اتوترانسفورماتورهای کارآمد و حفاظت از محیط زیست

اتوترانسفورماتور که به آن اتوترانسفورماتور نیز گفته می شود ، یک مدل ترانسفورماتور است که برای کاهش یا افزایش ولتاژ جریان استفاده می شود. بر خلاف مدل سنتی ترانسفورماتور ، اتوترانسفورماتور تنها از یک سیم پیچ تشکیل شده است ، که هم به عنوان سیم پیچ اولیه و هم به عنوان سیم پیچ ثانویه عمل می کند.

اصل کار autotransformer بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی است. هنگامی که جریان AC از طریق سیم پیچ جریان می یابد ، یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود و میدان مغناطیسی در هسته مدل ترانسفورماتور توزیع می شود. این میدان مغناطیسی ولتاژ متناسب با تعداد چرخش در سیم پیچ را القا می کند.

بسته به نحوه اتصال سیم پیچ ، می توان از اتوترانسفورماتور برای افزایش یا کاهش ولتاژ استفاده کرد. اگر در یک نقطه روی سیم پیچ وصل شوید ، ولتاژ کاهش می یابد ، در حالی که اتصال در نقطه دیگر باعث افزایش ولتاژ می شود.

در مقایسه با ترانسفورماتورهای سنتی ، از مزایای استفاده از ترانسفورماتورهای خودکار ، راندمان بالا و وزن سبک است. با این حال ، نقطه ضعف آن این است که جداسازی فعلی بین طرف های اولیه و ثانویه را فراهم نمی کند ، به این معنی که سیم ها به هم وصل می شوند و خطرات ایمنی خاصی وجود دارد.

Autotransformers عمدتا برای تنظیم ولتاژ در سیستم های الکتریکی استفاده می شود. آنها می توانند انرژی الکتریکی را با ولتاژ مشخص به ولتاژهای مختلف تبدیل کنند تا نیازهای تجهیزات مختلف را برآورده سازند.

یکی از مهمترین مزیت های ترانسفورماتور ، راندمان بالا است. از آنجا که آنها فقط یک سیم پیچ دارند ، به دلیل مقاومت سیم ، تلفات کمتری دارند. این منجر به کاهش هزینه های عملیاتی و تولید گرمای کمتری می شود.

مزیت دیگر طراحی جمع و جور است. با از بین بردن سیم پیچ های ثانویه جداگانه ، مدل ترانسفورماتور می تواند کوچکتر و سبک تر شود. این امر به ویژه در برنامه های کاربردی با فضای محدود مانند تجهیزات الکترونیکی یا صنعت مفید است.

علاوه بر این ، autotransformers قابلیت اطمینان بالا و نصب آسان را فراهم می کند. از آنجا که قطعات متحرک کمتری نسبت به ترانسفورماتورهای سنتی دارند ، کمتر مستعد خرابی یا خرابی هستند.

به طور کلی ، autotransformers یک راه حل مقرون به صرفه برای تنظیم ولتاژ در برنامه های مختلف است. آنها می توانند در صنایع مختلفی از جمله برق ، اتوماسیون و خدمات ساختمانی مورد استفاده قرار گیرند.

تفاوت اصلی بین ترانسفورماتور خودکار و ترانسفورماتور سنتی در حالت کار ، ساختار سیم پیچ و استفاده در نظر گرفته شده است.

1روش کار: در یک مدل ترانسفورماتور معمولی ، ولتاژ یا بالا می رود (مدل ترانسفورماتور ولتاژ بالا) یا کاهش می یابد (مدل ترانسفورماتور ولتاژ کم) ، و جریان با نسبت مخالف تنظیم می شود. با این حال ، autotransformer یک مدل ترانسفورماتور ویژه با تنها یک سیم پیچ است. در نتیجه ولتاژ تغییر نمی کند و فقط جریان تنظیم می شود.

2ساختار سیم پیچ: مدل سنتی ترانسفورماتور از دو سیم پیچ ، سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه تشکیل شده است که به صورت مغناطیسی با هم همراه هستند. این سیم پیچ ها از نظر الکتریکی از یکدیگر عایق بندی شده اند. با این حال ، در اتوترانسفورماتور ، فقط یک سیم پیچ وجود دارد که از وسط جدا شده است. این مدار را قطع می کند و جریان را کاهش می دهد.

3استفاده در نظر گرفته شده: autotransformers عمدتاً در برنامه هایی استفاده می شود که جریان بدون تغییر ولتاژ نیاز به تنظیم دارد. یک مثال معمول فناوری روشنایی است که در آن ولتاژ باید ثابت نگه داشته شود در حالی که جریان برای صرفه جویی در مصرف انرژی کاهش می یابد. در بعضی از موتورها و الکترونیک ها نیز از ترانسفورماتورها برای کنترل جریان استفاده می شود.

به طور خلاصه ، در مقایسه با ترانسفورماتورهای سنتی ، اتوترانسفورماتور تنها یک سیم پیچ دارد که می تواند جریان را ضمن ثابت نگه داشتن ولتاژ تنظیم کند. آنها عمدتاً در برنامه هایی استفاده می شوند که برای صرفه جویی در مصرف انرژی ، نیاز به کاهش جریان بدون تغییر ولتاژ دارند.

انواع مختلفی از ترانسفورماتورها وجود دارد و بسته به کاربرد آنها ویژگی ها و کارکردهای متفاوتی دارند. در اینجا برخی از انواع متداول آورده شده است:

1اتوترانسفورماتور با نسبت ثابت: این نوع اتوترانسفورماتور دارای نسبت تبدیل ثابت بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه است. آنها معمولاً برای کاهش یا افزایش ولتاژ در شبکه استفاده می شوند.

2autotransformers با ولتاژ متغیر: این نوع autotransformer امکان تنظیم ولتاژ متغیر را با سیم پیچ مجدد یا استفاده از شیر (پین) روی سیم پیچ فراهم می کند. آنها معمولاً در دستگاههای الکترونیکی برای تطبیق ولتاژ با اجزای مختلف استفاده می شوند.

3autotransformator: autotransformator نوع خاصی از autotransformator است که در آن قسمت های سیم پیچ اولیه و ثانویه به هم وصل می شوند. آنها معمولاً در دستگاه هایی مانند تنظیم کننده ولتاژ یا ترانسفورماتور ولتاژ برای تثبیت یا تبدیل ولتاژ استفاده می شوند.

4autotransformer سه فاز: این نوع autotransformer در شبکه های سه فاز برای تبدیل ولتاژ به سطوح پایین تر یا بالاتر استفاده می شود. آنها در کاربردهای صنعتی مانند کارخانه ها ، نیروگاه ها یا شبکه های توزیع استفاده می شوند.

5autotransformer پر از روغن: این autotransformer برای بهبود عایق بین سیم پیچ ها و تسهیل خنک کننده با روغن عایق مخصوص پر شده است. آنها در برنامه های ولتاژ بالا مانند خطوط انتقال یا شبکه های توزیع استفاده می شوند.

6autotransformers از نوع خشک: برخلاف ترانسفورماتورهای پر از روغن ، autotransformers از نوع خشک از عایق مایع استفاده نمی کنند. در عوض ، آنها از مواد عایق مخصوص مانند رزین یا هوا برای عایق کاری بین سیم پیچ ها استفاده می کنند. آنها معمولاً در ساختمانها ، دفاتر یا تأسیسات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند ، جایی که مایعات ممکن است ناخواسته یا مضر باشند.

اینها فقط چند نمونه از انواع ترانسفورماتور موجود است. بسته به کاربرد ، می توان از انواع دیگر ترانسفورماتورها نیز استفاده کرد.

هنگام استفاده از autotransformers چندین چالش و محدودیت وجود دارد:

1قدرت محدود: اتوترانسفورماتور از ظرفیت توان محدودی برخوردار است ، بنابراین برای برنامه هایی که نیاز به قدرت بسیار بالایی دارند مناسب نیست.

2تبدیل ولتاژ محدود: اتوترانسفورماتور فقط می تواند تبدیل ولتاژ محدود را انجام دهد. آنها معمولاً برای تغییرات ولتاژ کوچک طراحی شده اند و نمی توانند اختلافات زیادی بین ولتاژهای ورودی و خروجی داشته باشند.

3اندازه و وزن: ترانسفورماتورها معمولاً بزرگتر و سنگین تر از سایر انواع ترانسفورماتورها با عملکرد قابل مقایسه هستند. این می تواند به محدودیت فضا و وزن منجر شود ، به خصوص در برنامه هایی که فضای محدود دارند.

4هزینه: اتوترانسفورماتورها ممکن است گران تر از انواع دیگر ترانسفورماتورها باشند. این تا حدودی به دلیل طراحی خاص آنها است که از راندمان بالا و عایق کاری اطمینان می کند.

5خطر اتصال کوتاه: با توجه به طراحی ترانسفورماتور ، خطر اتصال کوتاه آن افزایش می یابد. انجام اقدامات حفاظتی مناسب برای جلوگیری از اتصال کوتاه و اطمینان از ایمنی بسیار مهم است.

6پیچیدگی طراحی: اتوترانسفورماتور برای دستیابی به تبدیل ولتاژ مورد نیاز به طراحی سیم پیچ ویژه ای نیاز دارد. این می تواند منجر به افزایش پیچیدگی در ساخت و نگهداری شود.

7محدودیت های برنامه: autotransformers برای همه برنامه ها مناسب نیست. آنها برای برنامه هایی که نیاز به تبدیل ولتاژ محدود دارند و محدودیت فضا و وزن مشکلی ندارند ، مناسب ترین هستند.

هنگام استفاده از autotransformers ، باید این چالش ها و محدودیت ها را در نظر بگیرید و الزامات یک برنامه خاص را با دقت بررسی کنید تا انتخاب صحیح انجام شود.

آهترانسفورماتور خودکاریک ترانسفورماتور تک سیم پیچ بدون جداسازی گالوانیک است که در آن طرفهای اولیه و ثانویه به صورت الکتریکی متصل می شوند. تبدیل ولتاژ از طریق سیم پیچ شیر مشترک روی هسته آهنی انجام می شود، که از این طریق فقط قدرت دیفرانسیل تبدیل می شود.

در مقایسه باترانسفورماتورهای جدا کنندهنیاز مواد برای نسبت های نزدیک به 1: 1 30-50٪ کاهش می یابد. کاربردهای معمولی اتصالات اصلی یا تنظیم ولتاژ با تفاوت کوچک مانند 110/220kV یا 380/400v.
است

چیست؟ترانسفورماتور خودکار: الفترانسفورماتوربا سیم پیچ مشترک برای سمت اولیه و ثانویه. قدرت را تا حدی رسانا منتقل می کند، مصرف مس و تلفات را کاهش می دهد و برای نسبت های تبدیل کوچک مناسب است.

فقدان جداسازی گالوانیک قدرت اتصال کوتاه را افزایش می دهد. استفاده به مفاهیم حفاظت هماهنگ نیاز دارد و مطابق با iec 60076-8 استاندارد می شود.

ترانسفورماتورهای خودکارعمدتاً در شبکه های ولتاژ بالا از 110 کیلوولت استفاده می شود، معمولاً برای اتصال شبکه 110/220 کیلوولت ، 220/380 کیلوولت یا 132/275 کیلوولت. پس انداز مواد فقط هزینه خروجی های بالای 50 مگاوا با نسبت های متوسط را توجیه می کند.

در محدوده ولتاژ متوسط، از اتوترانسفورماتورها برای منبع تغذیه کششی 15/25kv یا تنظیم ولتاژ صنعتی استفاده می شود. زیر 10 کیلو ولت، آنها غیر اقتصادی هستند، زیرا الزامات ایمنی و فقدان انزوا غالب است.

ترانسفورماتورهای خودکارعمدتاً در گروه سوئیچینگ ynyn0 طراحی شده اند، زیرا هر دو قسمت سیم پیچ باید به ستاره متصل باشند و نقطه ستاره باید زمینی شود. تغییر فاز 0 درجه است که اتصال مستقیم لوله اصلی را بدون خطاهای زاویه ای امکان پذیر می کند. مدارهای سه فاز

مانند dy5 یا yz11 نمی توانند تحقق یابند زیرا سیم پیچ مداوم اجازه سیم پیچ مستقل را نمی دهد. برای تغییر فاز ، باید از سیم پیچ های سوم اضافی یا جداگانه استفاده شودترانسفورماتورباید بالادست متصل شود.

در یک اتوترانسفورماتور، سیم پیچ ولتاژ کم در پتانسیل ولتاژ بالا قرار دارد زیرا هیچ جداسازی گالوانیک وجود ندارد. عایق باید برای بالاترین ولتاژ کار در سراسر طراحی شود، نه فقط برای خود ولتاژ سیم پیچ. ولتاژ بیش از حد

در سمت ولتاژ بالا مستقیماً به سمت ولتاژ کم منتقل می شود. این امر نیاز به دستگیر های هماهنگ در هر دو طرف و سطوح عایق بالاتری نسبت به آن داردترانسفورماتورهای جدا کنندهولتاژ ضربات رعد و برق باید در سمت برق هماهنگ شود.

مهم‌ترین عیب ترانسفورماتورهای جداساز ، عدم وجود عایق‌کاری گالوانیک است. به دلیل اتصال رسانا بین سیم‌پیچ اولیه و ثانویه، پتانسیل شبکه به طور مستقیم منتقل می‌شود، به همین دلیل این ترانسفورماتورها طبق استانداردها به عنوان عایق حفاظتی برای ایمنی شخصی (SELV/PELV) مجاز نیستند.

نقطه‌ضعف فنی دیگر، کاهش امپدانس اتصال کوتاه است. در صورت بروز نقص، این امر منجر به جریان‌های اتصال کوتاه ($I_k$) بسیار بالاتر در مقایسه با ترانسفورماتورهای عایق‌بندی می‌شود، که این موضوع مستلزم ظرفیت قطع و وصل بالاتر متناسب با آن در دستگاه‌های حفاظتی پایین‌دستی است.

یک مزیت کلیدی اتوترانسفورمورها در شبکه‌های ولتاژ بالا، نسبت بالاتر توان ظاهری است که می‌توان با همان حجم هسته منتقل کرد. توان عبوری به‌صورت القایی و گالوانیک منتقل می‌شود که در مقایسه با ترانسفورماتورهای معمولی بازده را افزایش می‌دهد.

یک معایب، افزایش جریان اتصال کوتاه در صورت بروز خطا است، زیرا القای نشت کم سیم‌پیچ مشترک، مقدار امپدانس اتصال کوتاه را کاهش می‌دهد. این امر نیازهای بیشتری را بر دستگاه‌های حفاظتی و طراحی کلیدزنی در اتصال شبکه‌ها تحمیل می‌کند.

مزیت اصلی ترانسفورماتور کاهش‌دهنده در کاهش مصرف مواد نهفته است: در نسبت پیچش نزدیک به ۱:۱، حجم مس و مواد هسته در مقایسه با ترانسفورماتورهای دوپیچش ۳۰-۵۰٪ کاهش می‌یابد. بازده به بیش از ۹۹٪ می‌رسد، زیرا تنها اختلاف توان تبدیل می‌شود.

توان منتقل‌شده تا حدی به‌صورت گالوانیک و تا حدی به‌صورت القایی منتقل می‌شود - این امکان را می‌دهد که با همان مقطع عرضی هسته، توان ظاهری بالاتری حاصل شود. معایب: عدم وجود عایق گالوانیک بین سیم‌پیچ اولیه و ثانویه، به این معنی که ولتاژهای خطا مستقیماً منتقل می‌شوند. جریان‌های اتصال کوتاه به دلیل القا نشت پایین، بالاتر هستند. در شبکه‌های ولتاژ بالا، ترانسفورماتورهای راه‌اندازی و ترانسفورماتورهای کنترل استفاده می‌شود - مطابق با VDE 0551 برای عایق حفاظتی مجاز نیست.

کاربردهای معمول اتوترانسفورماتور شامل شبکه‌های ولتاژ بالا (کوپلینگ ۱۱۰-۳۸۰ کیلوولت)، ترانسفورماتورهای کاهش‌دهنده با ولتاژ خروجی متغیر، مدارهای راه‌اندازی موتور برای محدود کردن جریان و سیستم‌های تغذیهٔ برق راه‌آهن (۱۵ کیلوولت/۲۵ کیلوولت) است. نسبت دورها باید برای حداکثر بازده نزدیک به ۱:۱ باشد.

مطابق با VDE 0551 برای ایزولاسیون حفاظتی مجاز نیستند، زیرا ایزولاسیون گالوانیک وجود ندارد - ولتاژهای خطا مستقیماً منتقل می‌شوند. در تأسیسات آزمایشی، از اتوترانسفورماتورهای با توان تا ۴۰۰ کیلووار برای تنظیم ولتاژ بدون پله استفاده می‌شود. کاربردهای آزمایشگاهی از آنها برای آزمایش‌های جریان بالا با اختلاف ولتاژ کم استفاده می‌کنند. القای نشت پایین، جریان‌های اتصال کوتاه را افزایش می‌دهد - دستگاه‌های حفاظتی باید متناسب با آن انتخاب شوند.

در ترانسفورماتورهای افزاینده، با افزایش نسبت دور، صرفه‌جویی در مواد کاهش می‌یابد: برای نسبت‌های بالاتر از ۱:۲، صرفه‌جویی در مس و مواد هسته تا حد زیادی از بین می‌رود. نبود عایق‌کاری گالوانیک به یک خطر ایمنی تبدیل می‌شود - در صورت نقص عایق، ولتاژ ثانویه کامل در مدار اولیه حضور دارد.

تبدیل افزاینده در ولتاژهای اولیه پایین، بحرانی می‌شود: یک ترانسفورماتور افزاینده ۲۴ ولت/۲۳۰ ولت (نسبت ۹.۶) دیگر هیچ صرفه‌جویی در مواد ارائه نمی‌دهد و به دلیل عدم وجود جداسازی حفاظتی، با استاندارد VDE 0551 مغایرت دارد. توان دی‌الکتریک بین بخش‌های سیم‌پیچ باید بتواند کل اختلاف ولتاژ (در اینجا ۲۰۶ ولت) را تحمل کند. رویه استاندارد: نسبت افزایش ولتاژ برای ترانسفورماتورهای اقتصادی حداکثر ۱:۱.۵ است؛ بالاتر از این مقدار، طبق استانداردهای فنی و مقرراتی، به ترانسفورماتورهای دو سیم‌پیچ با ایزولاسیون گالوانیک نیاز است.