ترانسفورماتورهای قدرت چگونه کار می کنند؟
ترانسفورماتورهای قدرت انرژی الکتریکی را از طریق یک میدان مغناطیسی در حال تغییر انتقال می دهند. ولتاژ متناوب اعمال شده به یک سیم پیچ، شار مغناطیسی متناوب ایجاد می کند، که ولتاژ را در سیم پیچ دیگری که توسط آن شار متصل است، القا می کند. هنگامی که یک بار وصل می شود، جریان در مدار خروجی جریان می یابد و ترانسفورماتور توان ورودی مربوطه را همراه با تلفات خود می گیرد.
رابطه چرخش سیم پیچ نسبت ولتاژ پایه را تعیین می کند. انرژی اضافی ایجاد نمی کند. این توضیح از یک ترانسفورماتور AC معمولی و دو سیم پیچ به عنوان نقطه شروع استفاده می کند. طرح‌های عملی عایق، خنک‌کننده و سایر ویژگی‌ها را اضافه می‌کنند تا این فرآیند در محدوده‌های الکتریکی و حرارتی تجهیزات حفظ شود.
چگونه ولتاژ متناوب شار مغناطیسی ایجاد می کند
سیم پیچ متصل به منبع را سیم پیچ اولیه می نامند. هنگامی که ولتاژ AC اعمال می شود، شار مغناطیسی به طور مداوم تغییر می کند. در یک ترانسفورماتور معمولی، هسته مغناطیسی مسیری را فراهم می کند که سیم پیچ ها را به هم متصل می کند و از جفت الکترومغناطیسی آنها پشتیبانی می کند.
توالی به عنوان یک فرآیند ساده تر قابل درک است: ولتاژ AC به سیم پیچ های اولیه، شار متناوب اعمال می شود و ولتاژ در ثانویه القا می شود. اینها اثرات الکترومغناطیسی متصل هستند، نه اعمال مکانیکی مجزا. هیچ ژنراتور چرخشی در داخل یک ترانسفورماتور قدرت معمولی وجود ندارد.
نقش هسته مغناطیسی است. سیمی نیست که جریان اولیه را به مدار ثانویه منتقل کند. در یک ترانسفورماتور معمولی با سیم پیچ جداگانه، انرژی از طریق کوپلینگ مغناطیسی منتقل می شود در حالی که سیستم عایق جداسازی طراحی شده بین مدارها را فراهم می کند.
چگونه ولتاژ در سیم پیچ دیگر القا می شود
سیم پیچی که با تغییر شار مغناطیسی متصل می شود، ولتاژ القایی ایجاد می کند. بنابراین سیم پیچ ثانویه در پایانه های خود ولتاژ دارد حتی قبل از اینکه بار خارجی از آن جریان بگیرد. اتصال یک بار مناسب یک مدار خروجی را تکمیل می کند و به ترانسفورماتور اجازه می دهد تا برق آن بار را تامین کند.
این تمایز ولتاژ را از توان تحویلی جدا می کند. یک ثانویه پرانرژی بدون بار متصل می‌تواند بدون ارائه توان بار مفید ولتاژ داشته باشد. صرفاً به این دلیل که هیچ وسیله یا مداری جریانی را نمی کشد، نباید آن را ایمن تلقی کرد.
"اولیه" و "ثانویه" نقش های ورودی و خروجی را در توضیح مشخص می کنند. آنها به طور خودکار به معنای ولتاژ بالا و ولتاژ پایین نیستند. در یک برنامه افزایش، سیم پیچ ورودی با ولتاژ پایین تر عمل می کند. در یک برنامه کاهنده، در ولتاژ بالاتر کار می کند.
چگونه نسبت چرخش ولتاژ را تغییر می دهد
در مدل ایده آل دو سیم پیچ، نسبت ولتاژ سیم پیچ از نسبت پیچ پیروی می کند:
V2 / V1 = ن2 / ن1
V1 و V2 ولتاژ سیم پیچ اولیه و ثانویه هستند. ن1 و N2 تعداد نوبت های مربوطه است. چرخش های ثانویه بیشتر ولتاژ ثانویه بالاتری می دهد. پیچ های ثانویه کمتر ولتاژ کمتری می دهد.
برای یک ترانسفورماتور ایده‌آل صرفاً تصویری، نسبت چرخش اولیه به ثانویه 2:1 200 ولت در سراسر سیم‌پیچ اولیه را به 100 ولت در سراسر سیم‌پیچ ثانویه کاهش می‌دهد. این یک نمونه آموزشی است، نه یک رتبه بندی محصول JSGK یا یک توصیه طراحی.
عملیات مرحله به بالا و پایین آمدن
| رابطه | نتیجه ولتاژ | معنی |
|---|---|---|
| چرخش های ثانویه بیشتر از پیچ های اولیه | ولتاژ سیم پیچ ثانویه بالاتر | عملیات پله‌آپ |
| چرخش های ثانویه کمتر از پیچ های اولیه | ولتاژ سیم پیچ ثانویه پایین تر | عملیات گام به پایین |
| چرخش مساوی | ولتاژهای سیم پیچ ایده آل برابر | بدون تغییر ولتاژ اسمی در این مدل ساده شده |
ولتاژهای ترمینال واقعی تحت تأثیر امپدانس، بارگذاری و شرایط عملیاتی قرار می گیرند. برای یک ترانسفورماتور سه فاز، رابطه بین ولتاژ سیم پیچ و ولتاژ خط نیز به اتصالات سیم پیچ بستگی دارد. فرمول سیم پیچ تک فاز را مستقیماً روی رتبه بندی خط به خط بدون بررسی آرایش اتصال اعمال نکنید.
وقتی یک بار وصل می شود چه چیزی تغییر می کند؟
هنگامی که ثانویه یک بار را تامین می کند، جریان ثانویه یک اثر مغناطیسی ایجاد می کند که با یک جزء اضافی از جریان اولیه مخالف است. ترانسفورماتور جریان ورودی بیشتری را در صورت نیاز برای تامین بار، با توجه به درجه بندی ها و شرایط عملیاتی آن، می کشد.
بار تعیین می کند که چه مقدار جریان درخواست می شود. رتبه پلاک ترانسفورماتور یک محدودیت در شرایط مشخص است، نه جریانی که به هر مدار متصل وارد می کند. یک ترانسفورماتور با بار سبک به طور مداوم خروجی نامی کامل خود را ارائه نمی دهد.
| وضعیت | سمت ثانویه | سمت اولیه |
|---|---|---|
| دارای انرژی بدون بار خارجی | ممکن است ولتاژ وجود داشته باشد، بدون جریان بار خارجی | جریان تحریک و تلفات واقعی بدون بار باقی می مانند |
| تامین یک بار | جریان بار با توجه به مدار متصل جریان می یابد | جریان ورودی شامل تقاضای مورد نیاز برای تامین بار است |
چرا ولتاژ بالاتر برق اضافی ایجاد نمی کند؟
در یک ترانسفورماتور ایده آل، تعادل قدرت ورودی و خروجی. افزایش ولتاژ مربوط به جریان کمتری برای همان توان انتقال یافته و شرایط ضریب توان قابل مقایسه است. توان خروجی واقعی کمتر از توان ورودی است زیرا ترانسفورماتورهای واقعی تلفات دارند.
ظرفیت ترانسفورماتور معمولاً بر حسب kVA یا MVA بیان می شود که توان ظاهری را توصیف می کند. این مقادیر نباید بدون در نظر گرفتن ضریب توان با کیلووات یا مگاوات یکسان در نظر گرفته شوند. یک نسبت ولتاژ به تنهایی برای محاسبه ظرفیت ترانسفورماتور مورد نیاز پروژه کافی نیست.
چرا ترانسفورماتورهای واقعی تلفات و محدودیت های دما دارند؟
جریانی که از مقاومت سیم پیچ عبور می کند گرما تولید می کند. شار مغناطیسی متناوب همچنین باعث تلفات هسته، از جمله اثرات پسماند و جریان گردابی می شود. سایر تلفات به طراحی و شرایط عملیاتی بستگی دارد.
برخی از تلفات باقی می ماند در حالی که ترانسفورماتور با بار کم یا بدون بار برق است. بقیه با بارگذاری افزایش می یابند. به همین دلیل است که یک ترانسفورماتور عملی را نمی توان تنها با یک معادله نسبت ولتاژ ایده آل نشان داد.
سرمایش گرما را از بین می برد بنابراین تجهیزات می توانند در محدوده دمایی مشخص شده خود کار کنند. این تلفات الکتریکی را از بین نمی برد یا بارگذاری نامحدود را ممکن نمی کند. وظیفه مجاز بستگی به ترانسفورماتور واقعی، آرایش خنک کننده و محیط آن دارد. هیچ رقم واحدی بازده یا افزایش دما برای هر ترانسفورماتور قدرت اعمال نمی شود.
آیا ترانسفورماتورهای نوع خشک و غوطه ور در روغن متفاوت عمل می کنند؟
هر دو خانواده از القای الکترومغناطیسی استفاده می کنند. تفاوت‌های مهم آنها به نحوه عایق‌کاری، خنک‌کردن و نصب مجموعه فعال مربوط می‌شود، نه یک روش اساسی متفاوت برای تغییر ولتاژ.
یک ترانسفورماتور نوع خشک از عایق جامد و آرایش خنک کننده مربوط به هوا استفاده می کند. یک طرح غوطه‌ور در روغن از مایع عایق در کنار عایق جامد با وسیله‌ای مخصوص طراحی برای انتقال گرما استفاده می‌کند. مواد خاص، محفظه و تجهیزات خنک کننده باید در اسناد فنی تایید شده بررسی شوند.
را نمای کلی ترانسفورماتور JSGK خانواده های نوع خشک و غوطه ور در روغن را به عنوان تجهیزات پشتیبانی برای پروژه های الکتریکی یکپارچه معرفی می کند. این مراجع به چارچوب بحث انتخاب کمک می کند. آنها یک کاتالوگ تایید شده از مدل های تولید ترانسفورماتور مستقل JSGK نیستند.
این به چه معناست برای پروژه پست
درک این فرآیند به توضیح اینکه چرا مشخصات پروژه ولتاژ، فرکانس، ظرفیت، ترتیب اتصال و شرایط خنک‌کننده را می‌خواهد کمک می‌کند. هر کدام بخش متفاوتی از وظیفه عملیاتی مورد نیاز را توصیف می کند.
- ولتاژ ورودی و خروجی: رابط الکتریکی را در هر طرف تعریف کنید.
- فرکانس: باید با شرایط عملیاتی مورد نظر تجهیزات مطابقت داشته باشد.
- ظرفیت: وظیفه بار مورد نیاز را تحت شرایط مشخص تعیین می کند.
- اتصالات: بر رابط سیستم، از جمله روابط سه فاز تأثیر می گذارد.
- خنک کننده و محیط: بر وظیفه عملیات حرارتی مجاز تأثیر بگذارد.
JSGK پیکربندی پست نوع جعبه نیازهای ترانسفورماتور را در کنار کابینت های فشار قوی و کم، محفظه و سیستم های کمکی قرار می دهد. ترانسفورماتور انرژی را بین سطوح ولتاژ انتقال می دهد. تجهیزات اطراف عملکرد سوئیچینگ، حفاظت و توزیع خود را فراهم می کند.
سوالات متداول
آیا ترانسفورماتور برق معمولی می تواند با DC ثابت کار کند؟
نمی توان آن را با DC ثابت مانند منبع AC نامی آن عرضه کرد. DC ثابت شار متناوب مداوم مورد نیاز برای عملکرد عادی را فراهم نمی کند و می تواند باعث آسیب به جریان شود. این بدان معنا نیست که مبدل های الکترونیکی مبتنی بر ترانسفورماتور نمی توانند از منبع DC استفاده کنند. چنین مبدل هایی از طریق مدار سوئیچینگ یک شکل موج در حال تغییر ایجاد می کنند.
آیا ترانسفورماتور فرکانس را تغییر می دهد؟
یک ترانسفورماتور AC معمولی فرکانس منبع را تبدیل نمی کند. تبدیل ولتاژ با تبدیل فرکانس متفاوت است.
آیا همه ترانسفورماتورها از نظر الکتریکی ایزوله هستند؟
خیر. طرح های سیم پیچ مجزا و اتوترانسفورماتورها دارای ترتیبات مداری متفاوتی هستند. جداسازی گالوانیکی را تنها از کلمه "ترانسفورماتور" استنتاج نکنید. طراحی واقعی را بررسی کنید
اصل را به وظیفه مورد نیاز متصل کنید
یک ترانسفورماتور قدرت از طریق تغییر شار، ولتاژ القایی و انتقال انرژی وابسته به بار کار می کند. عملکرد واقعی آن به طراحی و شرایط عملیاتی بستگی دارد. برای یک پروژه توزیع یکپارچه، ولتاژ، ظرفیت و نیازهای رابط سیستم خود را با JSGK در میان بگذارید با استفاده از نمودار تک خطی پروژه و الزامات فنی تایید شده.