آموزش الکترونیکالکترونیک

ترانسفورماتور قدرت چیست و چگونه کار می کند؟

در برخی از مقالات قبلی ما در مورد اصول ترانسفورماتور و انواع مختلف آن بحث کرده ایم. یکی از ترانسفورماتور های مهم و رایج ترانسفورماتور قدرت است. برای افزایش و پائین آوردن ولتاژ به ترتیب در ایستگاه تولید برق و ایستگاه توزیع (یا پست) بسیار رایج است.

پیشنهاد میشود قبل از خواندن این مطلب، مقاله ترانسفورماتور چیست؟ را بخوانید.

به عنوان مثال، نمودار بلوکی نشان داده شده در بالا را در نظر بگیرید. در اینجا ترانسفورماتور قدرت دو بار مورد استفاده قرار می گیرد در حالی که نیرو را به مصرف کننده ای که از ایستگاه تولید برق دور است می رساند.

اولین بار در ایستگاه تولید نیرو است تا ولتاژ تولید شده توسط ژنراتور باد را افزایش دهد.

دوم در ایستگاه توزیع (یا پست) برای پایین آوردن ولتاژ دریافت شده در انتهای خط انتقال است.

برای یادگیری کامل آردوینو ، روی دوره آموزش آردوینو و برای یادگیری کامل الکترونیک، روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

افت نیرو در خطوط انتقال برق

دلایل زیادی برای استفاده از ترانسفورماتور قدرت در سیستم های برق وجود دارد. اما یکی از مهمترین و ساده ترین دلایل استفاده از ترانسفورماتور قدرت کاهش از بین رفتن نیرو در هنگام انتقال برق است.

حال بیایید ببینیم که چگونه با استفاده از ترانسفورماتور قدرت ، از دست رفتن برق به میزان قابل توجهی کاهش می یابد

ابتدا معادله افت توان را بدانید :

P = I * I * R

در اینجا I = جریان از طریق رسانا و R = مقاومت رسانا

بنابراین، افت توان مستقیماً با مربع جریان جاری از طریق رسانا یا خط انتقال متناسب است. بنابراین مقدار جریان عبوری از رسانا را کاهش دهید و اتلاف انرژی را کاهش دهید.

در ادامه نحوه استفاده ما از این نظریه توضیح داده شده است :

  • ولتاژ اولیه = 100 ولت و کشش بار = 5A  و برق تحویل داده شده = 500 وات فرض کنید. سپس خطوط انتقال باید جریانی به بزرگی 5A را از منبع به بار دیگر منتقل کنند. اما اگر ولتاژ را در مرحله اولیه به 1000 ولت افزایش دهیم، خطوط انتقال فقط باید 0.5 آمپر را حمل کنند تا همان قدرت 500 وات را تحویل دهند.
  • بنابراین، در شروع خط انتقال ولتاژ را با استفاده از یک ترانسفورماتور قدرت افزایش می دهیم و از ترانسفورماتور قدرت دیگری برای پایین آوردن ولتاژ در انتهای خط انتقال استفاده می کنیم.
  • با این تنظیم، مقدار جریان جاری از طریق خط انتقال 100 کیلومتر به طور قابل توجهی کاهش می یابد و در نتیجه باعث کاهش اتلاف انرژی در هنگام انتقال می شود.

تفاوت ترانسفورماتور قدرت و توزیع

  • ترانسفورماتور قدرت معمولاً در حالت کامل بار کار می کند زیرا برای داشتن بازده بالا در 100 ٪ بار طراحی شده است. از طرف دیگر، ترانسفورماتور توزیع هنگامی که بار بین 50 تا 70 درصد باقی بماند، کارایی بالایی دارد. بنابراین، ترانسفورماتورهای توزیع برای کار با 100 % بار به طور مداوم مناسب نیستند.
  • از آنجا که ترانسفورماتور نیرو در هنگام بالا رفتن و پایین آمدن منجر به ولتاژ بالایی می شود، سیم پیچ ها در مقایسه با ترانسفورماتورهای توزیع و ترانسفورماتورهای دستگاه دارای عایق بندی بالایی هستند.
  • از آنجا که آنها از عایق سطح بالایی استفاده می کنند، اندازه آنها بسیار حجیم است و همچنین بسیار سنگین هستند.
  • از آنجا که ترانسفورماتورهای نیرو معمولاً مستقیماً به خانه ها متصل نیستند، نوسانات بار کمتری را تجربه می کنند، در حالی که از طرف دیگر ترانسفورماتورهای توزیع دارای نوسانات بار سنگینی هستند.
  • اینها به طور کامل 24 ساعت در روز بارگیری می شوند، بنابراین اتلاف مس و آهن در طول روز اتفاق می افتد و آن ها در کل مدت کاملاً مشابه باقی می مانند.
  • چگالی شار در ترانسفورماتور قدرت از ترانسفورماتور توزیع بیشتر است.
مطلب پیشنهادی:  ترانسفورماتور صوتی چیست و چگونه کار میکند؟

اصل کار ترانسفورماتور قدرت

ترانسفورماتور قدرت بر اساس “قانون القای الکترومغناطیسی فارادی” کار می کند. این قانون اساسی الکترومغناطیس است که اصل کار انداکتور ها، موتور ها، ژنراتور ها و ترانسفورماتور های الکتریکی را توضیح می دهد.

این قانون می گوید: “هنگامی که یک حلقه بسته یا رسانا کوتاه شده به یک میدان مغناطیسی متفاوت نزدیک می شود، جریان جاری ای در آن حلقه بسته تولید می شود”

اصل کار ترانسفورماتور قدرت

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید

برای درک بهتر قانون، اجازه دهید با جزئیات بیشتری در مورد آن بحث کنیم. ابتدا، بیایید یک موقعیت را در زیر بررسی کنیم.

  • سپس رسانا با استفاده از یک سیم همانطور که در شکل نشان داده شده است، در هر دو سر کوتاه می شود.
  • در این حالت، هیچ جریانی در رسانا یا حلقه وجود نخواهد داشت زیرا میدان مغناطیسی برش حلقه ثابت است و همانطور که در قانون ذکر شده است، فقط یک میدان مغناطیسی متغیر می تواند جریان را در حلقه ایجاد کند.
  • بنابراین در حالت اول میدان مغناطیسی ساکن، جریان صفر در حلقه رسانا وجود خواهد داشت.

حال بررسی کنید که آهنربا مانند یک آونگ به عقب و جلو حرکت می کند، میدان مغناطیسی حلقه را مدام تغییر می دهد. از آنجا که در این حالت میدان مغناطیسی متفاوتی وجود دارد، قوانین فارادی به اجرا در می آیند و از این رو می توان جریان جاری را در حلقه رسانا مشاهده کرد.

نحوه کار ترانسفورماتور قدرت

همانطور که در شکل می بینید، پس از حرکت آهنربا به جلو و عقب، ما می توانیم یک جریان “I” را که سراسر رسانا و حلقه بسته جریان دارد، ببینیم.

اکنون اجازه دهید باتری دائمی را حذف کنیم تا با منابع مختلف میدان مغناطیسی مانند زیر جایگزین شود.

EMF در ترانسفورماتور های قدرت

  • اکنون یک منبع ولتاژ متناوب و یک رسانا برای تولید یک میدان مغناطیسی متفاوت استفاده می شود.
  • بعد از اینکه حلقه رسانا به محدوده میدان مغناطیسی نزدیک شد، آنگاه می توانیم EMF تولید شده در سراسر رسانا را ببینیم. به دلیل این EMF القایی، ما یک جریان “I” خواهیم داشت.
  • مقدار ولتاژ القایی متناسب با قدرت میدانی است که حلقه دوم تجربه می کند، بنابراین هرچه قدرت میدان مغناطیسی بیشتر باشد، جریان جاری در حلقه بسته بیشتر است.

اگرچه می توان از یک رسانای منفرد برای درک قانون فارادی استفاده کرد. اما برای عملکرد عملی بهتر استفاده از سیم پیچ در هر دو طرف ترجیح داده می شود.

ترانسفورماتور قدرت در دو طرف سیم پیچ

در اینجا، یک جریان متناوب از طریق سیم پیچ اولیه جریان دارد که میدان مغناطیسی متفاوتی را در اطراف سیم پیچ های رسانا ایجاد می کند. و هنگامی که سیم پیچ 2 در محدوده میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ 1 قرار می گیرد، به دلیل قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، یک ولتاژ EMF در سراسر سیم پیچ 2 ایجاد می شود و به دلیل آن ولتاژ، در سیم پیچ 2 جریان “I” از مدار بسته ثانویه عبور می کند.

اکنون باید به یاد داشته باشید که هر دو سیم پیچ در هوا معلق هستند بنابراین محیط هدایت مورد استفاده میدان مغناطیسی هوا است. هوا در مقایسه با فلزات در مورد هدایت میدان مغناطیسی مقاومت بالاتری دارد، بنابراین اگر از یک هسته فلزی یا فریتی استفاده کنیم تا به عنوان یک واسطه برای میدان الکترومغناطیسی عمل کند، می توانیم القای الکترومغناطیسی را با دقت بیشتری تجربه کنیم.

مطلب پیشنهادی:  رله چیست؟ آشنایی با کاربرد و انواع رله الکترونیکی

بنابراین اکنون اجازه دهید تا بستر آهن را برای درک بیشتر جایگزین هوا کنیم.

ترانسفورماتور

همانطور که در شکل نشان داده شده است، ما می توانیم از هسته آهن یا فریت برای کاهش اتلاف شار مغناطیسی در هنگام انتقال نیرو از یک سیم پیچ به سیم پیچ دیگر استفاده کنیم. در این مدت شار مغناطیسی نشت شده در جو به طور قابل ملاحظه ای کمتر از زمانی است که ما از بستر هوا به عنوان هسته یک رسانای بسیار خوب میدان مغناطیسی استفاده می کنیم.

هنگامی که این میدان توسط سیم پیچ1 تولید می شود، از طریق هسته آهن به سیم پیچ 2 می رسد و به دلیل قانون فارادی سیم پیچ 2 یک EMF تولید می کند که توسط گالوانومتر متصل به سیم پیچ 2 خوانده می شود.

اگر با دقت مشاهده کنید تنظیماتd مشابه ترانسفورماتور تک فاز را پیدا خواهید کرد و بله، هر ترانسفورماتور فعلی بر اساس همان اصل کار می کند.

حال بیایید ساختار ساده ترانسفورماتور سه فاز را بررسی کنیم.

ترانسفورماتور سه فاز

ترانسفورماتور سه فاز

  • اسکلت ترانسفورماتور با قرار دادن ورق های فلزی چند لایه که برای حمل شار مغناطیسی استفاده می شود، طراحی شده است. در نمودار، می توانید اسکلت را به رنگ خاکستری ببینید. اسکلت دارای سه ستون است که سیم پیچ های سه فاز روی آن ها پیچیده می شود.
  • سیم پیچ ولتاژ پایین ابتدا پیچیده می شود و به هسته نزدیک می شود در حالی که سیم پیچ ولتاژ بالاتر در بالای سیم پیچ ولتاژ پایین پیچیده می شود. به یاد داشته باشید، هر دو سیم پیچ با یک لایه عایق از هم جدا می شوند.
  • در اینجا هر ستون یک فاز را نشان می دهد، بنابراین برای سه ستون، سیم پیچ سه فاز داریم.
  • این مجموعه کامل از اسکلت و سیم پیچ در یک مخزن مهر و موم شده پر از روغن صنعتی برای رسانایی بهتر گرما و عایق بندی قرار دارد.
  • پس از سیم پیچ، ترمینال های انتهایی هر شش سیم پیچ از طریق یک عایق HV از مخزن مهر و موم شده خارج شدند.
  • ترمینال ها با فاصله کافی از یکدیگر ثابت می شوند تا از پرش جرقه جلوگیری کنند.

ویژگی های ترانسفورماتور قدرت

قدرت مجاز 3 MVA  تا 200 MVA
ولتاژ معمولی اولیه 11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV
ولتاژ معمولی ثانویه 3.3, 6.6, 11, 33, 66, 132 کیلو ولت یا مقدار خاص
فازها ترانسفورماتور های تک فاز یا سه فاز
بسامد مجاز 50  یا  60 Hz
انشعاب دادن تپ چنجر زیر بار یا خارج از بار
افزایش دما 60/65C  یا  مشخصات سفارشی
انواع خنک کننده ONAN (روغن طبیعی هوای طبیعی) یا سایر انواع خنک کننده مانند KNAN (max 33kV) بنا به درخواست
رادیاتور ها مخازن نصب شده پنل های رادیاتور خنک کننده
گروه های برداری Dyn11  یا سایر گروه های برداری مثل  IEC 60076
تثبیت ولتاژ از طریق چنجر تپ روی بار (با رله AVR به صورت استاندارد)
ترمینال های HV& LV   نوع جعبه کابل هوا (حداکثر 33 کیلوولت) یا بوش های باز
تاسیسات داخلی یا خارجی
سطح صدا مطابق  ENATS 35  یا  NEMA TR1

کاربرد های ترانسفورماتور قدرت

  • ترانسفورماتور قدرت عمدتا در تولید نیرو و در ایستگاه های توزیع استفاده می شود.
  • همچنین در ترانسفورماتورهای عایق، ترانسفورماتورهای زمینی، ترانسفورماتور یکسو کننده شش پالس و دوازده پالس، ترانسفورماتورهای خورشیدی PV، ترانسفورماتورهای نیروگاه بادی و در استارت ترانسفورماتور Korndörfer استفاده می شود.
  • برای کاهش اتلاف نیرو در هنگام انتقال نیروی الکتریکی استفاده می شود.
  • برای افزایش ولتاژ بالا  و کاهش ولتاژ بالا استفاده می شود.
  • این در مواردی که مصرف کننده دور است ترجیح داده می شود.
  • و در مواردی که بار با ظرفیت کامل 247 x  اجرا می شود، ترجیح داده می شود.
مطلب پیشنهادی:  باتری سربی اسیدی چیست؟ (نحوه کار، ساخت، شارژ و تخلیه)

بعد از خواندن این مطلب پیشنهاد میکنم انواع ترانسفورماتور را بخوانید.

میخواهید برنامه نویسی STM32 را یاد بگیرید؟

دوره آموزش STM32

میخواهید الکترونیک را یاد بگیرید؟

دوره آموزش الکترونیک
دوره آموزش آردوینو

میخواهید آردوینو را به صورت پروژه محور یاد بگیرید؟ برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید

برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام آیرنکس عضو شوید.

محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *