ساخت ترانسفورماتورهای قدرت تک فاز و ارائه الگوریتم مناسب برای طراحی بهینه آن

بخشی از فهرست مطالب پروژه ساخت ترانسفورماتورهای قدرت تک فاز و ارائه الگوریتم مناسب برای طراحی بهینه آن

مقدمه
فصل اول: مفاهیم اساسی  در طراحی
فصل دوم: هسته ترانسفورماتور
فصل سوم: سیم پیچی ترانسفورماتور
فصل چهارم: طراحی ترانسفورماتور
منابع و مراجع
 

مقدمه
در میان مباحث مختلف علوم بحث طراحی یکی از مهمترین موضوعاتی است که در مورد آن باید تحقیقات وسیعی انجام شود. در مورد دستگاهها و وسایل الکتریکی نیز موضوع طراحی جایگاه ویژه ای دارد.
شاید پرکاربردترین وسیله ای که در اغلب دستگاههای الکتریکی و الکترونیکی بصورت مستقیم یا غیرمستقیم و در اندازه های کوچک و بزرگ استفاده می شود، ترانسفورماتور می باشد.
ترانسفورماتورها از نظر کاربرد انواع مختلفی دارند: ترانسفورماتورهای ولتاژ (VT) ، ترانسفورماتورهای جریان (CT) ، ترانسفورماتورهای قدرت (PT) ، ترانسفورماتورهای امپدانس، ترانسفورماتورهای ایزولاسیون و اتوترانسفورمرها . هر کدام از این نوع ترانسفورماتورها کاربرد و تعریف خاص خود را دارند.
در روند طراحی ترانسها مسایل مختلفی مطرح می شود، و مراحل متعددی باید طی شود تا یک طراحی بصورت پایدار و مناسب ، قاب ساخت و استفاده بصورت عملی باشد.
در این پروژه، بعد از بررسی مقدماتی و تعریف بعضی از پارامترهای مهم در مبحث ترانس، از جمله میل مدور (CM) ، ضریب شکل موج (Form Factor) و نیز ضریب انباشتگی سطح مقطع (Stacking factor) به معرفی دو فرمول اساسی مورد استفاده در روند طراحی پیشنهادی در این پروژه می پردازیم و در فصول بعدی به معرفی ضرایب مورد استفاده در طراحی هسته و سیم پیچی و نیز معرفی و ارایه کاتالوگها و نمودارهای موردنیاز برای طراحی انواع هسته و سیم پیجی، که از مباحث اساسی در ترانسفورماتورها می‌باشد، پرداخته میشود.
در ادامه مبحث اصلی و در واقع نتیجه ای که از مباحث قبلی گرفته شده است، در جهت ارائه یک نتیجه کلی، روندی برای طراحی ترانسفورماتورهای قدرت بصورت یک الگوریتم و روش برای طراحی آورده شده است.
در انتها نیز یک برنامه کامپیوتری در جهت بهبود روند طراحی و سرعت بخشیدن به انجام فرایند حجیم محاسباتی مبحث طراحی و بهبود بعضی از پارامترهای مهم از جمله راندمان، ارائه شده است. در پایان این بخش نیز نتایج چند طراحی آورده شده است.
 
فصل اول
مفاهیم اساسی در طراحی
در این قسمت به عنوان توضیح بعضی از تعاریف و مقدمات و چند مبحث بصورت گذرا مطرح می شود، که با توجه به اهمیت آشنایی با این مفاهیم در بحث طراحی می تواند بسیار مفید باشد.
تعاریف و مفاهیم:
مدل مدور (Circular Mil) :
میل مدور یکی از واحدهای متداول بین کننده سطح مقطع هادیها می‌باشد. وقتی که قطر هادی برابر با یک میل (mil) باشد، سطح مقطع هادی طبق روابط زیر و با توجه به شکل یک میل مدور خواهد بود.
 
(mil) قطر هادی D =
(CM) سطح مقطع هادی A=
۱ mil = 0.001 inch
۱ inch = 2.54 cm
 
(۱-۱)  
ضریب شکل موج (From Factor) :
ضریب شکل موج برابر با نسبت مقدار rms موج ولتاژ مورد استفاده به مقدار میانگین این شکل موج است، که بدین ترتیب برای هر شکل موج مشخصه موجود، این ضریب متفاوت خواهد بود. برای مواردی که از موج متناوب سینوسی استفاده می شود، مقدار این ضریب برابر با ۱۱/۱ در نظر گرفته خواهد شد.
(۲-۱)    
در شکل موج سینوسی روابط ۳-۱ و ۴-۱ برقرار می باشند:
(۳-۱)     و (۴-۱) 
و از روابط قبل برای موج سینوسی بدست می آید:
(۵-۱)  
ضریب انباشتگی در سطح مقطع (Stacking Factor) :
ضریب انباشتگی در سطح مقطع برای بیان این واقعیت مطرح می‌شود که، سطح مقطع محاسبه شده هسته همیشه از مقدار واقعی سطح مقطع آهن هسته بیشتر است. بنابراین برای استفاده از پارامتر سطح مقطع در فرمولها باید این ضریب را که مقدار آن اغلب عددی نزدیک یک بوده و تقریباً ۰.۹ و یا ۰.۹۵ می باشد، به مقدار سطح مقطع ضرب کرد.
انواع سیمهای تخت :
۱. سیم تختی که از سیم‌های گرد ساخته می‌شود و سطح مقطع آن به شکل مستطیل بوده ولی راسهای آن کاملا تیز نیست یعنی لبه آن به صورت گرد و دارای شعاع r می‌باشد.
لبه‌هابه این دلایل گرد می‌شوند که
•    قالب بندی آن کاملا مستطیل نمی‌تواند باشد
•    در لبه‌های نوک تیز میدان شدیدتر و خطرناکتر می‌باشد.
•    عایق بندی (پیچیدن کاغذ عایق روی آن) مشکل می‌شود چرا که عایق‌ها در اثر کشش در لبه‌های نوک تیز پاره می‌شوند.
۲. سیم‌های دو قلو که در ترانسفورماتور‌های با ولتاژ بالا به خاطر عایق بندی بهتر از این نوع سیم استفاده می شود.
۳. سیم‌های بافته که در زمان نیاز به سطح مقطع بالا (ترانسفورماتورهای با جریان‌های خیلی بالا) از این نوع سیم استفاده می‌شود. تعداد هادیها در سیم بافته فرد بوده و لاک شده می‌باشند و از همدیگر کاملا عایق می‌باشند با استفاده از این سیم تلفات eddy کاهش می‌یابد.

 
بخشی از منابع و مراجع پروژه ساخت ترانسفورماتورهای قدرت تک فاز و ارائه الگوریتم مناسب برای طراحی بهینه آن
Lowdon, E. : Practical Transformer Design Handbook.            [1] Edition : 1958
[۲] Electrical machinery Analyses Applying MATLAB
[۳] حشمتی، احمد. گزارش دوره آموزش در شرکت ایران ترانسفو زنجان – قسمت فنی تابستان ۱۳۸۰
[۴] نصیری، علی. جزوه طراحی ترانسفورماتور. دانشگاه زنجان.
[۵] سایت اینترنتی : http : // www.magmet.com