ترانسفورماتور برق (Transformer)

ترانسفورماتورها را با توجه به کاربرد و خصوصیات آنها می‌توان به سه دسته کوچک، متوسط و بزرگ دسته‌بندی کرد. ساختمان ترانسفورماتورهای بزرگ و متوسط به‌دلیل مسائل حفاظتی و عایق‌بندی و امکانات موجود، نسبت به انواع کوچک آن پیچیده‌تر است. برای کم کردن تلفات آهنی هسته‌ ترانسفورماتور را نمی‌توان به‌طور یکپارچه ساخت. بلکه معمولاً آنها را از ورقه‌های نازک فلزی که نسبت به یکدیگر عایق هستند، می‌سازند. در ترانسفورماتورهای پرقدرت از هادی‌های مسی که به‌صورت تسمه هستند استفاده می‌شوند و ابعاد این گونه هادی‌ها نیز استاندارد است.
اهمیت ترانسفورماتورها در صنعت برق و شبکه‌های صنعتی، برکسی پوشیده نیست. امروزه یکی از ملزومات اساسی در انتقال و توزیع الکتریکی در جهان ترانسفورماتورها، می‌باشند. ترانسفورماتورها در اندازه‌ها و توان‌های مختلفی جهت تغییر سطح ولتاژ الکتریکی به‌منظور کاهش تلفات ولتاژ در فرآیند انتقال و توزیع انرژی الکتریکی به‌کار می‌روند. در صنعت سیمان، به‌عنوان یکی از مصرف کننده‌های بزرگ برق و استفاده از سطوح ولتاژ مختلف در آن، استفاده از ترانسفورماتورها یکی از ارکان اجتناب‌ناپذیر می‌باشد.
شرح و توصیف :

ساختمان ترانسفورماتور :
ترانسفورماتورها را با توجه به کاربرد و خصوصیات آنها می‌توان به سه دسته کوچک، متوسط و بزرگ دسته‌بندی کرد. ساختمان ترانسفورماتور های بزرگ و متوسط به‌دلیل مسائل حفاظتی و عایق‌بندی و امکانات موجود، نسبت به انواع کوچک آن پیچیده‌تر است. اجزاء تشکیل دهنده یک ترانسفورماتور به شرح زیر است:

هسته‌ ترانسفورماتور :
هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه‌های نازکی است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه می‌شود. برای کم کردن تلفات آهنی هسته‌ ترانسفورماتور را نمی‌توان به‌طور یکپارچه ساخت. بلکه معمولاً آنها را از ورقه‌های نازک فلزی که نسبت به یکدیگر عایق هستند، می‌سازند این ورقه‌ها از آهن بدون پسماند با آلیاژی از سیلیسیم (حداکثر ۴.۵ درصد) که دارای قابلیت هدایت الکتریکی و قابلیت هدایت مغناطیسی زیادی است ساخته می‌شوند . زیاد بودن مقدار سیلیسیم، باعث شکننده شدن ورق‌ها می‌شود. برای عایق کردن ورق‌های ترانسفورماتور ، در گذشته از یک کاغذ نازک مخصوص که در یک سمت این ورقه چسبانده می‌شد، استفاده می‌کردند، اما امروز در هنگام ساختن و نورد این ورقه‌ها یک لایه نازک اکسید فسفات یا سیلیکات به ضخامت ۲ تا ۲۰ میکرون به‌عنوان عایق بر روی آنها مالیده می‌شود، که باعث پوشاندن روی ورقه‌ها می‌گردد. علاوه بر این، از لاک مخصوصی نیز برای عایق کردن یک طرف ورقه‌ها استفاده می‌شود. تمامی ورقه‌های ترانسفورماتور دارای یک لایه عایق هستند. در هنگام محاسبه سطح مقطع هسته باید سطح آهن خالص را منظور کرد. ورقه‌های ترانسفورماتورها را به ضخامت‌های 35/0 و 5/0 میلیمتر و در اندازه‌های استاندارد می‌سازند. باید دقت کرد که سطح عایق شده‌ٔ ورقه‌های ترانسفورماتور همگی در یک جهت باشند ( مثلاً همه به طرف بالا ) علاوه بر این تا حد امکان نباید در داخل قرقره فضای خالی باقی بماند. لازم به ذکر است ورقه‌ها با فشار داخل قرقره جای بگیرند تا از ارتعاش و صدا کردن آنها نیز جلوگیری شود.

سیم پیچ‌ ترانسفورماتور :
معمولاً برای سیم‌پیچ اولیه و ثانویه ترانسفورماتور از هادی‌های مسی با عایق (روپوش) لاکی استفاده می‌کنند، که با سطح مقطع گرد و اندازه‌های استاندارد وجود دارند و با قطر آنها مشخص می‌شوند. در ترانسفورماتورهای پرقدرت از هادی‌های مسی که به‌صورت تسمه هستند استفاده می‌شوند و ابعاد این گونه هادی‌ها نیز استاندارد است.
سیم پیچی ترانسفورماتور به این ترتیب است که سر سیم‌پیچ ‌ها را به‌وسیله روکش عایق‌ها از سوراخ‌های قرقره خارج می‌کنند، تا بدین ترتیب سیم‌ها، قطع (خصوصاً در سیم‌های نازک و لایه‌های اول) یا زخمی نشوند، علاوه بر این بهتر است رنگ روکش‌ها نیز متفاوت باشد تا در ترانسفورماتورهای دارای چندین سیم پیچ، به‌راحت بتوان سر هم سیم‌پیچ را مشخص کرد. بعد از اتمام سیم‌پیچی یا تعمیر سیم‌پیچ‌ها ترانسفورماتور باید آنها را با ولتاژهای نامی خودشان برای کنترل و کسب اطمینان از سالم بودن عایق بدنه و سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه آزمایش کرد.

قرقره‌ ترانسفورماتور :
برای حفاظت و نگهداری از سیم پیچ‌های ترانسفورماتور خصوصاً در ترانسفورماتورهای کوچک باید از قرقره استفاده نمود. جنس قرقره باید از مواد عایق باشد. قرقره معمولاً از کاغذ عایق سخت، فیبرهای استخوانی یا مواد ترموپلاستیک می‌سازند. قره‌قره‌هائی که از جنس ترموپلاستیک هستند، معمولاً یک تکه ساخته می‌شوند ولی برای ساختن قرقره‌های دیگر آنها را در چند قطعه تهیه و سپس بر روی همدیگر سوار می‌کنند. بر روی دیواره‌های قرقره باید سوراخ یا شکافی ایجاد کرد تا سر سیم‌پیچ از آنها خارج شود.
اندازه قرقره باید با اندازهٔ ورقه‌های ترانسفورماتور متناسب باشد و سیم‌پیچ نیز طوری بر روی آن پیچیده شود، که از لبه‌های قرقره مقداری پائین‌تر قرار گیرد تا هنگام جا زدن ورقه‌های ترانسفورماتور، لایه‌ٔ روئی سیم پیچ صدمه نبیند. اندازه قرقره‌های ترانسفورماتورها نیز استاندارد هستند، اما در تمام موارد، با توجه به نیاز، قرقره مناسب را می‌توان طراحی کرد.

شکل 1- نمایی از یک ترانسفورماتور

ادامه مطلب در:

http://petronet.ir/index.php?module=content&func=viewpage&pageid=612

ژنراتور با ولتاژ بالا (High voltage Generator)

شرکت ABB اخیرا ژنراتوری با ولتاژ بالا ابداع کرده است . این ژنراتور بدون نیاز به ترانسفورماتور افزاینده بطور مستقیم به شبکه قدرت متصل می گردد . ایده جدید بکار گرفته شده در این طرح استفاده از کابل به عنوان سیم پیچ استاتور می باشد . ژنراتور ولتاژ بالا برای هر کاربرد در نیروگاه های حرارتی و آبی مناسب می باشد . راندمان بالا ، کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری ، تلفات کمتر ، تأثیرات منفی کمتر بر محیط زیست ( با توجه به مواد بکار رفته ) از مزایای این نوع ژنراتور می باشد .

ژنراتور ولتاژ بالا در مقایسه با ژنراتورهای معمولی در ولتاژ بالا و جریان پائین کار می کند . ماکزیمم ولتاژ خروجی این ژنراتور با تکنولوژی کابل محدود می گردد که در حال حاضر با توجه به تکنولوژی بالای ساخت کابل ها میتوان ولتاژ آنرا تا سطح 400 کیلو ولت طراحی نمود . هادی استفاده شده در ژنراتور ولتاژ بالا بصورت دوار می باشد در حالیکه در ژنراتورهای معمولی این هادی بصورت مثلثی می باشد در نتیجه میدان الکتریکی در ژنراتورهای ولتاژ بالا یکنواخت تر می باشد . ابعاد سیم پیچ بر اساس ولتاژ سیستم و ماکزیمم قدرت ژنراتور تعیین می گردد . در ژنراتورهای ولتاژ بالا لایه خارجی کابل در تمام طول کابل زمین می گردد ، این امر موجب می شود که میدان الکتریکی در طول کابل محدود گردد و دیگر مانند ژنراتورهای معمولی نیاز به کنترل میدان در ناحیه انتهایی سیم پیچ نباشد .

تخلیه جزیی ( Partial discharge) در هیچ ناحیه ای از سیم پیچ وجود ندارد و همچنین ایمنی افراد بهره بردار و یا تعمیرکار افزایش می یابد . سربندی ها و اتصالات معمولا در فضای خالی مورد دسترس در محل انجام می گیرد ، بنابراین محل این اتصالات در یک نیروگاه نسبت به نیروگاه دیگر متفاوت می باشد ، اما در هر حال این اتصالات در خارج از هسته استاتور می باشد ، برای مثال اتصالات و سربندی ها ممکن است زیر ژنراتور و یا خارج از قاب استاتور ( Statorframe ) انجام گیرد . بدین ترتیب اتصالات و سربندی ها ، مشکلات ناشی از ارتعاشات و لرزش های بوجود آمده در ماشین های معمولی را نخواهند داشت .

در طرح کنونی ژنراتور ولتاژ بالا دو نوع سیستم خنک کنندگی وجود دارد ، روتور و سیم پیچ های انتهایی توسط هوا خنک می گردند در حالیکه استاتور توسط آب خنک می گردد . سیستم خنک کنندگی آب شامل لوله های XLPE قرار گرفته شده در هسته استاتور می باشد که آب از این لوله ها جریان می یابد و هسته استاتور را خنک نگه می دارد . مقایسه جریان اتصال کوتاه در نیروگاه مجهز به ژنراتور ولتاژ بالا با نیروگاه مجهز به ژنراتور معمولی نشان می دهد که به دلیل اینکه در نیروگاه با ژنراتور ولتاژ بالا راکتانس ترانسفورماتور حذف می گردد جریان های خطا کوچکتر می باشد .

ادامه مطلب در:
http://petronet.ir/index.php?module=content&func=viewpage&pageid=610

ژنراتور AC یا آلترناتور (AC generator or alternator)

مولد های AC یا آلترناتورها درست مثل مولدهای DC براساس القاء الکترومغناطیس کار می کنند، آنها نیز شامل یک سیم پیچ آرمیچر و یک میدان مغناطیسی هستند اما یک اختلاف مهم بین این دو وجود دارد ، در حالی که در ژنراتورهای DC آرمیچر چرخیده می شود و سیستم میدان ثابت است در آلترناتورها آرایش عکس وجود دارد.آلترناتورها یک ژنراتور ساده بدون کموتاتور ، یک جریان الکتریکی متناوب تولید می کنند.
ژنراتور AC در دو حالت خاص با ژنراتور DC فرق می کند . پایانه های سیم پیچ آرمیچر آن بیرون هستند . برای حلقه های لغزان جزئی شده جامد روی شفت (میله) ژنراتور به جای کموتاتور و سیم پیچ های میدان توسط یک منبع DC خارجی تغذیه انرژی می شود تا اینکه توسط خود ژنراتور این کار انجام شود . ژنراتور های AC سرعت پایینی با تعداد زیادی قطب در حدود 100 قطب ساخته می شوند.

 آلترناتورها با توربین های سرعت بالا راه اندازی می شوند . فرکانس جریان گرفته شده توسط ژنراتور AC مساوی است با نیمی از تعداد قطب ها و تعداد چرخش آرمیچر در ثانیه. بخاطر احتمال جرقه زنی بین جاروبک ها و حلقه های لغزان و خطر شکست های مکانیکی که ممکن است سبب اتصال کوتاه شود. آلترناتورها به یک سیم پیچ ساکن که بدور یک رتور می چرخد و این رتور شامل تعدادی آهنربای مغناطیسی میدان هستند ساخته می شوند. اصل عملکرد آنها نیز دقیقا" مشابه عملکرد ژنراتورهای AC توصیف شده اند.

شکل 5- ژنراتور AC

ادامه مطلب در:

http://petronet.ir/index.php?module=content&func=viewpage&pageid=609