هدف از محاسبه پارامترهای مدار معادل ترانسفورماتور، آشنایی با مفاهیم درصد ولتاژ اتصال کوتاه یا %Uk و هم چنین نحوه محاسبه سریع قدرت اتصال کوتاه و فرمول امپدانس ترانسفورماتور بر این اساس می باشد. در این مقاله با نحوه انتقال امپدانس ترانسفورماتور، فرمول نسبت تبدیل ترانس و نحوه انجام آزمایش مدار باز ترانس آشنا می‌شویم. هم چنین این پارامترها می تواند در محاسبات شبکه این اطلاعات، رفتار صحیح عملکرد سیستم ترانسفورماتور را در شرایط گوناگون، مدل سازی کند.
مدار معادل ترانسفورماتور
در شکل زیر مدار معادل یک ترانسفورماتور واقعی را می بینید:
شکل(1)- مدار معادل یک ترانسفورماتور واقعی
که در آن R1مقاومت سیم پیچ اولیه، X1راکتانس شارنشتی در سیم پیچ اولیه
R2 مقاومت سیم پیچ ثانویه، X2راکتانس شارنشتی در سیم پیچ ثانویه
Rc مقاومت تلفات هسته، Xm راکتانس مغناطیس شوندگی
و E2 ǁE1ترانسی ایده آل می باشد.که می توان با انتقال مقاومت R1 و X1 (انتقال امپدانس ترانسفورماتور سمت اولیه) به سمت ثانویه، مدار معادل را به صورت زیر نمایش داد:
شکل(2)- مدار معادل یک ترانسفورماتور انتقال پارامترها از اولیه به سمت ثانویه
بیشتر بخوانید: انواع حفاظت های ترانسفورماتور
در عمل با توجه به بالا بودن اندازه مقاومت معادل Zcm نسبت به Z1 (امپدانس ترانسفورماتور سمت اولیه) و Z2 (امپدانس ترانسفورماتور سمت اولیه) می توان مدار معادل را به صورت زیر در طرف فشار ضعیف در نظر گرفت که در آن و (N1 / N2 (a به عنوان نسبت تبدیل ترانس، در نظر گرفته می شود.
شکل(3)- مدار معادل ترانسفورماتور در طرف فشارضعیف
آزمایش مدار باز و اتصال کوتاه که به تفصیل در ادامه توضیح داده شده است، روشی است که می توان بر روی یک ترانسفورماتور انجام داد و پارامترهای الکتریکی آن را با استفاده از آن به دست آورد.
حال با انجام آزمایش های مدار باز و اتصال کوتاه، پارامترهای ترانسفورماتور محاسبه می شود:
آزمایش اتصال کوتاه ترانسفورماتور
آزمایش اتصال کوتاه ترانسفورماتور برای محاسبه Re و Xe می باشد که ار آن ها در محاسبات شبکه استفاده می شود. مطابق شکل زیر، بخش فشار ضعیف دچار اتصال کوتاه می شود و تا زمانی که جریان ثانویه ترانس به میزان جریان نامی برسد، ولتاژ اولیه از صفر بیش تر می گردد.
شکل(4)- آزمایش اتصال کوتاه در ترانسفورماتور
این عدد ولتاژ، به طور قطع از ولتاژ نامی اولیه (برای مثال 20 کیلوولت) کم تر است می بایست درصدی از ولتاژ نامی باشد که آن را با %Uk نمایش می دهیم. به این معنا که درصدی از ولتاژ نامی که اگر به طرف اولیه ترانسفورماتور اعمال شود طرف دوم آن نیز در جریان نامی قرار می گیرد.
میزان درصد ولتاژ به دست آمده در آزمایش اتصال کوتاه، اندازه گیری و ثبت می شود که آن را با %Uk (امپدانس درصد ترانس) نمایش می دهند. هم چنین، توان تلف شده در جریان نامی را با وات متر اندازه گیری و عدد آن را ثبت می نمایند. با استفاده از اطلاعات ترانس و اعداد ثبت شده، مقادیر Re و Xe محاسبه می گردد. توجه کنید که جریان عبوری از Rc و Xm، به دلیل بالا بودن امپدانس صرف نظر گردد و صفر در نظر گرفته می شود.
مثال: در ترانس ساخت شرکت “ایران تراسفو“، اطلاعات زیر برای ترانس KV 33/0.4 با ظرفیت نامی 1250 KVA، ثبت شده است:
مطلوبست محاسبه Re و Xe
پیشنهاد ما– دانلود رایگان فایل اکسل محاسبات اتصال کوتاه در شبکه فشار ضعیف
*** دانلود رایگان فایل محاسبه ظرفیت ترانسفورماتور***
آزمایش مدار باز ترانسفورماتور
این آزمایش برای محاسبه Rc و Xm از پارامترهای هسته بوده و مقادیر آن، در رابطه تلفات و راندمان ترانس نیز کاربرد دارند. در این حالت، طرف اولیه ترانس به صورت مدار باز قرار داده شده و ولتاژ نامی (V2n ) به طرف دوم اعمال می شود.
اطلاعات جریان و توان اسمی تلف شده اندازه گیری و ثبت شده و با استفاده از ترانس، Rc و Xm محاسبه می شود. باید به این نکته توجه داشت که جریان عبوری از Re و Xe، به دلیل ایده ال بودن ترانس E2 ǁE1، برابر صفر می باشد.
شکل(5)- آزمایش مدار باز ترانسفورماتور
مثال: در ترانس ساخت شرکت “ایران ترانسفو”، مقادیر زیر برای ترانس 33/0.4 KV و ظرفیت 1250 KVA ثبت شده است.
مطلوبست محاسبه Rc و Xm …
توجه کنید IOCبرابر 1.5% جریان نامی است.
بیشتر بخوانید: گروه برداری ترانسفورماتور سه فاز
نکته قابل توجه، آن که در محاسبات شبکه از Re و Xe استفاده شده و از مقادیر Rc و Xm صرف نظر می شود. زیرا در حالت استفاده از ترانس در مقادیر نامی، مقاومت معادل بار، بسیار کم تر از اندازه Zcm است.
شکل(6)- مدار معادل ترانسفورماتور بدون در نظر گرفتن هسته
برای درک بهتر مسئله، در ترانس 1250 KVA با جریان نامی 1804 A و ولتاژ 400 VA میزان امپدانس بار، برابر 0.13 Ω می باشد. در حالی که کمی بیش تر از 14 Ω بوده است (با فرض اهمی بودن بارها)
بنابراین حذف تاثیر زیادی در محاسبات شبکه فشار ضعیف به وجود نمی آورد.
جدول اطلاعات ترانس های شرکت “ایران ترانسفو” را به همراه محاسبات پارامترهای آن، در زیر می بینید:
جدول(1)- مدار اطلاعات ترانسفورماتورهای شرکت ایران ترانسفو
اهمیت مدار معادل ترانسفورماتور در محاسبه ظرفیت ترانسفورماتور
همان طور که بیان شد مدار معادل ترانسفورماتور، یک ابزار بسیار قدرتمند برای تحلیل و شبیه‌سازی عملکرد ترانسفورماتور است. این مدار، ترانسفورماتور واقعی را با یک مدار الکتریکی ساده‌تر مدل می‌کند که شامل امپدانس‌های مختلفی مانند مقاومت، راکتانس شار نشتی و امپدانس مغناطیسی است. اگرچه ظرفیت ترانسفورماتور به طور مستقیم از روی مدار معادل قابل محاسبه نیست، اما این مدار نقش بسیار مهمی در محاسبه ظرفیت ترانسفورماتور و انتخاب ظرفیت استاندارد آن از روی جدول ظرفیت ترانسفورماتور ایفا می‌کند:
- محاسبه افت ولتاژ: با استفاده از مدار معادل می‌توان افت ولتاژ در ترانسفورماتور را تحت بارهای مختلف محاسبه کرد. این امر به مهندسان کمک می‌کند تا ظرفیت مناسب ترانسفورماتور را برای حفظ کیفیت ولتاژ در بار تعیین کنند.
- محاسبه راندمان: با استفاده از مدار معادل ترانسفورماتور می‌توان تلفات مختلف را در ترانسفورماتور محاسبه کرد و در نتیجه امکان محاسبه راندمان ترانسفورماتور را فراهم می‌آورد.
- آنالیز اتصال کوتاه: با استفاده از مدار معادل می‌توان جریان اتصال کوتاه ترانسفورماتور را محاسبه کرد که این اطلاعات برای طراحی سیستم‌های حفاظتی بسیار مهم است.
- انتخاب ترانسفورماتور مناسب: با در نظر گرفتن مدار معادل ترانسفورماتورهای مختلف، می‌توان ترانسفورماتوری را انتخاب کرد که برای کاربرد مورد نظر مناسب‌ترین باشد و کمترین تلفات و بیشترین راندمان را داشته باشد
سخن پایانی
در این مقاله که توسط متخصصان شرکت نیکسا (شرکت برق، کنترل و ابزار دقیق) تهیه شده است، ما نحوه محاسبه پارامترهای مدار معادل ترانسفورماتور و فرمول امپدانس ترانسفورماتور را بیان کردیم. با مفاهیمی همچون آزمایش اتصال کوتاه ترانسفورماتور و آزمایش مدار باز ترانسفورماتور آشنا شدیم. آموختیم که نسبت تبدیل ترانس چیست و انتقال امپدانس ترانسفورماتور از سمت اولیه به سمت ثانویه به چه صورت صورت می‌گیرد. شرکت نیکسا با بیش از 20 سال تجربه در زمینه پیمانکار برق صنعتی آماده ارائه خدمات در حوزه تاسیسات برق صنعتی و خدمات نصب و راه اندازی سیستم های برق می‌باشد.
پیشنهاد ما – محاسبه جریان اتصال کوتاه و قدرت اتصال کوتاه در شبکه فشار ضعیف
یک پاسخ
سلام، یه سوال، نوسانات بار چقدر روی تلفات توان مدار معادل ترانسفورماتور تاثیر داره؟