انواع مختلف ترانسفورماتور و برنامه ها

 

توابع اصلی

تبدیل ولتاژ:سطح ولتاژ را متناسب با سیستم های مختلف شبکه یا نیاز دستگاه تنظیم می کند.

انزوای الکتریکی:از انتشار گسل بین مدارهای اولیه و ثانویه جلوگیری می کند و باعث افزایش ایمنی می شود.

راندمان انتقال:انتقال ولتاژ بالا باعث کاهش جریان و از بین رفتن انرژی می شود و باعث افزایش کارایی کلی می شود.

 

 طبقه بندی بر اساس سطح ولتاژ

1. ترانسفورماتورهای قدرت

طبقه بندی براساس هدف و عملکرد

 

1. ترانسفورماتورهای برق

تعریف:در شبکه های برق برای پله ولتاژ بالا یا پایین (به طور معمول بالاتر از 33kV) استفاده می شود. ظرفیت بالا و برای عملکرد مداوم طراحی شده است.

برنامه ها:نیروگاه ها ، پست ها ، خطوط انتقال بین المللی ، مناطق بزرگ صنعتی.

مزایای:راندمان بالا (حداکثر 99 ٪) ، از عمر طولانی و طولانی ، جریان و قدرت بالا پشتیبانی می کند.

مضرات:سیستم های خنک کننده حجیم ، گران قیمت.

 

2. ترانسفورماتورهای توزیع

تعریف:ولتاژ متوسط ​​(10-35 کیلو ولت) تا ولتاژ کم (400\/230 ولت) برای کاربران نهایی. به طور معمول<2000kVA.

برنامه ها:جوامع مسکونی ، ساختمان های اداری ، مراکز ، مدارس ، بیمارستان ها.

مزایای:مقرون به صرفه ، نصب و نگهداری آسان ؛ مناسب برای استفاده در فضای باز یا قطب.

مضرات:راندمان کامل بار پایین ؛ از دست دادن انرژی تحت بار نور ؛ محدوده ولتاژ\/ظرفیت محدود.

 

3.

تعریف:سهم اولیه و ثانویه بخشی از سیم پیچ ؛ ولتاژ از طریق شیر آب تنظیم شده است.

برنامه ها:شروع موتور ، تنظیم ولتاژ ، سیستم های تست برق.

مزایای:جمع و جور ، کم هزینه ، راندمان بالا.

مضرات:بدون انزوا ؛ ایمنی پایین تر ، خطر بیشتر گسل.

 

4. ترانسفورماتورهای ابزار

ترانسفورماتور ولتاژ (VTS)

تعریف:مقیاس پایین ولتاژ برای اندازه گیری\/محافظت.

برنامه ها:متر ولتاژ ، رله های حفاظت ، اندازه گیری انرژی.

مزایای:دقت بالا ، جداسازی الکتریکی از سیستم های ولتاژ بالا.

مضرات:ثانویه نباید کوتاه باشد. حساس به هزینه

 

ترانسفورماتورهای فعلی (CTS)

تعریف:مقیاس پایین برای اندازه گیری ایمن یا محافظت.

برنامه ها:کنتورهای فعلی ، تشخیص فعلی گسل ، سیستم های محافظت.

مزایای:اندازه گیری دقیق ، ولتاژ بالا را از تجهیزات ولتاژ کم جدا می کند.

مضرات:ثانویه نباید در مدار باز باشد. مستعد ابتلا به مغناطیس باقیمانده.

 

ترانسفورماتورهای ابزار عمومی

تعریف:سیگنال های ولتاژ\/جریان بالا را به سیگنال های سطح امن و سطح پایین تبدیل کنید.

برنامه ها:پست ها ، اندازه گیری ، محافظت از رله.

مزایای:اندازه گیری ایمن ، دقت بالا ، استاندارد سازی.

مضرات:حساس به امپدانس و اشباع ؛ نیاز به کالیبراسیون و پایه گذاری صحیح دارد.

 

5. ترانسفورماتورهای انزوا

تعریف:جداسازی کامل بین اولیه و ثانویه ؛ اغلب نسبت 1: 1.

برنامه ها:دستگاه های پزشکی ، مراکز داده ، آزمایشگاه ها ، ابزارهای دقیق.

مزایای:ایمنی را تقویت می کند ، تداخل حالت مشترک را کاهش می دهد و حلقه های زمینی را از بین می برد.

مضرات:معمولاً ولتاژ را تغییر نمی دهد. هزینه نسبتاً بالا ؛ ردپای بزرگ

 

طبقه بندی توسطظرفیت

In IEC 60076-6, transformers can be classified by capacity into small, middle, and large transformers. Small mainly refers to transformers without additional radiators/coolers/pipes/corrugated oil tanks. Medium transformers refer to transformers with three-phase capacity ≤100 MVA or single-phase capacity ≤33.3 MVA. Large transformers refer to transformers with three-phase capacity >100 MVA or single-phase capacity >33.3 مگاولت آمپر

 

طبقه بندی توسط رسانه خنک کننده

با توجه به محیط خنک کننده ، ترانسفورماتورها را می توان به ترانسفورماتورهای میرخاش روغن و ترانسفورماتورهای نوع خشک تقسیم کرد. سپس ترانسفورماتورهای نوع خشک می توانند به ترانسفورماتورهای نوع ریخته گری رزین و ترانسفورماتورهای آغشته به فشار خلاء تقسیم شوند. ترانسفورماتورهای تحت فشار با فشار خلاء معمولاً ترانسفورماتورهای VPI نامیده می شوند.

مقایسه بین نوع خشک و ترانسفورماتور غوطه ور

 

ویژگی	ترانسفورماتور از نوع خشک	ترانسفورماتور نفتی
وسیله خنک کننده	هوا یا گازهای دیگر	روغن ترانسفورماتور
امنیت	زیاد ، بدون خطر آتش سوزی و انفجار	کم ، خطر احتراق روغن و انفجار وجود دارد
نگهدار	ساده ، بدون نیاز به تعویض منظم محیط خنک کننده	نیاز به تعویض و نگهداری منظم روغن دارد
حفاظت از محیط زیست	زیاد ، بدون آلودگی به محیط زیست	کم ، خطر نشت روغن و آلودگی محیط زیست وجود دارد
مناطق کاربردی	ساختمانهای مرتفع ، مترو ، بیمارستان ها و غیره	پست های خارج از منزل ، پارک های صنعتی و غیره

 

 

طبقه بندی براساس فاز

 

طبقه بندی توسط مواد اصلی و طراحی

 

1. توسط مواد اصلی

 

ترانسفورماتور هسته آهن

تعریف: از ورق های فولادی لمینت شده به عنوان هسته مغناطیسی برای هدایت شار مغناطیسی استفاده می کند. طراحی اصلی اغلب شامل اتصالات MITRED یا لمینت های مرحله ای برای کاهش عدم تمایل است. ضخامت ورق فولادی سیلیکون به طور معکوس متناسب با فرکانس عامل است (به عنوان مثال ، {1}} 3 میلی متر برای 5 {4}} هرتز ، 0.1 میلی متر برای 400 هرتز).

برنامه: انتقال برق (سیستم های 50\/60 هرتز) ، منبع تغذیه فرکانس خط ، کنترل بزرگ حرکتی برای سیستم های الکتریکی با قدرت بالا و حساس به هزینه.

مزایا: راندمان بالا (95-99 ٪) ، ظرفیت قدرت بزرگ (تا سطح GVA) ، هزینه کم. طراحی چند لایه و مدارهای مغناطیسی بهینه شده باعث افزایش راندمان تبدیل انرژی می شود.

معایب: حجیم به دلیل ورق های چند لایه ؛ تلفات قابل توجهی در فرکانس بالا (جریان گرداب و هیسترزیس). مستعد ارتعاش و سر و صدا. برای عملکرد با فرکانس بالا به دلیل افزایش تلفات مناسب نیست.

 

ترانسفورماتور هسته فریت

تعریف: از فریت (مواد مغناطیسی سرامیکی) به عنوان هسته مغناطیسی استفاده می کند ، مناسب برای کاربردهای با فرکانس بالا. فریت mn-zn بهینه زیر 1 مگاهرتز است ، در حالی که فریت NI-Zn فرکانس های بالاتر از 1 مگاهرتز است. دمای کوری (80-300 درجه) حداکثر دمای کار را تعیین می کند.

برنامه: سوئیچینگ منبع تغذیه (به عنوان مثال ، شارژرهای تلفن) ، اینورترهای با فرکانس بالا ، مدارهای RF ، توپ های الکترونیکی مناسب برای دستگاه های جمع و جور ، کم باخت و با فرکانس بالا.

مزایا: تلفات با فرکانس بالا بسیار پایین (بالاتر از 1 مگاهرتز) ، اندازه جمع و جور ، قابلیت ضد اشباع قوی. مواد متناسب برای نوارهای فرکانس خاص ، راندمان انتقال بالا را تضمین می کنند.

معایب: ظرفیت قدرت محدود (<10 kW), magnetic permeability varies with temperature, fragile and prone to cracking; performance degrades in high-temperature environments.

 

ترانسفورماتور هسته ای

تعریف: فاقد یک هسته مغناطیسی است و کاملاً به هوا یا محیط غیر مغناطیسی برای انتقال شار مغناطیسی متکی است. در فرکانس های مایکروویو (دامنه GHz) ، مانند برنامه های RFID ، با استفاده از ساختارهای سیم پیچ چند لایه یا لانه زنبوری برای بهبود جفت موثر است.

برنامه: ارتباطات RF (تنظیم آنتن) ، کویل های تسلا ، ابزارهای اندازه گیری با فرکانس بالا ، تجهیزات ابررسانا-ایده آل برای محیط های با فرکانس بالا یا خطی بالا.

مزایا: بدون هیسترزیس یا از دست دادن جریان ادی ، بدون اشباع مغناطیسی ، خطی بالا. طراحی بی نظیر باعث از بین رفتن مغناطیسی می شود و عملکرد پایدار را در فرکانس های بالا ارائه می دهد.

معایب: Low efficiency due to poor magnetic coupling, large size, limited to high-frequency applications (>100 کیلوهرتز) ؛ برای سناریوهای با فرکانس پایین یا با قدرت مناسب نیست.

 

2. با طراحی اصلی

 

ترانسفورماتور هسته برقی

تعریف: سیم پیچ ها در اطراف یک اندام مرکزی هسته پیچیده می شوند ، که معمولاً از نوع E یا UI است ، که معمولاً در ساختارهای ترانسفورماتور هسته ای استفاده می شود که در آن شار مغناطیسی از طریق یک مسیر مغناطیسی بسته حلقه می کند.

برنامه: ترانسفورماتور توزیع ، ترانسفورماتورهای برق و تجهیزات عمومی صنعتی\/برقی.

مزایا: فرآیند تولید بالغ ، مناسب برای تولید انبوه استاندارد. فضای عایق کافی امکان عملکرد ولتاژ بالا را فراهم می کند. مطلوب برای سیستم های خنک کننده روغن یا هوا.

معایب: مدار مغناطیسی طولانی تر منجر به شار نشت بالاتر ، لرزش و نویز کمی بالاتر می شود. ردپای نسبتاً بزرگتر

 

ترانسفورماتور هسته توروئید

تعریف: از یک هسته مغناطیسی با حلقه بسته استفاده می کند که سیم پیچ ها به طور یکنواخت در اطراف آن پیچیده می شوند و یک مسیر شار مغناطیسی کاملاً محصور را فراهم می کند.

برنامه: تجهیزات صوتی با کیفیت بالا ، دستگاه های پزشکی ، ابزار دقیق ، تجهیزات آزمایشگاهی ، آداپتورهای برق ، منبع تغذیه جمع و جور.

مزایا: نشت مغناطیسی بسیار کم و تداخل الکترومغناطیسی. راندمان بالا ، عملکرد آرام ؛ نصب جمع و جور و سبک ، انعطاف پذیر.

معایب: فرآیند سیم پیچ پیچیده ، هزینه تولید بالاتر ؛ نامناسب برای برنامه های ولتاژ بالا ؛ حفظ یا جایگزینی دشوار است.

 

3 با ساختار هسته

ترانسفورماتورهای خاص

 

1. ترانسفورماتورهای یکسو کننده

تعریف:ولتاژهای خاصی را برای واحدهای یکسو کننده تأمین می کند. طرح های چند پیچ ​​دهنده هارمونیک را کاهش می دهد.

برنامه ها:ذوب آلومینیوم ، انتقال DC ، قدرت کشش ، برقی.

مزایای:هارمونیک را به خوبی کنترل می کند. خروجی پایدار ؛ مناسب برای اصلاح با قدرت بالا.

مضرات:گرمای زیاد به دلیل هارمونیک ؛ سیستم های خنک کننده گران.

 

2. ترانسفورماتورهای کوره

تعریف:ولتاژ کم (10-100 ولت) و جریان زیاد (تا ده ها KA) را برای کوره های صنعتی تأمین می کند.

برنامه ها:ساخت فولاد ، ذوب فلزی ، پردازش حرارتی.

مزایای:خروجی جریان بالا و قابل تنظیم ؛ از مدارهای کوتاه مکرر پشتیبانی می کند.

مضرات:راندمان پایین تر ؛ مصرف انرژی بالا ؛ نیاز به خنک کننده دارد.

 

3 ترانسفورماتور آزمایش

تعریف:برای آزمایش عایق کوتاه مدت ولتاژ بالا (حداکثر چند صد ولت) تولید می کند.

برنامه ها:آزمایش کابل ، آزمایش عایق ، آزمایش پذیرش کارخانه.

مزایای:خروجی قابل تنظیم بالا ؛ ظرفیت اضافه بار کوتاه مدت.

مضرات:اندازه بزرگ ؛ زمان عملیاتی محدود ؛ نگهداری پیچیده

 

4. ترانسفورماتورهای جوشکاری

تعریف:قدرت کم ولتاژ و با جریان بالا برای جوش قوس را فراهم می کند. برای شکل گیری خروجی از شنت مغناطیسی یا واکنش نشت استفاده می کند.

برنامه ها:جوشکاری قوس دستی ، جوشکاری لکه ها و اماکن ساختمانی.

مزایای:خروجی پایدار ، مناسب برای قوس های مکرر. ایمنی بالا

مضرات:فاکتور قدرت کم ؛ کنترل پیچیده ؛ به جبران خسارت نیاز دارد.

 

در این بخش طبقه بندی ترانسفورماتورهای الکتریکی از طریق ابعاد متعدد ، از جمله سطح ولتاژ ترانسفورماتور ، هدف و عملکرد ، مراحل ، مواد اصلی ، طراحی هسته ، ساختار هسته و محیط خنک کننده تشریح شده است. تجزیه و تحلیل مقایسه ای از این دسته ها برای هدایت انتخاب بهینه ترانسفورماتور بر اساس خواسته های عملیاتی خاص و محدودیت های زیست محیطی ارائه شده است.