ترانسفورماتور, مقالات
ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا
دسامبر
ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا
ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا معمولاً در آزمایشگاههای ولتاژ بالا برای آزمایش استفاده می‌شوند. این ترانسفورماتور در هنگام خراب شدن عایق تحت آزمایش ، تحت فشار و ولتاژ های گذرا قرار می‌گیرد. برای مقاومت در برابر این ولتاژهای ضربه ، عایق ترانسفورماتور باید با دقت طراحی شود. اینها معمولاً ترانسفورماتورهای تکفاز هسته ای هستند.
این نوع ترانسفورماتور معمولاً غوطه ور در روغن است. از ورق های بک لایت(Bakelite)برای جدا کردن سیم‌پیچ های ولتاژ بالا و ولتاژ کم استفاده‌می‌شود. ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا که برای آزمایش کابل HV استفاده می‌شوند همچنین نیاز به تامین جریان الکتریکی کافی برای تست کابل ها دارند . این می‌تواند گرمای زیادی ایجاد کند ، و به همین ترتیب سیستم خنک کننده این ترانسفورماتورها با دقت بسیار زیادی طراحی می‌شوند. برای اطمینان از تنظیم صحیح ولتاژ ترانسفورماتور نیز باید اقدامات ویژه ای صورت‌گیرد .
برای اهداف آزمایش عایق ، جریان مورد نیاز بسیار کمتر است ، اما ، در حالی که عایق در طی آزمایش خراب می‌شود ، جریان عظیمی از طریق ترانسفورماتور جریان می یابد و برای محدود کردن این جریان ، مقاومت بالایی به صورت سری با ترانسفورماتور متصل‌می‌شود.
از آنجا که آزمایش عایق به جریان زیاد احتیاج ندارد ، ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا که برای این منظور استفاده می‌شوند ، نیازی به داشتن مقدار نامی kVA بالایی ندارند. در جدول زیر ، مقدار نامی ترانسفورماتور مورد استفاده در اهداف آزمایش مختلف ارائه شده‌است. تا ولتاژ 500 کیلو ولت ، به طور معمول فقط از یک واحد ترانسفورماتور ولتاژ بالا استفاده‌می‌شود.
=================================
ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا
بعد از ولتاژ 500 کلیو ولت ، استفاده از ترانسفورماتور منفرد دیگر اقتصادی نیست (اندازه خیلی بزرگ‌است). در این شرایط که بیش از 500 کیلو ولت مورد نیاز باشد ، برای تولید ولتاژ مورد نیاز ، دو واحد به صورت اتصال آبشاری سری وصل‌می‌شود.
شکل زیر اتصال آبشاری معمولی دو ترانسفورماتور را نشان‌می‌دهد.
ولتاژ بالای ترانس اول به سیم‌پیچ ولتاژ بالای ترانس دوم وصل‌می‌شود. ثانویه این ترانسفورماتور ، به مخزن زمین شده وصل می‌شود و سر دیگر از طریق بوشینگ ولتاژ بالا بیرون می‌آید . بوشینگ آنقدر خاص طراحی و ساخته شده‌است که ولتاژ های بسیار بالای ثانویه را نسبت به زمین می‌تواند تحمل‌کند.
یکی دیگر از ترمینال انشعاب از طریق این بوشینگ ولتاژ بالا اجرا می‌شود. سر ولتاژ بالا و انتهای ترمینال انشعاب ها در طول قسمت اولیه ترانسفورماتور دوم متصل می‌شوند. یک انتهای سیم‌پیچ ثانویه ترانسفورماتور دوم به مخزن آن وصل می‌شود. مخزن ترانسفورماتور دوم مانند ترانسفورماتور اول زمین‌نمی‌شود. این مخزن برای ولتاژ ثانویه کامل ترانسفورماتور از زمین جدا و عایق بندی شده‌است.
یک انتهای ولتاژ بالا یا سیم‌پیچ ثانویه ترانسفورماتور دوم به زمین وصل می‌شود و انتهای دیگر به تنهایی از ولتاژ بالا برای تغذیه ولتاژ بالا برای تجهیزات و عایق های تحت آزمایش خارج‌می‌شود.
=================================
تنظیم ولتاژ
باید از افزایش ولتاژ بالای ترانسفورماتور و لتاژ های ضربه‌ای شدید جلوگیری شود. همچنین برای دقت در اندازه گیری ولتاژ ، تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور باید به اندازه کافی صاف باشد. از تغییر ناگهانی ولتاژ در طول آزمایش نیز باید اجتناب شود. یک تنظیم کننده ولتاژ نباید شکل موج ولتاژ را هنگام آزمایش تحریف‌کند.
ولتاژ خروجی ترانسفورماتور ولتاژ بالا با تغییر ولتاژ در ورودی و همان سیم‌پیچ اولیه تنظیم‌می‌شود.
این تغییر ولتاژ ورودی در سمت اولیه توسط موارد ذیل انجام‌شود:
- تغییر جریان میدان مولد
- قرار دادن مقاومت یا اندوکتانس در مدار ورودی از مولد
- با استفاده از تنظیم کننده القایی.
- با استفاده از ترانسفورماتور تپ دار.
تغییر جریان میدان مولد
اگر از یک مولد منفرد برای تغذیه ترانسفورماتور ولتاژ بالا استفاده‌شود ، می توان از روش تغییر جریان میدان برای تنظیم ولتاژ ورودی ترانس و یا همان خروجی مولد استفاده کرد. یک مولد شکل موج ولتاژ سینوسی را در بی باری ایجاد می‌کند. اما همچنین مطلوب‌است که ، این شکل موج ولتاژ در شرایط بارداری تحریف‌نشود. این امر با ایجاد فاصله هوای بیشتر بین استاتور و روتور یا با استفاده ازطراحی خاص سیم‌پیچ آرمیچر مولد ایجاد می‌شود .
برای تنظیم ولتاژ ، در این حالت هیچ امپدانسی لازم نیست که به صورت سری با اولیه ترانسفورماتور متصل شود. بنابراین می توان از اعوجاج شکل موج ولتاژ ناشی از امپدانس درج شده در تنظیم ولتاژ از طریق تغییر جریان میدان مولد جلوگیری کرد. جریان میدان مولد توسط یک تقسیم ولتاژ تغییرمی‌کند ، که به منبع تغذیه DC به میدان متصل‌است. در این روش می توان ولتاژ صفر را با خنثی کردن مغناطیس باقیمانده میدان با ایجاد جریان میدان مورد نظر بدست آورد.
=================================
تنظیم ولتاژ با قرار دادن مقاومت یا اندوکتانس(سلف)
در صورت عدم وجود استفاده از مولد جداگانه برای تست ولتاژ بالا در آزمایشگاه ، این روش اعمال‌می‌شود. ترانسفورماتور ولتاژ بالا در هنگام تست تجهیزات کوچک از منبع تغذیه AC تغذیه می‌شود. تغییر ولتاژ تغذیه به ترانسفورماتور HV با استفاده از مقاومت سری با منبع تغذیه بدست می‌آید. مقاومت کشویی (Sliding) مقاومت مناسبی برای دستیابی به تنظیم صاف و بدون اعوجاح ولتاژ تامین شده به ترانسفورماتور اولیه‌است.
گاهی اوقات مقاومت نیز می‌تواند به منبع اصلی وصل‌شود و از آن به عنوان تقسیم ولتاژ استفاده شود تا یک ولتاژ متغیر به ترانسفورماتور ارائه‌شود .
این روش بسیار ساده است ، اما از مشکل از دست دادن توان و تلفات بالا رنج می برد ، زیرا از بین رفتن توان در مقاومت بسیار زیاد برای تست های قدرت بالااست. مقاومت زیاد مورد نیاز برای کاربردهای پرقدرت همچنین بدان معنی است که این روش مقرون به صرفه نیست. به دلیل این مضرات ، این روش در کاربردهای کم توان و توان متوسط استفاده می‌شود به طور کلی ، این محدود به تجهیزات با مقدار نامی از 2 kVA به 3 kVAاست.
به جای مقاومت ، با اتصال چوک و یا سلف به صورت سری با اولیه ترانسفورماتور می توان تنظیم ولتاژ را بدست آورد . با تغییر موقعیت هسته آهن در سیم‌پیچ چوک ، تغییر ولتاژ حاصل‌می‌شود. یعنی با قرار دادن و خارج کردن هسته آهن در داخل سیم‌پیچ ، تغییر ولتاژ حاصل‌می‌شود. به دلیل اتلاف کمتر ، این روش نسبت به روش مقاومت بسیار کارآمداست.
علیرغم این مزیت ، این روش هنوز معایب ذاتی دارد:
- برای قدرت بیشتر ، اندازه بسیار زیادی از سیم‌پیچ چوک لازم‌است.
- همیشه به دلیل وجود آهن در سیم‌پیچ ، احتمال تحریف و اعوجاج ولتاژ وجود دارد.
- نقطه ضعف دیگر این روش در حقیقت این‌است که در صورتی که ضریب توان بار در سمت ثانویه ترانسفورماتور پیش فاز باشد افزایش اندوکتانس یا همان سلف باعث‌می‌شود ولتاژ اولیه ترانسفورماتور به جای کاهش آن افزایش یابد همانطور که اغلب اتفاق می‌افتد.
روش تنظیم کننده القایی(Induction Regulator Method)
کنترل رگولاتور القایی برای تمام مقادیر قدرت مناسب‌است. این روش می‌تواند به طور موثر برای همه ضرایب بار و قدرت استفاده‌شود. با استفاده از این روش تنظیم ولتاژ صاف از صفر تا کامل می‌تواند انجام شود. یک تنظیم کننده القایی در اصل یک ترانسفورماتور متغیراست. ولتاژ ثانویه این ترانسفورماتور متغیر می‌تواند با تغییر دور‌های اولیه متغیر باشد. تغییر دور‌های اولیه با چرخاندن یک دستگیره متصل به ترانسفورماتور بدست می‌آید.
در این نوع ترانسفورماتور متغیر ، تعداد دور در میله سیم‌پیچ های اولیه و ثانویه برابراست . اما هنگامی که دستگیره مذکور را می‌چرخانیم ، تعداد تعداد دور‌های فعال در سطح سیم‌پیچ اصلی متغیر است ، از این رو نسبت دور تغییر می‌کند که در نهایت به ولتاژ ثانویه متغیر تبدیل‌می‌شود.
در هنگام طراحی این نوع ترانسفورماتور، مهم‌است كه سیم‌پیچ ترانسفورماتور در طرف روتور به دقت كافی طراحی شده باشد به طوری كه باعث تداخل در شکل موج ولتاژ تست نشود.
روش تنظیم کننده القایی برای ترانسفورماتور ولتاژ بالا مناسب‌است ، که برای تست کابل ها مورد استفاده‌قرارمی‌گیرد . زیرا تغییر ولتاژ در هر باری از مزایای این روش‌است
=================================
تغییر ولتاژ از طریق ترانسفورماتور انشعابی
در این روش تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور از ترانسفورماتور انشعاب دار (Tapped Transformer)استفاده‌می‌شود. تئوری تغییر ولتاژ توسط یک ترانسفورماتور انشعاب دار بسیار ساده‌است.
در این چیدمان ، قسمت اصلی ترانسفورماتور با LT منبع اصلی وصل‌می‌شود. سیم‌پیچ ثانویه ترانسفورماتور در نقاط مختلفی انشعاب دارد. ولتاژ در اولیه HT ترانسفورماتور از این نقاط انشعاب متصل‌می‌شود.
هنگامی که کنتاکت‌های کلید از یک شیر انشعاب به انشعاب دیگری حرکت‌می‌کند ، این احتمال باز شدن مدار ثانویه ترانسفورماتور بهره برداری وجوددارد. به دلیل این باز شدن ، احتمال ایجاد ولتاژهای ضربه ای شدید در ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا وجود دارد.
برای جلوگیری از این وضعیت ، دو برس در کنتاکت ها برای سوئیچ انشعابات استفاده‌می‌شود. این کار را با گل میخ‌های مجاور و با مقاومت بافر (میرا کننده ) یا سیم‌پیچ راکتانسی بین آنها ایجاد می‌کند تا از اتصال کوتاه بخشی از سیم‌پیچ ترانسفورماتور جلوگیری‌شود.
در نمودار زیر ، ما یک ترانسفورماتور دو سیم‌پیچ را به عنوان ترانسفورماتور انشعاب دار نشان داده ایم. اتوترانسفورماتور هم قابل استفاده‌می‌باشد.
برای تنظیم تدریجی ، تعدادی انشعاب با تجهیزات تغییر تپ مناسب استفاده‌می‌شود . این روش تنظیم ولتاژ توسط ترانسفورماتور انشعاب دار دارای مزایای راندمان بالا و اعوجاج کم ولتاژاست زیرا هیچ افت ولتاژ در مدار وجود ندارد و فقط مقدار ولتاژ افزایش پیدامی‌کند.
با انشعاب دار کردن سیم‌پیچ تنظیم ولتاژ خیلی صاف نیست. اما می توان بااستفاده از تعداد بسیار زیادی از انشعاب‌ها در سیم‌پیچ ثانویه ترانسفورماتور انشعاب دار ، تنظیم ولتاژ را بهترکرد اما هزینه ترانسفورماتور را افزایش‌می‌دهد.
از این رو این روش تنظیم ولتاژ در ترانسفورماتور ولتاژ بالا فقط در مواردی که برای آزمایش برای تابلو ولتاژ بالا و گران قیمت استفاده‌می‌شود.
=================================
مقالات مربوطه :
اتصال دلتای (مثلث ) باز ترانس : محاسبات و دیاگرام
ترانسفورماتور تکفاز و کاربرد آن
نصب ترانسفورماتور قدرت ( نصب و راه اندازی ترانس )
لینک زبان اصلی مقاله :