مقاله کامل در مورد اجزای ترانسفور ماتور

اختصاصی از یارا فایل مقاله کامل در مورد اجزای ترانسفور ماتور دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 35

اجزای ترانسفور ماتور

با اصول مقدماتی و ساختمان ترانسفورماتورها باید توجه داشته باشید که به علت تلفات و مسائل اقتصادی و عوامل دیگر که در طراحی و ساختمان ترانسفورماتور هاموثرند، نمی توان به سادگی از فرمول هایی که تا بهحال ارائه شده است برای ساختمان ترانسفورماتور استفاده کرد . بنابراین ، در این جا به بررسی ساختمان و محاسبه ی عملی ترانسفورماتورها ی کوچک می پردازیم .

لازم به تذکر است که ترانسفورماتور ها را با توجه به کاربرد و خصوصیات آنها بهسه دسته کوچک ، متوسط و بزرگ دسته بندی می کنند .

ساختمان ترانسفورماتور  های بزرگ و متوسط به دلیل مسائل حفاظتی و عایق بندی و امکانان موجود ، کار ساده ای نیست . لذا دراین جا ما فقط ترانسفورماتورهای کوچک ( تا قدرت 16 کیلو ولت آمپر تا 1000 ولت ) را بررسی خواهیم کرد .

موارد استفاده ی این ترانسفورماتورها امروز بسیار زیاد است ؛ مثلاً در یک سو سازها ، مصرف کننده های کم قدرت که به ولتاژ کم وصلمی شوند ، وسایل الکترونیکی ، اسباب بازی ها و ... از این ترانسفورماتورها استفاده می شود .

برایساختن ترانسفورماتورها ی کوچک ، اجزای آن مانند ورقه های آهن ، سیم و قرقره را به سادگی می توان تهیه کرد .

برای محاسبه و ساخت یک ترانسفورماتور می توان با استفاده از عوامل و روابط موجود ، مجهولات مطلوب را محاسبه کرد . علاوه بر این برای  ترانسفورماتورهای مشخص و استاهدارد شده نیز جداول یا منحنی هایی وجود دارد که به سادگی می توان از روی آن ها مجهولات را به دست آورد .

در این جا به بررسی هر یک از این روش ها برای ساختن یک ترانسفورماتور یکفاز می پردازیم .

اجزای تشکیل دهنده ی یک ترانسفورماتور به شرح  زیر است .

1- هسته ی ترانسفورماتور :

هسته ی ترانسفورماتور متشکل از ورقه های نازک است که سطح آن ها با توجه به قدرت ترانسفورماتور محاسبه می شود . برای کم کردن تلفات آهنی ، هسته ی ترانسفورماتور را نمی توان به طور یک پارچه ساخت . بلکه معمولا آن ها را از ورقه های نازک فلزی که نسبت به یک دیگر عایق اند ، می سازند .

این ورقه ها از آهن بدون مماسند ( ورق دیناموبلش ) با آلیاژی از سیلیسیم ( حداکثر 5/4 درصد ) که دارای قابلیت هدایت الکتریکی کم و قابلیتهدایت مغناطیسی زیاد است ساخته می شوند . در اثر زیاد شدن مقدار سیلیسیم ، ورقه های دیناموبلش شکننده  میشوند . برای عایق کردن ورقه های ترانسفورماتور ، قبلاً از یک کاغذ نازک مخصوص که در یک سمت این ورقه چسبانیده می شد ، استفاده می کردند اما امروزه بدین منظور در هنگام ساختن و نورد اینورقه ها یک لایه ی نازک اکسید ، فسفات یا سیلیکات به ضخامت 2 تا 20 میکرون به عنوان عایق در روی آن ها می مالند و با آن روی ورقه ها را می پوشانند . علاوه بر این ، از لاک مخصوص نیز برای عایق کردن یک طرف ورقه ها استفاده می شود . ورقه های ترانسفورماتور دارای یکلایه عایق هستند ؛ بنابراین ، در موقع محاسبه یسطح مقطع هسته باید سطح آهن خالص را منظور کرد . ورقه های ترانسفورماتور را به ضخامت های 35/0 و 5/0 میلی متر و در اندازه های استاندارد به شکل های مختلف می سازند .

معمولی ترین ورقه های استاندارد شده به شکل های El و M هستند . این ورقهها به صورت یک تکه ساخته شده و دور ریز آن ها زیاد است . لذا از این فرم تا استاندارد 102M ( ارتفاع 102 میلی متر ) ساخته می شود . در ضمن ، این نوع ورقه ها دارای شکاف هوایی 3/0 ، 5/0 یا 2 میلی متر هستند .  ورقه های  ترانسفورماتور به فرم El را به علت دورریز کم تر برای استانداردهای  بالا نیز درست می کنند . این ورقه ها را باید در داخل قرقره به طور متناوب از دو طرف جا زد تا بدین ترتیب فاصله ی هوایی در نتیجه ، تلفات پراکندگی کم شود . باید دقت کرد که سطح عایق شده ی ورقه های ترانسفورماتور همگی در یک جهت باشند . علاوه بر این ، تاحد امکان نباید در داخل قرقره فضای خالی بماند . لازم است ورقه ها با فشار داخل قرقره جای بگیرند تا از ارتعاش و صدا کردن آن ها نیز جلوگیری شود .

2- سیم پیچ ترانسفورماتور :

معمولا برای سیم پیچ اولیه و ثانویه ی ترانسفورماتور از هادی های مسی با عایق ( روپوش ) لاکی استفاده می کنند . این هادی ها با سطح مقطع گرد و در اندازه های استاندارد وجود دارند و با قطر مشخص می شوند . درترانسفورماتورهای پرقدرت از هادی های مسی که به صورت تسمه هستند ، استفاده می شود . ابعاد این گونه هادی ها نیز استاندارد است .

سیم پیچی ترانسفورماتور های کوچک بر روی قرقره در طبقات مختلف پیچیده می شود . در صورتی که ماکزیمم ولتاژ بین دو حلقه بیش از 25 ولت باشد  ، باید بین طبقات عایق قرار داد . بین سیم ها ی مجزا از یک دیگر – مثلاً سیم پیچی های اولیه و ثانویه – نیز حتماً باید عایق قرار گیرند . در روی آخرین لایه نیز باید نوار عایق پیچیده شود و مشخصات ترانسفورماتور بر روی این  لایه ثبت گردد . برای استفاده از حداکثر فضای قرقره ، سیم ها تا حد ممکن باید پهلوی یک دیگر پیچیده شوند و بین آنها فضای خالی نباشد . چگالی جریان که برای ترانسفورماتور های کوچک انتخاب می شود ، بین A/mm  1 تا A/mm 4 است . سر سیم پیچی ها را باید به وسیله ی روکش ها ی عایق ( وارنیش یا ماکارونی ) از سوراخ های قرقره خارج کرد تا بدین ترتیب سیم ها قطع ( خصوصاً در سیم های نازک و لایه های اول ) یا زخمی نشوند . یکطرف این روکش ها باید در داخل قرقره زیر سیم قرار گیرند و خوب محکم شوند . علاوه بر این ، بهتر است رنگ روکش ها نیز متفاوت باشد تا در ترانسفورماتورهای دارای چندین سیم پیچ ، به راحتی بتوان سر هر سیم پیچ را مشخص کرد .

بعد از اتمام سیم پیچی یا تعمیر سیم پیچ های ترانسفورماتور باید آن ها را با ولتاژهای بالاتر از ولتاژ نامی خودشان برای کنترل و کسب اطمینان از سالم بودن عایق بین بدنه و سیم پیچ اولیه ، بدنه و سیم پیچ ثانویه و هم چنین سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه آزمایش کرد جدول 1 مقدار ولتاژ آزمایش را نشان می دهد .

3- قرقره ی ترانسفور ماتور :

برای حفاظت و نگهداری از سیم پیچ ها ی ترالنسفورماتور – خصوصاً در ترانسفور ماتور های کوچک – باید از قرقره استفاده کرد .

جنس قرقره باید از مواد عایق باشد . قرقره را معمولاً از کاغذ عایق سخت ( برش مان ) ، فیبر های استخوانی یا مواد ترموپلاست می سازند . قرقره هایی که از جنس ترموپلاستیک هستند معمولاً یک تکه ساخته می شوند ولی برای ساختن قرقره های دیگر باید آن ها را در چند قطعه ساخت و سپس بر روی یک دیگر سوار کرد .

بر روی دیوارهای قرقره باید سوراخ یا شکافی ایجاد کرد تا سر سیم پیچ ها از آن ها خارج شوند . اندازه ی قرقره باید با اندازه  ی ورقه های ترانسفورماتور متناسب باشد و سیم پیچ نیز طوری بر روی آن پیچیده شود که از لبه  های قرقره مقداری پایین تر قرار گیرد تا هنگام جا زدن ورقه های ترانسفورماتور ، لایه ی رویی سیم پیچ صدمه نبیند .

اندازه ی قرقره های ترانسفورماتور نیز استاندارد شده  است اما می توان در تمام موارد با توجه به نیاز ، قرقره ی مناسب را طراحی کرد و ساخت .

محاسبه ی عملی ترانسفور ماتور ها :

برای محاسبه و طراحی ترانسفورماتور ، به یک مجموعه معلومات اولیه نیازمندیم تا با استفاده از آن ، پارامترهای مجهول را محاسبه کنیم و ترانسفورماتور به دست می آیند که برای یک ترانسفورماتور کوچک عبارتند از :

• .لتاژ اولیه U1 : ولتاژ منبع تغذیه (شبکه ) است و هدف از ساختن ترانسفورماتور ، تبدیل این ولتاژ به مقادیر کم تر یا بیش تر می باشد .
• ولتاژ ثانویه U2 : ولتاژی است که هدف ما به دست آوردن آن است و مصرف کننده با این ولتاژ کار می کند .
• جریان ثانویه I2 : جریانی است که از مصرف کننده ی مورد نظر عبور می کند .

برای مثال ، اگر بخواهیم یک مصرف کننده ی 12 ولت را که جریان دو آمپر باید از آن عبور کند به شبکه ی 220 ولت وصل کنیم ، باید از ترانسفورماتوری که در آن 220= 1U و 12=2U و A2=2I است ، استفاده کنیم .

برای ساختن و پیچیدن یک ترانسفورماتور به معلومات زیر نیاز داریم که باید محاسبه یا طراحی شوند :

• محاسبه ی سطح مقطع هسته ی ترانسفورماتور .
• تعداد دور سیم پیچ ها ی اولیه و ثانویه ی ترانسفورماتور .
• قطر سیم های لاکی برای سیم پیچ اولیه و ثانویه ی ترانسفورماتور .
• شماره ی استاندارد ورقه های ترانسفورماتور .
• ابعاد و اندازه های اجزای تشکیلف دهنده ی قرقره ی ترانسفورماتور .

اکنون به محاسبه ی عملی پارامترهای بالا می پردازیم :

 محاسبه ی سطح مقطع هسته ی ترانسفورماتور :

برای محاسبه سطح مقطع هسته ی ترانسفورماتور می توان از فرمول استفاده کرد . در این رابطه S سطح مقطع هسته بر حسب سانتی متر مربع و PS1  قدرت ظاهری اولیه ی ترانسفورماتور بر حسب ولت آمپر است . ضریب K به جنس هسته و نقطه کار ترانسفورماتور بستگی دارد و بین 8/. تا 2/1 است . برای ترانسفورماتورهای کوچک کم قدرت می توان 1=K یا 9/0=K را انتخاب کرد . بهتر است برای ترانسفورماتور های معمولی ضریب 2/1=K انتخاب شود

1PS  قدرت اولیه به قدرت ثانویه 2PS یعنی قدرت مورد نیاز بار بستگی دارد . در ترانسفورماتور های ایده آل 2P = 1P است اما در ترانسفورماتور های واقعی ، به علت تلفات کلی ترانسفورماتور همیشه 2PS    1PS وبازده (راندمان ) از یک کم تر است . معمولا قدرت ظاهری ترانسفورماتور بر حسب ولت آمپر (VA ) برای طرف  ثانویه مشخص می شود و می توان آن را از ضرب ولتاژ ثانویه در جریان ثانویه ( {VA } 2I × 2U = 2PS ) به دست می آورد .

قدرت اولیه را می توان با در نظر گرفتن بازده 95/0           75/0 از رابطه               = 1PS  حساب کرد . مقدار ضریب بهره      برای ترانسفورماتور ها از قدرت 25 تا 3500 ولت آمپر حدود 8/0 تا 9/0 انتخاب  می شود . برای ایجاد سطح مقطع S باید ورقه های ترانسفورماتور را در داخل قرقره پهلوی یک دیگر قرار داد . واضح است که به علت وجود لایه های نازک عایق در روی ورقه ها ، باید سطح مقطع بیش تری نسبت به سطح مقطع خالص در نظر گرفت .

به طوری که با کم شدن سطح اشغال شده توسط عایق های روی ورقه ، باقی مانده برابر با سطح آهن خالص باشد .

برای پیدا کردن مجموع آهن و عایق مورد نیاز SFe می توان از فرمول زیر که در آن             93/0 ......85/0 =KFe است ، استفاده کرد ؛ بنابراین

یعنی ، باید قرقره دارای سطح SFe برای جا زدن ورقه های ترانس باشد تا سطح آهن خالص برابر SFe شود . در محاسبه ی معمولی می توان مقدار KFe را برابر با 9/0 انتخاب کرد .

محاسبه ی تعداد دور اولیه و ثانویه ی ترانسفورماتور :

برای تعیین تعداد دور سیم پیچ اولیه و ثانویه ی یک ترالنسفورماتور می توان از روابط اصلی زیر استفاده کرد .

در این رابطه :

1U ولتاژ اولیه بر حسب ولت .

2U ولتاژ ثانویه بر حسب ولت .

1N تعداد دور اولیه .

2N تعداد دورز ثانویه .

BMax اندوکسیون بر حسب تسلا ( T ) .

SFe سطح مقطع آهن خالص بر حسب متر مربع ( m) .

Fفرکانس بر حسب هرتس (Hz ) است .

اگر اندوکسیون بر حسب گوس ( G) و سطح مقطع آهن خالص بر حسب سانتی متر مربع باشد ، چون G 10= T 1 و cm 10 =m 1 است ، بنابراین می توان از روابط زیر استفاده کرد :

برای محاسبه ی تعداد دورها ، بهتر است ابتدا تعداد دوری را که برای یک ولت نیروی محرکه لازم است به دست آوریم و از روی تعداد آن تعداد دورهای 1N و 2N را حساب کنیم . بدین منظور ، با قرار دادن {V } 1=U در رابطه ی قبلی می توان دور بر ولت را حساب کرد .

مقدار عددی اندوکسیون مغناطیسی BMax نیز به شدت میدان مغناطیسی و جنس ورقه ی ترانسفورماتور و آلیاژ آن ها بستگی دارد . برزای محاسبه ی ترانسفورماتور هایی که در آن ها از ورقه های معمولی ترانسفورماتور استفاده می شود ، می توان G 12000 =BMax را قرار داد .

برای فرکانس Hz 50 و G 12000 =BMax می توان رابطه ی دور بر ولت را به صورت ساده ی زیر خلاصه کرد .

مقدار دور بر ولت تابعی از سطح مقطع خالص هسته است . اگر افت ولتاژ ایجاد شده توسط مقاومت های اهمی و القایی سیم پیچ اولیه و ثانویه را منظور نکنیم ، می توانیم تعداد دور اولیه و ثانویه را از روابط زیر به دست آوریم :

1U ×n = 1N

2U ×n = 2N

 چون سیم پیچ های ترانسفورماتور دارای مقاومت هستند ، در اثر عبور جریان در هر یک از آن ها افت ولتاژی  متناسب با مقدار جریان به وجود می آید که باعث کاهش نیروی محرکه ی  القایی در اولیه ( ) و کاهش ولتاژ  در ثانویه ی ترانسفورماتور ـ  یعنی دو سر مصرف کننده (U2 < E2  )  می شود . چون ترانسفورماتور را بر مبنای ولتاژ شبکه و ولتاژ مصرف کننده طراحی می کنیم و می سازیم باید سعی شود ولتاژ خروجی در حالتی که جریان نامی از بار می گذرد ، درست به اندازه ی ولتاژ مورد نیاز مصرف کننده باشد . بنابراین ، لازم  است تعداد دور سیم پیچ اولیه و ثانویه را چنان انتخاب کنیم که  ولتاژ ثانویه ی ترانسفورماتور در حالت بی باری ، مقداری بیش تر از ولتاژ   مورد نیاز بار باشد . در این صورت ، هنگام وصل به بار ، ولتاژ خروجی برابر ولتاژ مورد نیاز مصرف کننده خواهد شد .

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید