قدرت نامی ترانسفورماتور ( توان ترانسفورماتور )

قدرت نامی (توان نامی ترانسفورماتور )، مقدار قدرت یا توانی‌است که ترانسفورماتور می‌تواند تحمل کند و با سطح مقطع سیم‌های مسی داخل ترانسفورماتور محدود می‌شود و ارتباط مستقیم با میزان گرمایی دارد که در زمان عبور جریان، تولید می‎کنند.

این گرما که به علت تلفات ایجاد‌می‌شود، باعث تفاوت بین توان ورودی و خروجی می‌شود. به علت این تلفات،  ترانسفورماتور ها از نظر kW یا MW (توان اکتیو) دسته‌بندی نمی‌شود بلکه از نظر kVA یا MVA دسته‌بندی می‌شوند (توان ظاهری).

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

مطالب مرتبط :

نگه داری ترانسفورماتور

حفاظت ترانسفورماتور قدرت و خطاهای آن

مواد عایق ترانسفورمرها در نوع روغنی و خشک

رآکتور موازی یا شانت (Shunt Reactors) چیست؟ انواع آن، ساختار و کاربرد ها

توان نامی با S نشان داده‌می‌شود.

اگر یک  ترانسفورماتور با دو سیستم خنک‌کننده کار کند، توان نامی  ترانسفورماتور بستگی به روش خنک‌کنندگی دارد که در آن زمان خاص به کار رفته‌است و در نتیجه در پلاک ترانسفورماتور نیز دو توان نامی نشان داده‌می‌شود.

اگر  ترانسفورماتور با سیستم خنک‌کننده ONAN / ONAF در نظر گرفته‌شود (هوای طبیعی روغن طبیعی/روغن طبیعی هوای بافشار)، مقدار توان نامی آن نیز برای مثال 30/40 MVA، 30 MVA‌است که مربوط به ONAN و 40 MVA نیز مربوط به ONAF‌است.

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

ولتاژ های نامی ترانسفورماتور، فرکانس نامی  ترانسفورماتور

ولتاژ های نامی  ترانسفورماتور نیز ولتاژ اولیه و ثانویه، V1 و V2, هستند.

نسبت تبدیل ترانسفورماتور(ratio )، نسبت بین تعداد دورها در سیم‌پیچ اولیه و تعداد دورها در سیم‌پیچ‌های ثانویه هستند که با a نشان داده‌می‌شوند.

اگر  ترانسفورماتور N1 دور سیم‌پیچ اولیه داشته‌باشد، N2 دور در سیم‌پیچ ثانویه، V1 و V2 نیز ولتاژهای اولیه و ثانویه هستند و I1 و I2 نیز جریان‌های اولیه و ثانویه هستند، نسبت تبدیل ترانسفورماتور می‌تواند با معادله زیر نشان داده‌شود:

فرکانس‌های نامی نیز 50 Hz و 60 Hz هستند.

جریان نامی ترانسفورماتور از توان نامی آن مشخص می گردد و از فرمول توان به راحتی محاسبه میشود.

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

تلفات و راندمان در  ترانسفورماتور

 ترانسفورماتورها در معرض دو نوع از تلفات هستند:

• P_Cu : تلفات مقاومتی (W)
• P₀: تلفات آهن یا تلفات هسته (W)

تلفات مقاومتی، به علت اثر ژول روی سیم‌پیچ‌ها، بستگی به جریانی دارد که از سیم‌پیچ‌ها گذشته و حاصل بارهای متصل به  ترانسفورماتور‌است.

تلفات آهنی مجموعی از تلفات پسماندی (hysteresis loss) و تلفات جریان گردایی(eddy current loss) است که حتی زمانی اتفاق می‌افتند که  ترانسفورماتور باری ندارد (به علت این که تلفات آهنی به عنوان تلفات بدون بار نیز شناخته می‌شوند).

هر دو تلفات مقاومتی و تلفات آهنی توسط سازنده ترانسفورماتور مشخص می شوند. معمول این‌است که  ترانسفورماتورهایی که همیشه در حال کار نیستند (مثال:  ترانسفورماتورهای روشنایی عمومی) تلفات آهنی آنها را در زمان طراحی باید تا حد ممکن کاهش داد.

تلفات کل (Pt) با معادله زیر به دست می‌آید:

• (P_t = P₀ + P_Cu (W

تلفات آهنی از تست مدار باز توان ترانسفورماتور  و تلفات مقاومتی از تست اتصال کوتاه به دست می‌آیند.

راندمان  ترانسفورماتور (با “η” نشان داده شده و به % بیان‌می‌شود) و با تقسیم قدرت وردی به قدرت خروجی ترانسفورماتور به دست می آید.

با در نظر گرفتن یک ترانسفورماتور با پارامتر‌های زیر :

• ورودی: P₁ ; V₁, I₁
• خروجی: P₂ ; V₂, I₂
• ضریب توان بار : Cos Φ

راندمان براساس  معادله زیر محاسبه می‌شود:

در هر بار ولت آمپر، راندمان بستگی به

 

 

 

ضریب توان دارد، در ضریب توان یک، راندمان بیشترین مقدار را دارد.

کاهش ولتاژ به علت امپدانس در ترانسفورماتور

کاهش ولتاژ به علت امپدانس یک  ترانسفورماتور نشان دهنده مقاومت داخلی  ترانسفورماتور است و معمولا با  “u_k” نشان داده‌شده و به درصد بیان‌می‌شود.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

امپدانس‌های معادل  ترانسفورماتور با معادلات زیر محاسبه می‌شوند:

طرف اصلی یا اولیه (Primary side)

Z_T  =  u_k(%)  x  U₁² / 100 x Sn

طرف ثانویه (Secondary side)

Z_T  =  u_k(%)  x  U₂² / 100  x  Sn

مقادیر مقاومت معادل و رآکتنس  ترانسفورماتور با معادلات زیر به دست می‌آیند:

• R_T  =  P_Cu  /  3xI_n²

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

گروه برداری ترانسفورماتور توان ترانسفورماتور

گروه بردار  ترانسفورماتورهای سه فاز در واقع نشان دهنده تغییر و شیفت فاز بین ولتاژهای اولیه و ثانویه هستند و روش اتصال سیم‌پیچ‌ها را نیز نشان می‌دهند.

 ترانسفورماتورهای سه فاز می‌توانند حالت ستاره‌ای (Y/y)، حالت مثلث (D/d) (در اتصال مثلث، سیم‌پیچ‌ها به شکل یک مثلث متصل می شوند، پس معمولا شکل اتصال آنها Δ‌است) و حالت اتصال ستاره داخلی/زیگزاگ داشته‌باشند که معمول ترین اتصال ترانس ستاره‌ و مثلث‌است.

اگر  ترانسفورماتور سیم‌پیچ‌های ثانویه داشته‌باشد، معمولا برای جبران هارمونیک (خصوصا هارمونیک سوم)، این سیم‌پیچ‌ها اتصال مثلث دارند.

حروف بزرگ همیشه به ولتاژ بالا تخصیص داده‌شده و حروف کوچک به کمترین ولتاژها داده‌می‌شوند.

وقتی نقطه خنثی در دسترس باشد، حرف N یا n به سمبل اضافه می‌شود.

جدول 1 معمول‌ترین گروه بردارها را نشان می‌دهد.

معمول‌ترین اتصالات Y-Δ,  Δ-Y,  Δ-Δ و Y-Y هستند، ستاره-ستاره در EHV و HV معمول است با این که عدم تعادل و مشکلات هارمونیک سوم در این نوع اتصالات وجود دارد نیاز به سیم‌پیچ سوم یا ثالثیه می‌باشد .

ستاره-مثلث که معمولا به عنوان کاهش دهنده (EHV/HV) کاربرد دارد، مثلث-مثلث معمولا برای ولتاژ متوسط ( ترانسفورماتورهای MV/MV)، ستاره-مثلث در ترانسفورماتورهای افزایشی در پست تولید برق و در  ترانسفورماتورهای MV/LV کاربرد دارند.

(EHV: ولتاژ بسیار بالا (V ≥ 150 kV).

 HV: ولتاژ بالا (60 kV ≤ V < 150 kV).

 MV: ولتاژ متوسط (1 kV < V < 60 kV).

 LV: ولتاژ پایین (V ≤ 1 kV).

گروه‌های برداری معمول در  ترانسفورماتورهای قدرت MV/LV نیز Dyn5 و Dyn11 هستند، برای  ترانسفورماتورهای قدرت HV/MV معمولا گروه بردار YNd11 وجود دارد و برای  ترانسفورماتورهای HV/HV نیز معولا YNyn0 و Ynyn1‌است.

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

تنظیم کننده ولتاژ در  ترانسفورماتور

شبکه‌های الکتریکی ممکن‌است نوسانات ولتاژ داشته باشند که علت آن تغییرات بار، پیکربندی شبکه و سطح تولید انرژی‌است.

به همین دلیل‌است که تنظیم کننده ولتاژ نیاز‌است، تنظیم ولتاژ معمولا در سیم‌پیچ‍‌های با بیشترین ولتاژ در  ترانسفورماتورهای قدرت انجام می‌شوند (به علت این که جریان کمتر‌است).

این سیم‌پیچ‌ها باید انشعابات(Tap)، تنظیم کننده‌های ولتاژ(voltage regulator) و تغییردهنده‌های انشعاب(tap-changer) داشته‌باشند.

در MV  ترانسفورماتورها، باید 5 تپ (انشعاب ) (نقطه مرکزی به  ولتاژ نامی tap-changer و% ± 2×2.5 تپ را به هم مرتبط می‌کند) و تعویضگر تپ بدون بار داشته باشد. نسبت ولتاژهای  ترانسفورماتور به شکل زیر تعریف‌می‌شود:

33 ± 2×2.5 % / 6.6 kV

در HV  ترانسفورماتورها، چند مرحله وجود دارد که شامل نقطه مرکزی و تعویضگر تپ روی بار (OLTC) است و می‌تواند به شکل محلی و دستی یا از راه دور توسط اپراتور یا به شکل اتوماتیک از طریق سیستم نظارت و کنترل، مقدار ولتاژ ترانس تغییر داده‌شوند.

نسبت ولتاژهای  ترانسفورماتور، با در نظر گرفتن تعداد تپ‌ها و رنج آنها، به شکل زیر تعریف می‌شوند:

220 ± 13×1.5 % / 66 kV