بلاگ, ترانسفورماتور

چگونگی محاسبات ترانسفورماتور

محاسبات ترانسفورماتور

ترانسفورماتور از چند سیم پیچ و یک هسته تشکیل شده است. که وظیفه ی آن تغییر سطح ولتاژ و ایجاد ایزولاسیون است. نوع، شکل و ابعاد هسته، ضخامت سیم ها و نوع سیم پیچی به مشخصات ترانس بستگی دارد. فرکانس کاری ترانس نوع هسته را مشخص می کند همچنین ضخامت سیم ها بر اساس جریانی که از آنها عبور می کند، مشخص می گردد.
ابعاد هسته نیز به ضخامت سیم ها و تعداد دور سیم پیچ ها بستگی دارد که آنها را می توان تابعی از توان ترانسفورماتور دانست. پارامتر های دیگری مانند اثرپوستی، اثرمجاورتی، اندوکتانس نشتی و خازن پراکندگی ترانسفورماتور شکل سیم ها و نوع سیم پیچی ترانس را تعیین می کنندو هر کدام از این متغیر های مربوط به ترانس ها نیازمند محاسباتی است که در این مقاله تحت عنوان محاسبات ترانسفورماتور به آنها می پردازیم.

فرمول محاسبات ترانسفورماتور ها

معمولا برای سیم پیچ اولیه و ثانویه ترانسفورماتور از هادی های مسی با روپوش لاکی استفاده می کنند. در ترانس های پر قدرت از هادی های مسی که بصورت تسمه هستند، با ابعاد استاندارد استفاده می شود. سیم پیچ ترانسفورماتورهای کوچک بر روی قرقره در طبقات مختلف پیچیده می شود.

آموزش نحوه محاسبه ی تعداد دور سیم بندی ترانسفورماتور

برای محاسبه ی تعداد دورهای سیم بندی اولیه و ثانویه، ابتدا باید تعداد دورهای لازم برای تولید یک ولت نیروی محرکه را بدست آورد. و بعد با توجه به ولتاژ کل سیم بندی در اولیه و ثانویه، تعداد کل دورهای سیم بندی در اولیه و ثانویه را محاسبه نمود. محاسبه ی مقدار دور در هر ولت:
n = 1 /) 4.44 × 50 × 1.2 × S × 10-4 (= 37.5/ S
S برحسب سانتی متر مربع خواهد بود.

چنانچه از افت ولتاژ ایجاد شده توسط مقاومت های اهمی و شار پراکندگی در سیم پیچ های اولیه و ثانویه صرف نظر شود، می توان تعداد کل سیم پیچ های اولیه و ثانویه را از رابطه ی زیر حساب کرد:
N1 = n.V1
N2 = n.V2

محاسبه ی ولتاژ موثر دو سر سیم پیچ

با تبدیل شار مغناطیسی به حاصل ضرب چگالی شار در سطح مقطع هسته و همچنین تبدیل ولتاژ به مقدار موثر می توان رابطه ی زیر را بین ولتاژ و چگالی شار ماکزیمم نوشت:
V = KNfBmaxA

در این رابطه V ولتاژ موثر دو سر سیم پیچ، N تعداد دور سیم پیچ، Bmax بیشینه ی مقدار چگالی شار هسته و A سطح مقطع هسته می باشد. همچنین K ظریبی است که برای شکل موج سینوسی مقدار 4.44 و برای شکل موج مربعی مقدار آن 4 می باشد.
برای ترانسفورماتورهای برق شبکه که فراکانسی برابر با 50 هرتز دارند، Bmax را حدود 1.1 تسلا قرار می دهیم. همچنین برای راحتی انجام محاسبات ترانسفورماتور، رابطه ی بالا را اینگونه می نویسند:
N =( 42/A) × Vدر این رابطه A سطح مقطع داخلی بوبین به سانتی متر مربع است.

برای ترانس های فرکانس بالا که از هسته ی فریت استفاده می شود Bmax را حداکثر به میزان 300 mT قرار می دهیم. در حقیقت هرچه مقدار کمتری برای Bmax در رابطه قرار دهید، از اشباع هسته فاصله ی بیشتری می گیرید ولی تعداد دور بیشتر می شود یا سطح مقطع هسته بزرگتر می گردد.

برای تعیین سطح مقطع هسته یا A باید به روش سعی و خطا عمل کرد. به این صورت که ابتدا به صورت تجربی و باتوجه به توان ترانسفورماتور یک سطح مقطعی در نظر می گیریم. سپس تعداد دور اولیه و ثانویه و ضخامت سیم های آنها را بدست می آوریم. این روند را آنقدر ادامه می دهیم تا به ابعاد هسته مناسب برسیم. دقت کنید که در محاسبات همواره مقداری فضای اضافه برای بوبین، عایق بین سیم پیچ ها و فضای خالی بین سیم ها لحاظ شود.

در تراسفورماتورهای فرکانس بالا متناسب با فضای در اختیار برای ترانسفورماتور از اشکال مختلف هسته استفاده می شود که ابعاد آنها استاندارد است و برگه مشخصات آنها در اینترنت در دسترس است.
در ترانسفورماتورهایی که فرکانس آنها 50 هرتز است از ورقه های آهن سیلیکونی استفاده می شود. که برای آنها بوبین با ابعاد مشخص و استانداردی موجود می باشد. توان را می توان معیار مناسبی برای ابعاد هسته ترانسفورماتور در نظر گرفت.
برای ترانسفورماتور فرکانس بالا از همان روش سعی و خطا باید A را تعیین کرد. برای تعیین شدن A تعداد دور هر دو سیم پیچ اولیه و ثانویه قابل محاسبه است.

در فرکانس های بالا پدیده ای به نام اثر پوستی نیز وجود دارد. که بر توزیع جریان در سطح مقطع سیم اثر می گذارد. در نتیجه باید در انتخاب سیم در فرکانس بالا اثر پوستی را نیز لحاظ کنیم.

محاسبات ترانسفورماتور جوشکاری

دستگاه های جوشکاری مقاومتی بر اساس ظرفیت ترانسفورماتور آنها سنجیده می شوند. همانطور که گفتیم ترانسفورماتور دستگاهی است که دارای مدارهای اولیه و ثانویه است و جریان و ولتاژ را متناسب با مصرف موردنیاز تغییر می دهد. دستگاه های جوش مقاومتی از نوع ترانسفورماتور های کاهنده هستند یعنی در مدار ثانویه مقدار ولتاژ کاهش می یابد و در عوض جریان الکتریکی افزایش می یابد. در ترانس ها راندمان یا ضریب قدرت اهمیت دارد و هرچه مقدار آن به %100 نزدیکتر باشد یعنی توان خروجی با توان ورودی برابر بوده و تلفات حرارتی کمتری داشته ایم.

ظرفیت ترانسفورماتورها را معمولا با KVA محاسبه می کنند که در اصل قدرت داده شده به مدار ورودی خواهد بود. مثلا اگر ولتاژ 220 ولت و جریان الکتریکی 45 آمپر را به ترانس بدهیم ظرفیت آن که حاصلضرب ولتاژ در جریان 10000 ولت آمپر یا 10 KVA خواهد بود. یعنی ترانسفورماتور دارای ظرفیت 10KVA خواهد بود. چرخه ی کاری یا duty cycle به معنی درصد فعالیت دستگاه به زمان خاموشی است و ظرفیت های ترانسفورماتورهای جوشکاری مقاومتی را برحسب %50 چرخه کاری در نظر می گیرند.
در عمل سیکل کاری دستگاه ها می تواند بین 1 تا 100 درصد متفاوت باشد. البته اگر درصد بالاتر از %50 باشد، توان خروجی کاهش خواهد یافت و برنامه ریزی تولید باید براساس آن صورت بگیرد. KVA مجاز، براساس مقدار گرمای ایجاد شده تاثیری بر روی عایق ها نمی گذارد. اگر بیش از ظرفیت مجاز از دستگاه استفاده شود گرمای بیش از حد در ترانس باعث افت راندمان و حتی شکسته شدن عایق های ترانس خواهد شد.

کلام پایانی

موارد بالا اصول محاسبات ترانسفورماتور هستند. در عمل بسیاری از محاسبات ترانسفورماتور به صورت تجربی انجام می شود. هرچه تجربه ی شما در ساختن ترانسفورماتور بیشتر باشد، انتخاب هسته و سیم مناسب برای شما راحت تر است.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *