دانلود گزارش کارآموزی در صنایع برق داد خواه

پیشگفتار :

پیدایش ترانسفورماتور در صنعت برق دو تحول عمده در این صنعت بوجود آورده است :

ارتباط سراسری میان شبکه های مصرف و تولید در سطح یک یا چند کشور

امکان طراحی وسایل الکتریکی با منابع تغذیه دلخواه.

گستردگی منابع انرژی در سطح هر کشور و مقرون به صرف بودن تاسیس نیروگاههای برق در نزدیکی منابع انرژی ، همچنین ضرورت تعیین محلی خاص برای احداث سدها سبب می شود که هنگام انتقال انرژی الکتریکی با ولتاژ پایین ، تلفات زیادی در انرژی تولید شده به وجود آید. بنابراین ، یا باید نیروگاههای برق ، محلی طراحی شوند یا به دلیل پایین بودن بازده اقتصادی از احداث آنها صرفنظر شود. بهره گیری از ترانسفورهای قدرت موجب افزایش ولتاژ جریان انتقال و کاهش تلفات انرژی به مقدار زیاد می شود، در نتیجه :

مشکل انتخاب محل نیروگاه را بر طرف می کند.

 ایجاد شبکه سراسری را میسر می سازد.

مدیریت بر شبکه مصرف و تولید را به مراتب گسترش می دهد

از سوی دیگر کاهش ولتاژ جریان متناوب شبکه با استفاده از ترانسفورماتور امکان طراحی وسایل الکتریکی ، الکترونیکی ، صوتی ، تصویری و سیستم های کنترل را با هر ولتاژ لازم فراهم می آورد . همچنین به علت طراحی مدارهای فرمان الکتریکی با ولتاژ کمتر، ایمنی تکنیسینها و کارگران فنی مربوطه در هنگام کار افزایش می یابد.

اصول و طرز کار ترانسفورماتور

ترانسفورماتور دستگاه استاتیکی ( ساکن ) است  که قدرت الکتریکی ثابتی را از یک مدار به مدار دیگر با همان فرکانس انتقال می دهد . ولتاژ در مدار دوم می تواند بیشتر یا کمتر از مدار اول بشود، در صورتیکه جریان مدار دوم کاهش یا افزایش می یابد.

بنابراین اصول فیزیکی ترانسفورماتورها بر مبنای القاء متقابل می باشد که بوسیله فوران مغناطیسی که خطوط قوای آن اولیه و ثانویه را قطع         می کند، ایجاد می گردد.

ساده ترین فرم ترانسفورماتورها بصورت دو سیم القائی است که از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا شده هستند ولی از نظر مدار مغناطیس دارای یک مسیر با مقاومت مغناطیس کم می باشد .

هر دو سیم پیچ اولیه و ثانویه دارای اثر القایی متقابل زیاد می باشند . بنابراین اگر یک سیم پیچ به منبع ولتاژ متناوب متصل شود، فلوی مغناطیسی متغیر بوجود خواهد آمد که بوسیله مدار مغناطیسی ( هسته ترانسفورماتور که از یکدیگر عایق شده اند ) مدارش بسته شده و در نیتجه بیشتر فلوی مغناطیسی مدار ثانویه را قطع نموده و تولید نیروی محرکه التریکی         می نماید. ( طبق قانون فاراده  نیروی محرکه القاء شده ) . اگر مدار ثانویه ترانسفورماتور بسته باشد یک جریان در آن برقرار می گردد و        میتوان گفت که انرژی الکتریکی سیم پیچ اولیه ( بوسیله واسطه مغناطیس) تبدیل به انرژی الکتریکی در مدار ثانویه شده است .

تعریف مدار اولیه و ثانویه در ترانسفورماتور.

بطور کلی سیم پیچ که به منبع ولتاژ متناوب متصل می گردد را سیم پیچ اولیه یا اصطلاحاً «طرف اول » و سیم پیچی که این انرژی را به مصرف کننده منتقل می کند ، سیم پیچ ثانویه     « طرف دوم » می نامند .

حال می توان بطور کلی مطالب فوق را بصورت زیر جمع بندی نمود:

بنا به تعریف ترانسفورماتور وسیله ایست که :

قدرت الکتریکی را از یک مدار به مدار دیگر انتقال می دهد. بدون آنکه بین دو مدار ارتباط الکتریکی وجود داشته باشد.

 در فرکانس مدار هیچگونه تغییری ایجاد نمی نماید.

 این تبدیل بوسیله القاء الکترومغناطیسی صورت می گیرد.

 در صورتیکه مدار اولیه و مدار ثانویه بسته باشند ، این عمل بصورت القای متقابل و نفوذ در یکدیگر صورت می گیرد.

ساختمان ترانسفورماتور :

اجزای یک ترانسفورماتور ساده عبارتند از :

دو سیم پیچ که دارای مقاومت اهمی و سلفی می باشند.

 یک هسته مغناطیسی .

 قسمتهای دیگری که اصولاً مورد لزوم می باشند عبارتند از :

الف : یک جعبه برای قرار دادن سیم پیچ ها و هسته در داخل آن

ب : سیستم تهویه – که معمولاً در ترانسفورماتورهای با قدرت زیاد، علاوه بر سیستم تهویه می یابد مخزن روغن نیز برای خنک کردن بهتر کار گرفته شود.

ج : ترمینالهایی که باید سرهای اولیه و ثانویه روی آنها نصب شود.

خصوصیات هسته مغناطیسی :

در تمام انواع ترانسفورماتورها هسته از ورقه های ترانسفورماتور ( ورقه های دینامو ) ساخته می شود که مسیر عبور فوران مغاطیسی را با حداقل فاصله هوایی ایجاد نماید و جنس آن از آلیاژ فولاد می باشد که مقداری سیلیس به آن اضافه گردیده است.

با فعل و انفعالاتی که در متالوژی بر روی این نوع فولاد انجام می شود وعملیات حرارتی که صورت می گیرد سبب می شود که پر می ابلیته ( قابلیت هدایت مغناطیسی ) هسته بالا رفته و به عبارت دیگر تلفات هیستر زیس کاهش می یابد و بطور کلی مقاومت مغناطیسی کوچک می گردد.

از طرف دیگر برای کاهش تلفات ناشی از جریان گردابی فوکو هسته ترانسفورماتورها را به صورت ورقه می سازند و اصولاً یک طرف این ورقه ها را با ماده ای که بتواند فوران مغناطیسی را عبور دهد ولی عایق جریان الکتریکی باشد، می پوشانند و بنابراین این ورقه ها باید به ترتیبی چیده         می شوند که از یکدیگر عایق الکتریکی باشند.

معمولاً ضخامت ورقه های هسته ترانسورماتورها در فرکانس 50 تا 25 بین 35/0  تا 50/0 میلیمتر می باشد.

این ورقه ها پهلوی هم قرار می گیرند. و اصولاً مقدار آن محاسبه         می گردد. همانطوریکه در این شکل مشاهده می شود ، با قرار گرفتن ورقه ها بر روی یکدیگر بین آنها فاصله هوایی بوجود می آید و در نتیجه در سطح مقطع هسته همیشه یک شکاف وجود دارد که اجتناب ناپذیر است.

انواع هسته های ترانسفورماتور

ساختمان هسته ترانسفورماتورهای معمولی بدو صورت کلی ساخته        می شوند.

الف : هسته نوع معمولی

ب : هسته نوع زرهی

البته ترانسفورماتور با هسته های حلزونی یا مارپیچ هم ساخته می شود، ولی قسمت عمده را در صنعت تشکیل نمی دهد.

از نظر فیزیکی در ترانسفورماتور با هسته معمولی سیم پیچی اولیه و ثانویه در دو طرف بازوهای هسته و بصورت مجزا پیچیده می شوند. در حالیکه در نوع زرهی که کاربرد بیشتری هم دارد ، این سیم بندی بر روی قسمت وسط ( اولیه و ثانویه ) روی هم پیچیده می شوند . و از نظر اقتصادی راندمان کار بیشتر دارد و ارزان تر تمام می شود . به شکل (4) توجه کنید.

در قسمت ( الف ) و ( ب ) دیاگرام فوران در هر دو نوع هسته مشخص شده است . در قسمت ( الف ) دیاگرام بسیار ساده ترانسفورماتور با هسته نوع معمولی و وضعیت سیم بندی اولیه و ثانویه و جهت مخالف فوران در دو بازوی هسته کاملاً مشخص شده است.

ولی باید توجه داشت که مقداری فوران بصورت فوران پراکندگی نیز وجود دارد که سبب کاهش فوران از مقدار اصلی شده و به آن نشد مغناطیس می گویند.

اما اگر دقت کنید ، در می یابید که اینبار فوران مغناطیسی در دو مسیر دور می زند و اگر بخواهیم که هر یک از سیم پیچ های اولیه و ثانویه بر روی بازوی اول و دوم نوع معمولی پیچیده شده اند. ( یعنی بر خلاف نوع معمولی که می یابد که می باید اولیه بر روی یک بازو ثانویه بر روی بازوی دیگر باشند ) .

باید توجه داشت که چه نوع هسته معمولی باشد و چه نوع زرهی  هر دو نوع هسته از ورقه های ترانسفورماتور ساخته شده است که در نوع معمولی این ورقه ها را بفرم L   در می آورند و در نوع زرهی این ورقه ها را بصورت E  و I  در می آورند پهلوی هم قرار می دهند .

نحوه سوار کردن هسته و بستن سیم پیچ یک ترانسفورماتور با هسته نوع معمولی بصورت می باشد.

همچنانکه در شکل مشاهده می گردد. اگر قسمت نمایش یک طبقه هسته باشد، قسمت  نمایش طبقه دوم هسته است و به همین ترتیب این عمل تکرار می شود تا سطح مقطع خواسته شده بدست آید. و این عمل برای جلوگیری از افزایش ( مقاومت مغناطیسی ) در نقاط اتصال هسته و کاهش فوران پراکندگی صورت می گیرد.

نتیجه می گیریم که در ترانسفورماتور با هسته نوع معمولی همیشه باید هر طبقه ورقه ترانسفورماتور نسبت به طبقه بعدی در خلاف جهت هم چیده شوند.

نحوه سوار کردن هسته و بستن سیم پیچ ترانسفورماتور باهسته نوع زرهی هم مانند نوع معمولی است و مطابق صورت می گیرد.

تئوری مقدماتی ترانسفورماتور آیده آل :

ترانسفورماتور ایده آل ، ترانسفورماتوری است که افت ندارد. برای مثال سیم پیچ های آن مقاومت اهمی ندارد و پراکندگی فوران معناطیسی در آن وجود ندارد . تلفات مسی  و تلفات مسی آهنی ( p Fe )   در آن موجود نمی باشد.

پس بطور کلی یک ترانسفورماتور ایده آل شامل دو سیم پیچ با ندوکیتویته خالص ( مقاومت سلفی ) که روی هسته بدون افت فوران مغناطیسی پیچیده شده می باشد . باید خاطر نشان شود که چنین ترانسورماتوری عملاً غیر ممکن است و وجود خارجی ندارد و به همین دلیل به آن ایده ال می گوییم . ولی برای کار بحث در مورد ترانسفورماتورها را از حالت ایده آل شروعت کرده و مرحله جلو می بریم تا به حالت واقعی آن نزدیک شویم.

تراسنفورماتور ایده آلی که مدار ثانویه آن باز است و مدار اولیه آن به مدار اولیه آن به منبع ولتاژ متناوب سینوس V1  متصل است را در نظر        می گیریم . این ولتاژ باعث یک جریان متناوب در مدار اولیه می شود. از آنجائیکه سیم پیچی اولیه سلف خالص است و مدار خروجی هم باز است ، پس جریانی که از مدار اولیه عبور می کند فقط جریان مغناطیس کننده  است . اثر این جریان فقط مغناطیس کردن هسته می باشد و از لحاظ دامنه مقدار آن خیلی کوچک است و نسبت به V1   مقدار 90 درجه اختلاف فاز دارد، که چون مدار سلفی است این اختلاف فاز بصورت « پس فاز »      می باشد . جریان متناوب   یک فوران مغناطیسی متغیر  که در تمام مدت متناسب با جریان   است را تولید می کند ( فرض می کنیم قابلیت هدایت مغناطیسی هسته ثابت است ) و بنابراین با آن هم فاز است . این فوران متغیر هم سیم بندی اولیه و هم ثانویه را قطع می کند . و طبق قانون لنز نیروی الکتروموتوری E1  را در اولیه تولید می کند و این نیروی الکتروموتوری که در این حالت به آن خود القاء هم می توان گفت از نظر مقدار در هر لحظه معادل V1   ولی در جهت مخالف آن می باشد. به همین ترتیب در ثانویه نیز نیروی الکتروموتوری E2   تولید می شود که به آن       می توان نیروی القای متقابل نیز گفت ، که جهت آن در خلاف جهت فاز V1   و دامنه آن متناسب با مقدار تغییر فوران مغناطیسی و تعداد دور سیم بندی ثانویه می باشد.

مقادیر لحظه ای ولتاژ بکار رفته و نیروی الکتروموتوری القاء شده و جریان مغناطیسی کننده بوسیله منحنی های سینوسی  مشخص گردیده اند .

معادله نیروی الکتروموتوری در یک ترانسفورماتور

فرض می کنیم که تعداد دور سیم پیچهای اولیه برابر N1   و تعداد دور سیم پیچهای ثانویه برابر N2  باشد ، و از طرفی فوران مغناطیسی ماکزیمم در هسته نیز برابر است با :

 = فوران مغناطیس ماکزیمم هسته

 =  چگالی فوران مغناطیسی ماکزیمم هسته .

S  = سطح مقطع هسته .

چون جریان  متناوب است ، بنابراین شکل موج فوران مغناطیس هم که همفاز با آن می باشد نیز متناوب است بنابراین اگر مطابق شکل (10) زمانی معادل 4/1 زمان تناوب یعنی  را در نظر بگیریم در این مدت زمان فوران مغناطیسی از مقدار صفر به مقدار ماکزییم خود   افزایش       می یابد.

بنابراین اگر بخواهیم مقدار فوران مغناطیسی متوسط هسته را بدست آوریم باید مقدار از صفر تا ماکزییم را بر زمانی که این مقدار در طی آن افزایش می یابد تقسیم کنیم تا مقدار متوسط فوران بدست آید. یعنی :

مقدار متوسط تغییرات فلوی مغناطیسی 

که واحد آن بصورت وبر (wb)   بر ثانیه (sec)  می باشد. (wb/sec)  

چون می دانیم که مقدار نیروی محرکه القایی   می باشد . از مقادیر متوسط را بررسی کنیم فرمول را بصورت زیر برای مقادیر متوسط  می توان نوشت:

یعنی : مقدار متوسط نیروی محرکه القایی برابر است با مقدار متوسط فوران مغناطیس کننده که در فرمول فوق N , e   را می توان هم برای اولیه در نتیجه صورت N1 , E1   و هم برای ثانویه در نتیجه بصورت N2 , E2  در نظر گرفت . با توجه به بحث فوق در حالت کلی می توان فرمول بالا را بصورت زیر تعریف نمود.

چون مقدار متوسط نیروی محرکه القاء شده برابر است با مساحت سطح زیر منحنی سینوسی تقسیم بر یک ضلع آن یعنی  بنابراین می توان مقدار متوسط نیروی محرکه را بصورت زیر محاسبه نمود.                                                                  

و از طرفی می دانید که مقدار موثر نیروی محرکه القا شده برابر است با :            

بنابراین نسبت نیروی محرکه موثر به نیروی محرکه متوسط برابر است با :

بنابراين نسبت نيروي محركه موثر به نيروي محركه متوسط برابر است با :

پس مي توان نوشت :

و از رابطه (1) نيز مقدار عددي Em را در رابطه اخير قرار مي دهيم و در نتيجه

بنابراين مي توان نيروي الكتروموتوري القا شده در طرف اوليه را بصورت زير محاسبه نمود:

كه در اين فرمول N1 تعداد حلقه هاي اوليه مي باشد. و بهمين ترتيب مقدار مؤثر نيروي محركه القايي در طرف ثانويه برابر است با :

كه در فرمول الخير N2 تعداد حلقه هاي طرف ثانويه مي باشد.

در يك ترانسفورماتور ايده آل و بي بار مي توان نوشت : E2=V2 و E1 =V1

كه مقدار V2 ولتاژ بي باري طرف ثانويه مي باشد.

محاسبه ضريب تبديل ترانسفورماتور

اگر معادله نيروي محركه القاء شده در اطراف اول (E1) را بر معادله نيروي محركه القاء شده در طرف دوم (E2) تقسيم كنيم خواهيم داشت.

اين نسبت به عنوان ضريب تبديل ولتاژ يا بطور كلي ضريب تبديل ترانسفورماتور شناخته مي شود. از رابطه فوق مي توان نتيجه گرفت :

الف : اگر باشد يعني در نتيجه به ترانسفورماتور فوق افزاينده مي گويند.

ب : اگر باشد يعني در نتيجه به ترانسفورماتور فوق كاهنده مي گويند .

اما چون بحث در مورد ترانسفورماتورهاي ايده آل است بنابراين افت قدرت در آنها موجود نمي باشد ، و مي توان نوشت كه : قدرت خروجي = قدرت ورودي

بنابراين رابطه جريانها نسبت به ضريب تبديل ولتاژها بصورت عكس مي باشد.

بررسي ترانسفورماتور همراه با افت ولي بدون پراكندگي مغناطيسي

در اين حالت بدو صورت ترانسفورماتور را مورد برسي قرار مي دهيم:

الف : در حاليكه ترانسفورماتور بدون بار باشد.

ب : در صورتيكه ترانسفورماتور باردار باشد .

الف : بررسي ترانسفورماتور در حالتبي باري .

در بحث قبل در مورد ترانسفورماتور ايده آل فرض كرديم كه هيچگونه افت آهن و مسي در آن موجود نيست. اما شرايط واقعي ترانسفورماتور ايجاب مي كند كه اصلاحات و تغييرات اساسي در تئوري قبل ايجاد شود.

موقعيكه يك ترانسفورماتور واقعي بدون بار است تلفات آهني در هسته و تلفات مس در سيم پيچ ها هست و اين تلفات كلاً قابل صرف نظر كردن نمي باشند ، حتي موقعيكه يك ترانسفورماتور بدون بار است ، جريان ورودي اوليه تماشا راكتيو نيست. بلكه اين جريان مجبور است :

افت ناشي از تلفات آهني در هسته را جبران كند يعني تلفات هيسترزيس و فوكو.

مقدار خيلي كمي هم تلفات مسي در اوليه را جبران نمايد.

( البته توجه داريد كه ترانسفورماتور بي بار است و در طرف ثانويه افت مسي وجود ندارد) .

بنابراين نتيجه مي شود كه بعلت تلفات فوق بين جريان بي باري اوليه I0 و ولتاژ اوليه V1 زاويه 90 درجه بصورت پس فاز موجود نمي باشد . بلكه اين زاويه برداري از مقدار 90 كمتر است .قدرت ورودي بي باري برابر است با :

بنابراين شرايط بي باري يك تراسنفورماتور واقعي را مي توان بصورت برداري نمايش داد.

جريان اوليه I0 به دو مؤلفه برداري تجزيه مي شود كه يكي همفاز با V1 است و به آن جريان Iw مي گويند. كه اين مولفه بنام جريان اكتيو ناميده مي شود و معرف افت آهني ترانسفورماتور است. و بطور كلي اين جريان Iw معادل تلفات آهني و مقدار كمي هم تلفات مسي اوليه است .

مولفه برداري ديگر كه عمود بر V1 است . به مولفه مغناطيسي معروف است ، زيرا كه اثر آن نگاهداري فلوي متغير در هسته ترانسفورماتور است.

بنابراين I0 مجموع برداري مي باشد كه مقدار آن برابر است با :

در مورد بحث فوق لازم است نكات زير را مورد توجه قرار دهيد:

مقدار جريان بي باري اوليه I0 در مقايسه با جريان بارداري اوليه خيلي كم است.

بعلت اين حقيقت كه پرس ابيليته هسته متناسب با مقادير لحظه اي جريان تحريك تغيير مي كند.

موج تحريك يا جريان مغناطيسي حقيقاً سينوسي نمي باشد . و در نتيجه نبايد با يك بردار آن را نشان داد. زيرا فقط مقادير متغير سينوسي بوسيله بردارهاي چرخشي نمايش داده مي شوند . اما در عمل اختلاف محسوسي بوجود نمي آيد.

3- همانطوريكه قبلاً بيان شد چون مقدار Io خيلي كم است ، بنابراين افت مسي اوليه بي باري كم و قابل صرف نظر مي باشد يعني عملاً جريان ورودي اوليه معادل افت آهني ترانسفورماتور است.

4-همانطوريكه گفته شد اصولاً افت هسته سبب شده است كه بردار جريان دوران كند بنابراين بعنوان زاويه هيسترزيس يا زاويه پيش برنده (Advance ) ناميده مي شود.

بررسي ترانسفورماتور با مقاومت سيم پيچي ولي بدون پراكندگي مغناطيسي

در ترانسفورماتور ايده آل از مقاومت اهمي سيم پيچها صرف نظر شد. اما در يك ترانسفورماتور واقعي هميشه مقداري مقاومت اهمي در سيم پيچهاي اوليه و ثانويه وجود دارد و مقداري افت ولتاژ دردو سيم پيچ موجود است كه بصورت زير مي توان آنها را بيان نموده .

1- ولتاژ دو سر خروجي در طرف ثانويه V2 بصورت برداري به اندازه I2 R2 كه R2 مقاومت سيم پچ ثانويه است كمتر از نيروي الكتروموتوري القاء شده در ثانويه (E2) مي باشد.

بنابراين معادله تفاضل برداري E2 و افت ولتاژ اهمي I2 R2 بصورت زير تعريف مي شود:

2- بهمين ترتيب نيروي محركه القاء شده در اوليه E1 معادله تفاضل برداري است كه در آن R1 مقاومت اهمي سيم پيچ اوليه است.

دياگرام برداري براي بارهاي سلفي – خازني مطابق شكل (13 ) ( b ),( a ) و براي بارهاي معمولي ( تركيبي ) مانند قسمت (c ) مي باشد .

مقاومت معادل در ترانسفورماتورها

مقاومتهاي سيم پيچ اوليه و ثانويه R1 و R2 را از مدار داخلي ترانسفورماتور خارج نموده و جداگانه ترسيم شده است .حال بايد نشان داد كه چگونه اين دو مقاومت را با هم جمع كرده و بصورت يك مقاومت معادل در طرف اوليه و يا ثانويه نشان مي دهيم . البته متمركز كردن مقاومتها در يك طرف محاسبات ترانسفورماتور را بسيار ساده مي كند . ثابت مي شود كه مقاومت R2 در ثانويه معادل در مدار اوليه است . مقدار را بصورت مقاومت معادل مدار ثانويه است وقتي كه از اوليه به آن نگاه مي كنيم. و تلفات مسي در مدار ثانويه برابر است . بنابراين اگر از ديد مدار اوليه به آن نگاه كنيم بايد همان مقدار افت مسي در آن ديده شود بنابراين رابطه زير را مي توان نوشت:

اگر چنانچه از مقدار جريان بي باري ترانسفورماتور (I0) صرف نظر كنيم مي توان نوشت:

در نتيجه : مدار ترانسفورماتوري را مشاهده مي كنيد كه مقاومت ثانويه به طرف اوليه منتقل گرديده است و در نتيجه مقاومت معادل در اين مدار برابر است با :

و بهمين ترتيب مقاومت معادل تبديل شده به طرف ثانويه را مي توان در شكل (16) ملاحظه كرد و رابطه زير را در مورد آن نوشت .

مطالب فوق الذكر را مي توان بصورت زير جمع بندي كرد:

1- مقاومت R1 در مدار اوليه معادل در مدار ثانويه است . بنابراين مقاومت معادل اوليه گفته مي شود كه از ديد ثانويه به مدار نگاه كنيم و با نمايش مي دهيم.

2-مقاومت R2 در مدار ثانويه معادل در مدار اوليه است . بنابراين مقاومت معادل ثانويه وقتي گفته مي شود كه از ديد اوليه به مدار نگاه كنيم و با نمايش مي دهيم.

3- مقاومت معادل مدار در طرف ثانويه ترانسفورماتور Ro1 وقتي بكار مي رود كه از ديد اوليه به مدار نگاه كرده و مقدار معادل ثانويه را با مقدار مقاومت اوليه R1 جمع كنيم يعني :

4- و به همين ترتيب مقاومت معادل مدار ترانسفورماتور در صرف ثانويه را با مقدار مقاومت ثانويه R2 جمع كنيم يعني :

پراكندگي مغناطيسي :

در بحث قبلي فرض بر اين بود كه تمام فوران مغناطيسي سيم پيچهاي ثانويه را قطع مي كردند. اما در عمل غير ممكن است كه اين شرط قابل تشخيص باشد. بهر حال معلوم شده است كه تمام فوران ناشي از سيم پيچي اوليه سيم پيچهاي ثانويه را قطع نمي كند بلكه قسمتي از آن يعني مدار مغناطيسي را در هوا كامل كرده و از هسته نمي گذرد. اين فوران پراكندگي موقعي كه نيروي محركه القائي بعلت تحريك آمپر دور اوليه بين نقاط b , a حادث مي شود ، توليد مي گردد و در امتداد راههاي باريكه پراكندگي عمل مي كند . بنابراين اين فوران بعنوان پراكندگي اوليه معروف است و متناسب با آمپر دور اوليه است.

زيرا كه دورهاي ثانويه در اتصال مدار مغناطيسي تاثير ندارد. فلوي با I1 هم فاز است و نيروي محركه القايي را در اوليه ( نه در ثانويه ) ايجاد مي كند . بهمين ترتيب عمل آمپر دور ثانويه( نيروي محركه القايي ) در امتداد نقاط d, c فوران پراكندگي را ايجاد كرده و دور سيم پيچي هاي ثانويه ( نه دوره هاي اوليه ) با آن رابطه اي مستقيم دارد اين فلوي با I2 همفاز بوده و نيروي محركه القايي را در ثانويه توليد مي كند ( نه در اوليه ) . در بارهاي كم و بي باري آمپر دورهاي اوليه و ثانويه كم هستند . و بنابراين فلوي هاي پراكندگي قابل صرفنظر هستند . اما موقعيكه بار افزايش مي يابد از سيم پيچهاي اوليه و ثانويه جريانهاي زيادي مي گذرد و بنابراين نيروي محركه هاي آنها در حين عمل روي راههاي باريكه بوجود آمده و فوران پراكندگي را افزايش مي دهند.

همانطوريكه قبلاً گفته شد فوران پراكندگي متصل به هر سيم پيچ يك نيروي محركه خود القاء در آن سيم پيچ توليد مي كند بنابراين ، اين اثر معادل يك مسدودكننده يا كوپل القايي كه با هر سيم پيچ سري بوده ولتاژ در هر كدام از كوپل ها سري افت كرده و اين مقدار افت ولتاژ معادل توليد شده بوسيلة فوران پراكندگي است.

بعبارت ديگر يك ترانسفورماتور با پراكندگي مغناطيسي معادل يك ترانسفورماتور ايده آل و يك كوپل القايي كه با مدارهاي اوليه و ثانويه در ارتباط است مي باشد ، آنچنانكه نيروي محركه القائي داخلي در هر كدام از كوپل هاي القايي معادل فوران پراكندگي است .

بعبارت ديگر يك ترانسفورماتور با پراكندگي مغناطيسي معادل يك ترانسفورماتور ايده آل و يك كوپل القايي كه با مدارهاي اوليه و ثانويه در ارتباط است مي باشد، آنچنانكه نيروي محركه القايي داخلي در هر كدام از كوپل هاي القايي معادل فوران پراكندگي نظير در ترانسفورماتور واقعي است.

X1 و X2 راكتانس هاي پراكندگي اوليه و ثانويه معروف هستند.

نكات زير را بايد هميشه در خاطر سپرد :

(1) فلوي پراكندگي روي يكي از سيم پيچها يا ديگري بوجود مي آيد نه هر دو بنابراين به هيچ روش انتقال انرژي از سيم پيچ اوليه به ثانويه صورت نمي گيرد.

(2) ولتاژ اوليه V1 مجبور خواهد بود افت راكتيو I1X1 را ذخيره كند و بهمين ترتيب نيروي محركه القاء شده در طرف ثانويه (E2) نيز بايد افتهاي طرف دوم را جبران كند.

(3) در ترانسفورماتور واقعي سيم ييچهاي اوليه و ثانويه روي ساقهاي جداگانه اي طبق شكل (18) قرار ندارند زيرا بعلت پهناي جداگانه آنها فوران پراكندگي اوليه و ثانويه زيادي نتيجه مي شود . اين فوران پراكندگي بوسيلة قسمت بندي كردن سيم پيچهاي اوليه و ثانويه به حداقل مي رسد.

ترانسفورماتور باردار :

موقعيكه ثانويه باردار است جريان ثانويه I2 وارد عمل مي شود . دامنه و فاز I2 نسبت به V2 بوسيله مشخصات بار محاسبه مي شود. جريان I2 هم فاز با V2 است اگر بار اهمي باشد ، پس فاز است اگر بار سلفي باشد ، پيش فاز است اگر بار خازني باشد جريان ثانويه خود يك نيروي محركه مغناطيسي N2 I2 توليد مي كند و بنابراين فوران كه در جهت مخالف اوليه اصلي كه بر اثر Io ايجاد شده بود است ايجاد مي كند آمپر دور ثانويه I2 N2 بعنوان آمپر دور غير مغناطيسي معروف است . فوران ثانويه فوران اصلي را لحظه به لحظه ضعيف مي كند . بنابراين نيروي محركه القايي برگشتي E1 مايل است كه كم شود.

براي يك لحظه V1 بيشتر از E1 شده و بنابراين جريان بيشتري در اوليه جاري مي شود.

فرض كنيد كه جريان اضافي اوليه باشد . اين جريان به مولفه بارداري جريان اوليه معروف است . اين جريان در فاز مخالف I2 است نيروي محركه مغناطيسي اوليه اضافي بنوبه خود فوران كه در جهت مخالف است ( اما هم جهت با است ) ايجاد كرده و از لحاظ دامنه با آن مساوي است . همينطور ما در مي يابيم كه اثرات مغناطيسي جريان ثانويه I2 فوراً بوسيله جريان اضافي خنثي مي شود. بنابراين در شرايط بارداري نورانيكه از هسته مي گذرد تقريباً هماني است كه در حالت بي باري مي گذرد.

يك نتيجه مهم كه از ثابت بودن فوران هسته در تمام بارها بدست مي آيد آنستكه افت هسته عملاً همان افتي است كه در شرايط بي باري داريم .

بنابراين موقعيكه ترانسفورماتور باردار است سيم پيچي اوليه دو جريان دارد يكي Io و ديگري كه با I2 در فاز مخالف و دامنه آن برابر دامنه I2 است . جريان كلي اوليه مجموع برداري است . دياگرام برداري براي ترانسفوماتور را موقعيكه بار اهمي و موقعيكه سلفي (دياگرامي شبيه اين مي توان براي بار خازني كشيد ) است نشان داده شده است .

در نسبت تبديل واحد فرض بر اين است كه بردارهاي اوليه مساوي بردارهاي ثانويه هستند I2 جريان ثانويه هم فاز با E2 است . اين باعث مي شود كه جريان اوليه در فاز مخالف و هم دامنه با آن باشد . جريان اوليه كلي I1 مجموع برداري و زاويه از V1 پس فاز است . در شكل (24) بردارها براي يك بار سلفي كشيده شده اند.

در اينجا I2 باندازه از E2 ( در واقع V2 ) پس فاز است . جريان با I2 در فاز مخالف است و دامنه اش مساوي با دامنه آن است .همانطور كه قبلاً ديده شده I1 مجموع برداري و I0 است و باندازه از V1 پس فاز است . بعداً ديده خواهد شد كه كمي بزرگتر از است اما اگر ما از Io صرفنظر كنيم (24) مي شود . و بر طبق اين فرض :

كه نشان مي دهد تحت شرايط بار كامل نسبت جريانهاي اوليه و ثانويه ثابت است . اين رابطه مهم اصل جريان ترانسفورماتور ناميده مي شود. در نتيجه به كمك رابطه فوق مي توان بوسيله قرار دادن يك آمپرمتر كوچك در ثانويه ترانسفورماتور مقادير جريانهاي زياد را با در نظر گرفتن نسبت تبديل اندازه گيري نمود.

آزمايشهاي ترانسفورماتور :

كار مهمي كه در مدار معادل ميتوان انجام داد محاسبه 4 پارامتر اصلي يعني مقاومت معادل از ديدگاه اوليه ( يا Ro2 ثانويه ) و راكتانس پراكندگي معادل Xo1 از ديدگاه اوليه ( يا Xo2 ثانويه ) ضريب هدايت افت هسته Go ( يا مقاومت Ro ) قابليت نفوذ مغناطيسي Bo ( يا راكتانس Xo ) است . اين ثابت ها يا پارامترها به آساني بوسيلة دو آزمايش ، زير بدست مي آيند.

آزمايش بي باري

آزمايش اتصال كوتاه .

اين آزمايشات خيلي اقتصادي و مناسب هستند چون اطلاعات لازم را بدون بارداري كردن ترانسفورماتور به دست مي دهند. در حقيقت آزمايش هر ماشين A.C بزرگ شامل دو آزمايش پي در پي اتصال كوتاه و بي بار است .

آزمايش بي باري :

منظور از اين آزمايش محسابة افت بي باري يا افت هسته است و اين جريان بي باري Io براي محاسبه Ro , Xo لازم مي باشد. در آزمايش بي باري يكي از سيم پيچ هاي ترانسفورماتو را كه مناسب باشد . معمولاً سيم پيچ ولتاژ بالا را باز مي كنند و ديگري به يك منبع ولتاژ با فركانس وصل مي شود و يك ولتمتر w و يك ولتمتر V و آمپرمتر A در سيم پيچ ولتاژ كم يعني در حال حاضر سيم پيچ اوليه وصل مي كنند به كمك ولتاژ بكار برده شده در اوليه يك فلو در هسته بوجود آمده و بنابراين افت آهن بوسيلة ولتمتر قرائت مي شود.

چون جريان بي باري اوليه Io ( بوسيلة آمپرمتر اندازه گيري شده ) كم است ( معمولاً 2 تا 10 درصد جريان بار ) افت مسي در اوليه قابل صرفنظر و در ثانويه صفر است ( چون مدار ثانويه باز است ) . بنابراين واتمتر عملاً افت هسته را تحت شرايطي بي باري نشان مي دهد ( كه براي تمام بارها يكسان است ) بايد توجه شود از آنجا كه مقدار Io خيلي كم است بوبين ها ولتاژ واتمتر و ولتمتر بهم مربوط بوده آنچانكه جريان آنها از بوبين جريان واتمتر نمي گذارد.

بعضي وقتها يك ولتمتر با مقاومت زياد در ثانويه مي بندند، قرائت ولتمتر نيروي محركه القايي را در سيم پيچ ثانويه نشان مي دهد اين عمل براي پيدا كردن ضريب تبديل K بما كمك مي كند.

دياگرام برداري بي باري در نشان داده شده است اگر W قرائت يك واتمتر باشد پس و

و و و

يا از آنجائيكه عملاً تمام جريان صرف تحريك مدار مي شود ( وقعيكه ترانسفورماتور بي بار است يعني ) و ولتاژيكه در امپدانس پراكندگي اوليه افت مي كند كم است پس بنابر اين آدميتانس تحريك Yo ترانسفورماتور بوسيله ي اين رابطه محاسبه مي شود.

و ضريب هدايت تحريك Go بوسيله ي يا

و قابليت نفوذ مغناطيسي از رابطه ي بدست مي آيد.

جدا كردن تلفات هسته :

افت هسته يك ترانسفورماتور به فركانس و چگالي فوران ماكزيمم موقعيكه حجم و ضخامت لايه هاي هسته معلوم باشد بستگي دارد. افت هسته از دو قسمت افت هيسترزين كه بوسيله ي رابطه تجربي اشتن متس داده شده و افت جريان گردابي كه Q مقداري ثابت است و افت كلي بوسيله ي W1 داده مي شود.

اگر از دو رابطه تجربي فوق يكسان استفاده كنيم بايد قادر باشيم كه ثابت هاي Q , P را پيدا كنيم تا افت هاي هيسترزيس و جريان گردابي بطور جداگانه قابل محاسبه باشند.

آزمايش اتصال كوتاه محاسبه امپدانس ترانسفورماتور :

اين روش اقتصادي براي محاسبه پارامترهاي زير است :

امپدانس معادل ( (Zo1 , Zo2 راكتانس پراكندگي (Xo1 , Xo2) و مقاومت (Ro1 ,Ro2) ترانسفورماتور از ديدگاه سيم پيچي كه وسايل اندازه گيري روي آن جاگذاري شده است .

افت مس دربار كامل ( و در هر بار دلخواه و مطلوب ) اين افت براي محاسبه يازده (راندمان ) ترانسفورماتور است.

داستن Zo1 يا Zo2 افت ولتاژ كلي در ترانسفورماتور از ديدگاه اوليه يا ثانويه قابل محاسبه مي باشد و به كمك آنها درصد تنظيم ترانسفورماتور به دست مي آيد.