پاورپوینت مطالعه جنس هسته و تاثیر آن روی تلفات ترانسفورماتور

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

بسم الله الرحمن الرحیم

موضوع :

مطالعه جنس هسته و تاثیر آن روی تلفات ترانسفورماتور

اسلاید 2 :

ترانسفورماتور به چند ین بخش اساسی تقسیم می شود که در اینجا فقط به بررسی هسته ترانسفورماتورهای مختلف اشاره می کنیم .

مباحثی که مورد بررسی قرار گرفته اند :
1- نقش هسته در ترانسفورماتور
2- خصوصیات هسته ایده ال
3- خصوصیات هسته واقعی
4- نحوه انتخاب جنس هسته
5- ضرایب یا پارامترهای هسته
6- نحوه انتخاب ابعاد هسته و شکل ظاهری
7- نحوه قرار گرفتن هسته در ترانسفورماتور
8- شکل های هسته
9- تلفات موجود در هسته
10- بررسی انواع تلفات در هسته
11- نحوه ی از بین بردن یا کاهش دادن تلفات هسته
12- نحوه محاسبه تلفات هسته

هسته ترانسفورماتور

اسلاید 3 :

1- نقش هسته در ترانسفورماتور
اساسا هسته در ترانسفورماتور چندین نقش اساسی و مهم را ایفا می کند :

هسته ترانسفورماتور در حقیقت مسیری است که کمک می نماید تا فوران های مغناطیسی بتواند به راحتی از هر دو سیم پیچ عبور کند .

1- سیم پیچ های ترانسفورماتور روی هسته قرار می گیرند .

2- امکان ایجاد چگالی شار مغناطیسی و چگالی انرژی را برای ترانسفورماتور فراهم می سازد .

3- به شار مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ ها جهت و به توزیع ان شکلی دلخواه می دهد .

اسلاید 4 :

هسته های ترانسفورماتور روی اصول و قواعد منظمی از کنار هم گذاشتن ورق های فلزی ساخته می شود.
مقاطع ورق های استفاده شده بصورت های زیر تهیه می شود:
1- مقاطع M
2- مقاطع EI
3- مقاطع UI
4- مقاطع L

اسلاید 5 :

بخاطر اینکه فاصله هوایی و همچنین تلفات حتی الامکان کوچک باشد ورقه ها را متناوبا لایه گذاری می نمایند . ورق ها را با روکش عایق از یکدیگر مجزا نموده و با پیچ انها را به یکدیگر می بندند . بدین ترتیب از به وجود امدن اتصال مغناطیسی جلوگیری می شود .
استفاده کننده بر حسب کاربرد ترانسفورماتور ، مقطع و اندازه ساختمانی مورد نیازش را می تواند انتخاب کند .
در تمام ترانسفورماتورها هسته از صفحه یا ورقه های فولادی که روی هم چیده می شوند تشکیل می شود که تا یک مسیر مداوم مغناطیسی با حداقل فاصله هوایی مهیا شود . ورقه های مغناطیسی از فولاد الیاژ شده با سیلیکون یا سیلیس خوب ساخته
می شوند . الیاژ فولاد سیلیکون دارای هزینه کم و تلفات کم هسته و ضریب نفوذ پذیری زیاد و چگالی شار زیاد است . این ورقه ها را جهت غلبه بر تلفات حاصل از جریان های گردابی فوکو و هیسترزیس با پوشش نازکی از کاغذ یا از لعاب یا یک قشر اکسید روی سطحشان را از هم عایق می کنند . ضخامت ورقه های هسته از 0.35 میلی متر برای 50 هرتز تا 0.5 میلی متر برای فرکانس 25 هرتز تغییر می کند .

اسلاید 6 :

روش های محاسبات هسته ترانسفورماتور
1- مقاطع = EI

این مدار را اصطلاحا مدار مغناطیسی جداری می نامند .غالبا مقطع هسته ی مرکزی دو برابر هر یک از هسته های طرفین است . در ترانسفورماتور با هسته ی جداری سیم پیچ های اولیه و ثانویه روی هسته ی مرکزی پیچیده می شود

اسلاید 7 :

2- مقاطع UI

مدار مغناطیسی با شکل مربع مستطیل که شامل دو هسته است و به نام مدار مغناطیسی هسته ای نامیده می شود . مقطع سیم پیچ برای هر یک از دو شکل مدار مغناطیسی گفته شده مربع کامل یا مربع مستطیل است . سیم پیچ های اولیه و ثانویه را روی بدنه ای می پیچند که ان را قالب می نامند .
قالب دارای یک بدنه و دو گونه ی چپ و راست است که در داخل قالب هسته مغناطیسی قرار می گیرد . سیم پیچ های اولیه و ثانویه به وسیله شارلاک و کاغذ پرشمان از یکدیگر عایق هستند .
در حالتی که مدار مغناطیسی شامل دو هسته است هر یک از سیم پیچ ها را روی یک هسته و یا نصفی از هر سیم پیچ را روی یک هسته و نصف دیگر انها را روی هسته دیگر می پیچند .

اسلاید 8 :

مقطع این بوبین ها نیز به شکل مربع یا مربع مستطیل است . برای جلوگیری از پراکندگی خطوط نیروی مغناطیسی و در نتیجه پیشگیری از افت فشار الکتریکی باید سیم پیچ ثانویه را نزدیک سیم پیچ اولیه پیچید .

اسلاید 9 :

3- مقاطع L

در صورتی که ورق هسته به شکل L باشد سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور روی یک بازو و سیم پیچ ثانویه روی بازوی دیگر قرار می گیرد . طرز قرار گرفتن ورق ها و تشکیل هسته به ترتیب زیر است:
ابتدا سیم پیچ های اولیه و ثانویه را به صورت جداگانه روی قالب می پیچند تا بوبین های اولیه و ثانویه تشکیل شوند و سپس ورق های L شکل را در داخل دو بوبین قرار می دهند . در مرحله بعد ورق ها را عکس حالت اول در داخل بوبین ها می گذارند در اینجا نیز سعی بر این است که از فاصله هوایی بین ورق ها جلوگیری شود .

اسلاید 10 :

3- مقاطع EE =

ورق نوع EE مانند ورق نوع EI در داخل قرقره بوبین قرار می گیرد . این ورق ها دارای دو E یکی E کامل و دیگری E ناقص است . ( پایه های E ناقص کوتاه است . )
بوبین های اولیه و ثانویه روی هسته ی وسط پیچیده می شوند .
محاسبات این مدل هسته نیز مانند هسته مدل EI است.

اسلاید 11 :

1- مقاطع M

این ورق یک پارچه است . و سیم پیچ ها بطور متحدالمحور روی هسته ی میانی پیچیده می شوند .

اسلاید 12 :

محاسبه ترانسفورماتور :

اولین قدم در محاسبه ترانسفورماتور شناخت سطح مقطع هسته بر حسب سانتیمتر مربع در حالات زیر است :

الف : مدار مغناطیسی جداری EI

ب : مدار مغناطیسی هسته ای UI

اسلاید 13 :

مشخصات اساسی ترانسفورماتور :

برای محاسبات ترانسفورماتور داشتن اطلاعات زیر ضروری است :
1- اختلاف سطح دو سر اولیه ترانسفورماتور یا اختلاف سطح شبکه ی توزیع که با علامت اختصاری نشان داده می شود .
2- اختلاف سطح دو سر ثانویه ترانسفورماتور در بار کامل که با علامت اختصاری مشخص می شود .
3- توان مفید در دو سر ثانویه ترانسفورماتور که با علامت اختصاری نشان داده می شود .
4- فرکانس شبکه توزیع که با حرف نشان می دهند .

اسلاید 14 :

روش محاسبه فرمول سطح مقطع در ترانسفورماتور :

1- برای تعیین سطح مقطع از فرمول زیر استفاده می شود :

رابطه شماره ( 1 )

2- توان ظاهری اولیه ترانسفورماتور با هسته مرکزی جداری از رابطه زیر بدست می اید :

رابطه شماره ( 2 )

3- در رابطه شماره ( 2 ) بجای طرف دوم رابطه شماره ( 1 ) را قرار می دهیم نتیجه می شود :

رابطه شماره ( 3 )

اسلاید 15 :

4- در رابطه شماره ( 3 ) می توان بجای مقدار مساوی ان یعنی را قرار داد :

رابطه شماره ( 4 )

5- صورت و مخرج رابطه شماره ( 4 ) را در ضرب می کنیم :

رابطه شماره ( 5 )

6- سطح مقطع اهن را می توان از رابطه ( 5 ) به دست اورد :

رابطه شماره ( 6 )

7- مقدار داخل کروشه را با نشان می دهند :

رابطه شماره ( 7 )

اسلاید 16 :

بنابراین داریم :

رابطه شماره ( 7 )

8- چنانچه از تلفات توان صرفه نظر شود و منظور شود و باشد فرمول سطح مقطع اهن به صورت زیر می شود :

رابطه شماره ( 8 )

اسلاید 17 :

ضریب =

برای ترانسفورماتور جداری مقدار برابر عدد 7 و برای ترانسفورماتورهای هسته ای مقدار برابر عدد 5 است .اگر در نظر گرفته شود مقدار :

الف : برای ترانسفورماتور جداری :

ب : برای ترانسفورماتور هسته ای :

بالاخره فرمول محاسبه سطح مقطع اهن عبارت خواهد بود از :

الف : برای ترانسفورماتور جداری :

ب : برای ترانسفورماتور هسته ای :

اسلاید 18 :

توان ظاهری ثانویه به ازای یک هسته ( ترانسفورماتور جداری ) است . بنابراین هنگامی که ترانسفورماتور دارای دو هسته ( ترانسفورماتور هسته ای ) است ،چون سیم پیچ روی هر دو هسته پیچیده می شود ، برای تعیین سطح مقطع هر هسته در فرمول محاسبه سطح مقطع ، نصف توان ظاهری ثانویه منظور می گردد . یعنی فرمول به صورت زیر در می اید :

جدول صفحه بعد سطح مقطع را برای ترانسفورماتورهای جداری و هسته ای با توانی بین 2 تا 1200 ولت امپر در ثانویه نشان می دهد . این ترانسفورماتورها با این سطح مقطع عملا برای کار ساخته شده اند .
تذکر : برای مقدار می توان مقادیر 20% تا 30% بالاتر را منظور داشت که در اینصورت برای ترانسفورماتورهای جداری این مقدار 1.18 تا 1.27 می شود .

اسلاید 19 :

جدول شماره1- مقطع ترانسفورماتورهای جداری و هسته ای برای توان ظاهری ثانویه بین 2 تا 1200ولت امپر
هسته ای
جداری

اسلاید 20 :

با توجه به جدول اسلاید قبل ، برای یک مقدار معین توان مفید در ثانویه ، سطح مقطع هسته مرکزی ترانسفورماتور تا حدودی بزرگ به دست می اید . این امر سبب بزرگ شدن بوبین ها می شود که در نتیجه افزایش سطح تبادل حرارتی به همراه دارد . بنابراین ترانسفورماتور کمتر گرم می شود . البته وزن ورق ها و مس بکار رفته شده نیز بسیار مهم است وباعث افزایش وزن ترانسفورماتور شده و ترانسفورماتور گران تمام می شود .

برعکس اگر ساخت ترانسفورماتور بر این اساس باشد که به طور متناوب کار کند ، می توان ضریب k را تا حد 0.7 یا 0.6 پایین اورد . در این صورت سطح مقطع هسته مرکزی کوچک می شود . بوبین ها سطح تبادل حرارتی کمتری را ارائه می دهند و حرارت تولید شده در کار تناوبی ترانسفورماتور قابل قبول است . بدیهی است که این حرارت در کار دائم برای ترانسفورماتور قابل تحمل نخواهد بود . چنانچه دیده می شود ، برای همان مقدار توان مفید در ثانویه وزن ترانسفورماتور سبک و به بهای ارزان تمام می شود .