتور
پروژه و تحقیق-ترانسفورماتور یا ترانسفورمر چیست
این تحقیق در مورد ترانسفورماتور یا ترانسفورمر در 70 صفحه و در قالب ورد می باشد.
در دستگاه های الکترونیکی جدید چون از ترانزیستور و قطعات نیمه هادی استفاده می شود و اینگونه مدارها به ولتاژهای کم نیاز دارند ، ترانس تغذیه عموماً کاهنده است . در اینگونه ترانس ها هم بر حسب نیاز ، ثانویه ممکن است چند سر با ولتاژهای مختلف داشته باشد . یک مزیت استفاده از ترانس در قسمت تغذیه دستگاه ها ، ایزوله شدن مدار از برق شهر است . به این معنی که چون فاز برق شهر نسبت به زمین ولتاژ دارد تماس بدن با سیم فاز خطر برق گرفتگی را ممکن می سازد . ولی استفاده از ترانس خطر برق گرفتگی را از بین می برد ، چرا که سیم پیچ اولیه با سیم پیچ ثانویه هیچ گونه تماس الکتریکی نداشته و بنابراین سیم های ثانویه ترانس نسبت به زمین ولتاژ ندارند و مستقل از مقدار ولتاژ ، تماس بدن با هر یک از سرهای ثانویه ، خطر برق گرفتگی ایجاد نمی کند . به همین علت در بعضی از موارد از ترانس یک به یک استفاده می شود . به این معنی که ترانس اگر چه 220 ولت به 220 ولت است ولی هیچ یک از سرهای ثانویه نسبت به زمین ولتاژ ندارند . به همین علت به ترانس یک به یک ، ترانس ایزولاسیون می گویند . در شکل های (7) و (8) سمبل های مداری دو نمونه ترانس تغذیه معمولی نمایش داده شده است .
شکل (7)
شکل (8)
در یک ترانس تغذیه علاوه بر معین بودن مشخصه نسبت ولتاژ ، می بایست معین شود که جریان نامی ترانس چقدر است ؟ معمولاً میزان جریان نامی ثانویه را برای ترانس تغذیه معین می کنند . مثلاً اگر گفته شود ترانس 220v به 12v و یک آمپر ، به این معنی است که این ترانس برای جریان یک آمپر در ثانویه طراحی شده است و بنابراین نباید بیشتر از یک آمپر از آن کشیده شود . گاهی اوقات به جای مشخص کردن جریان ، توان ترانس و به عبارتی ولت آمپر آن قید می شود . مثلاً اگر گفته شود ترانس220v به 18v و 90 وات ، به این معناست که ترانس برای حداکثر بار 90 وات طراحی شده است . بنابراین با داشتن مقدار ولتاژ ثانویه و رابطه توان ، جریان ثانویه به صورت زیر محاسبه می شود .
در نتیجه حداکثر جریان مجاز ثانویه این ترانسفورماتور 5A است .
البته در عمل می توان برای زمان کوتاهی ، از ترانس جریانی بیش از جریان نامی کشید ولی باید توجه نمود که کشیدن جریان بیش از مقدار نامی از یک ترانس باعث می شود که ترانس بیشتر از حالت عادی گرم شود و این باعث کاهش طول عمر آن می گردد . در نهایت اگر ثانویه ترانس را اتصال کوتاه کنیم جریانی به مقدار چندین برابر جریان نامی از ثانویه عبور می کند که به آن جریان اتصال کوتاه می گویند . اگر این اتصال کوتاه ادامه داشته باشد ترانس پس از مدت زمان کوتاهی خراب می شود . در این حالت به علت بیش از حد گرم شدن ترانس بوی شالاک ( رنگ عایق سیم های مسی ) به مشام می رسد و ترانس به شدت داغ می کند . نکته دیگر در مورد ترانس تغذیه این است که ولتاژ مشخص شده برای ثانویه ترانس ، به ازای جریان نامی ترانس است . در حالت بی باری ، ولتاژ ثانویه مقداری ( حدود 10% ) از ولتاژ مشخص شده بیشتر می باشد . به عنوان مثال یک ترانس 12 ولت ، در حالت بی باری در ثانویه دارای ولتاژی حدود 13 تا 14 ولت است و پس از کشیدن جریان نامی از آن باید ولتاژ ثانویه به حدود 12 ولت برسد .
خرابی های ترانس تغذیه : خرابی های ترانس تغذیه معمولاً یکی از موارد زیر می باشد .
1 – قطع شدن سیم پیچ های اولیه و ثانویه
2 – نیم سوز شدن ( اتصال کوتاه ناقص در سیم پیچ ها )
3 – اتصال کوتاه کامل
همه معایب ترانس معمولاً در اثر اضافه بار به وجود می آیند . اضافه بار یعنی اینکه جریان کشیده شده از ترانس از جریان نامی ترانس بیشتر باشد و بر حسب مقدار و مدت زمان اضافه بار ممکن است یکی از اشکالات فوق ایجاد شود . قطع شدن سیم پیچ اولیه و یا ثانویه باعث می شود وقتی اولیه را به برق متصل می کنیم در ثانویه هیچ ولتاژی ظاهر نشود . برای تحقیق خرابی مزبور می توان اولیه را از برق قطع کرده ، سیم پیچ های اولیه و ثانویه را به کمک اهم متر آزمایش نمود . در صورت قطع بودن سیم پیچ ، مقاومت بی نهایت قرائت می شود . مقاومت اهمی سیم پیچ های ترانس های تغذیه ، بر حسب توان نامی شان متفاوت است . هر چه توان ترانس بیشتر باشد مقاومت اهمی سیم پیچ هایش کمتر است . چرا که سیم های ضخیم تری برای سیم پیچ ها استفاده می نمایند . ترانس های تغذیه کاهنده معمولی دارای مقاومت چند ده تا چند صد اهم در اولیه و چند اهم در ثانویه می باشند . توجه نمایید که مقاومت سیم پیچ های اولیه ترانس های تغذیه کاهنده از مقاومت سیم پیچ های ثانویه بیشتر است . چرا که هم تعداد دور اولیه بیشتر بوده و هم قطر سیم پیچ آن کمتر است . زیرا همانطور که می دانید این نوع ترانس ها به علت کاهنده بودن ولتاژ ، افزاینده جریان هستند و بنابراین سیم پیچ ثانویه آنها از سیم پیچ اولیه ضخیم تر است . عیب معمول دیگر در ترانس های تغذیه ، نیم سوز شدن سیم پیچ ها است . در این حالت ترانس در خروجی ولتاژی کمتر از مقدار نامی داشته و در ضمن در حین کار بیش از حد داغ می شود و حتی بوی سوختگی به مشام می رسد . ادامه کار چنین ترانسی باعث اتصال کوتاه کامل و یا قطع کامل سیم پیچ مربوطه می گردد . همچنین از دیگر عیوب ترانس ، اتصال کوتاه شدن یکی از سیم پیچ ها با بدنه و یا اتصال بین سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه است که با اهم متر باید تحقیق شود.
برو به بخش دوم ترانسفورماتور
ترانسفورماتور (Transformer)ها قطعات الکتریکی پرکاربردی هستند که حتما آنها را در اطراف خود دیده ایم . می دانیم که بخش عمده ای از برقی ( یا همان انرژی الکتریکی) که مردم در سراسر جهان از آن استفاده می کنند ، به وسیله مراکزی همچون نیروگاه های بخار ، هسته‌ای ، آب و بادی تولید می‌گردند. در این نیروگاه ها توربین ها و جایگزین کننده ها (آلترناتیو ها) ی سه فازی وجود دارند که ولتاژ تولید شده توسط ژنراتورها را تا مقداری که برای جابه جایی از نیروگاه تا محل مصرف مورد نیاز است ( و همچنین تا مقداری که تولیدش به صرفه باشد) بالا می برند . بعضی وقت ها هم ممکن است چندین نیروگاه تولید برق توسط شبکه ای به هم می پیوندند تا انرژی الکتریکی مورد نیاز شهرها و مناطق دیگر را بدون قطعی و به مقداری که لازم است تامین کنند .
حال نوبت به کار بردن ترانسفورماتور هاست . وقتی که کمی از نیروگاه ها فاصله بگیریم به مناطق مصرف برق می رسیم . در این مناطق که عموما منازل و کارخانجات هستند لازم است تا ولتاژ برق کمی تغییر کند (که معمولا کاهش می یابد) تا بتوان از آن استفاده کرد . این افزایش یا کاهش ولتاژ توسط ترانسفورماتورها صورت می گیرد.
از آنجا که استفاده مستقیم همه مصرف کننده های یک شهر از انرژی تولید شده توسط مراکز اصلی توزیع (که همان نیروگاه ها هستند) امکان پذیر نبوده ، نیازمند اتلاف هزینه و افت ولتاژ زیادی می باشد .
به همین دلیل تقسیم بندی به این صورت انجام می شود که یک پست توزیع اصلی انرژی اش را به چند پست کوچکتر (پست های درون شهر) تحویل می دهد که هر کدام از این پست ها، خود نیز انرژی چندین محل توزیع کوچکتر (پست منطقه‌ای) را تامین می کند . به این ترتیب انرژی الکتریکی برای مشترکان قابل استفاده می شود .در هر یک از این پست های توزیع کننده برق انواع مختلفی از ترانس های توزیع کننده و مبدل ولتاژ به کار گرفته شده است .
بطور کلی در تبدیل و پخش انرژی الکتریکی ، ترانسفورماتورها نقش مهم و اساسی دارند و نباید نقش آنها را کمتر از شبکه انتقال و یا تولید نیرو دانست . خوشبختانه به خاطر این که در ترانزیستور ها از قطعات دینامیکی کمی استفاده شده است ، معمولا این دستگاه ها مشکلات و آسیب پذیری کمی دارند . البته نباید این گونه استنباط شود که ترانزیستور ها نیاز به حفاظت ، نگهداری و سرویس ندارند .حال به طور مختصر به بیان تعریفی از ترانسفورماتورها می پردازیم .اگر بخواهیم ترانسفورماتور را به بیان ساده و به آن شکل که در ابتدا ساخته شدند ، تعریف کنیم ،باید گفت که ترانسفورماتور قطعه‌ای است که از دو یا چند مجموعه سیم پیچ تشکیل شده که دورن یک میدان مغناطیسی و حول ورقه‌هایی از آلیاژهای آهن که هسته ترانسفورماتور نام دارد قرارداده می شوند .
این مجموعه به اضافه تعدادی مقره یا بوشینگ و ایزولاتور درون محفظه ترانسفورماتورهایی که ما بر روی تیر های چراغ برق می بینیم جا سازی می شوند.
به طور کلی ، ترانسفورماتورها نقش انتقال دهنده انرژی الکتریکی را بین دو سیستم مجزا ،که هر سیستم ولتاژ و جریان خاص خود را دارد ، ایفا می کنند .که اساس این کار بر مبنای القای الکترومغناطیس است . یا می توان گفت ، ترانسفورماتور سیستمی استاتیکی می باشد که با ایجاد میدانی مغناطیسی ، ولتاژ و جریان الکتریکی را میان دو یا چند سیم پیچ جابجا می‌کند .که در این جابجایی فرکانس ها ثابت می مانند و فقط اندازه آنها (آنهم به طور یکسان و به مقدار مشخص) تغییر می کند .
انواع ترانسفورماتورها
تقسیم بندی و درجه بندی ترانسفورماتورها قواعد کلی و خاصی نداشته و بستگی به کارخانه سازندگان و استاندارد ها در کشورهای مختلف دارد . مثلا برخی ترانسفورماتورها را بر اساس نوع کاربرد و ترتیب بهره برداری آنها دسته بندی کرده اند ، مثل ترانسفورماتورهای انتقال قدرت ، اتو ترانس و یا ترانسهای تقویتی .و برخی دیگر از ترانسفورماتورها را ، ترانس قدرت می‌نامند .این دسته از ترانسفورماتورها در سمت دوم شان فشار الکتریکی را بالا می برند .ویا دسته ای دیگر که ترانسفورماتور اینسترومنتی(یا ترانس جریان و ولتاژ) نام دارند.
تقسیم بندی ذکر شده در بالا را می توان به گونه ای عملی تر بیان کرد .دسته اول ترانسفورماتورهای با سایز کوچک و قابل حمل که ولتاژ ضعیفی را تحمل می کنند و بیشتر برای لامپهای دستی و مانند آن به کار می روند . و دسته ای دیگر ترانسهای خیلی بزرگ هستند که ولتاژ خروجی ژنراتورها را تبدیل به ولتاژ مورد نیاز شبکه و خطوط انتقال نیرو می کند.
دسته ی آخر ترانزیستور های با سایز متوسط هستند که ترانسفورماتور های شبکه ی توزیع کننده و انتقال از این نوع هستند و برای تبدیل ولتاژ به ولتاژهای استاندارد به کار می روند .
ترانسها از نظر طراحی غالبا به دو دسته ی هسته‌ای و جداری تقسیم می‌شوند . ترانسها ی هسته‌ای به گونه ای طراحی شده اند که در هر سیم پیچ شامل دو قسمت است . یک قسمت از نوع سیم پیچ فشار ضعیف و قسمت دیگر از سیم پیچ فشار قوی است که هر یک بر روی یکی از بازوهای ترانس هسته‌ای قرار می گیرند .
در ترانسفورماتور های جداری ، سیم پیچ ها در حالی روی یک هسته پیچیده می شوند که نیمی از مدار فلزی مغناطیسی به یک طرف هسته و نصف دیگر از طرف دیگر به هسته وصل می‌شود.
در بیشتر مواقع ترانسفورماتور های جداری برای ولتاژ ورودی ضعیف و خروجی بزرگ تعبیه می شوند ولی نوع هسته‌ای ببشتر برای ولتاژ ورودی قوی با خروجی کوچک استفاده می شوند. (در حالت های سه فازه یا ت