ترانسفورماتور ایزوله

یکی از روشهای کاهش خطر برق گرفتگی خصوصا در خانه ها استفاده از سیستم حفاظت با ترانسفورماتور جدا کننده یا ترانس ایزوله می باشد. برای جلوگیری از انتقال ولتاژ بالای AC و کاهش اثرات ناشی از صاعقه و حفاظت از اتصال غیر عمد افراد با یکی از سیم ها و یا اتصال کوتاه داخلی بین یکی از سیم ها و بدنه دستگاه ها ناشی از رطوبت یا عوامل فیزیکی از ترانس ایزوله استفاده می شود.

با توجه به اهمیت ایزولاسیون برق در بیمارستانها و NICU,CCU و ICU اتاق های عمل و همچنین بخشهای کلینیک های تخصصی، برای جلوگیری از برق گرفتگی بیمار و پرسنل و رعایت نکات مذکور در استانداردها، از ترانس های ایزوله استفاده می شودکه در دو نوع (EXTERNAL) یا خارجی به صورت دستگاه مستقل و (INTERNAL) یا داخل تابلو برق قابل استفاده می باشد. در عین حال تمامی موارد فوق در محیط های صنعتی دارای ماشینهای CNC مانند واتر جت،تراش،فرز،پانچ و… نیز صادق است.ترانسفورماتور یک به یک یا ایزوله به ترانسفورماتوری گفته می شود که ولتاژخروجی آن با ولتاژ ورودی آن برابر باشد.

Isolated transformer

استفاده از ترانسفورماتور های یک به یک در بین دو مدار الکتریکی باعث می شود تا در عمل ، ارتباط و تبادل انرژی الکتریکی بین آنها قطع شود. به همین دلیل این نوع ترانسفورماتورها را ایزوله یا جداکننده نیز می نامند. ترانسفورماتور ایزوله در مدار نقش حفاظت کننده اشخاص در مقابل برق گرفتگی را ایفا می کند زیرا این ترانسفورماتورها شبکه را از زمین ایزوله یا جدا می کنند و در نتیجه تماس با سیم برق باعث برق گرفتگی نمی شود.

در این نوع حفاظت از ترانسفورماتور با دو سیم پیچ مجزای یک به یک و یا کاهنده استفاده می شود که ولتاژ خروجی آن بیش از 42 ولت است در ترانسفورماتور یک به یک ولتاژ ثانویه برابر ولتاژ شبکه می باشد. ترانسفورماتور ولتاژ تغذیه مصرف کننده را از نظر الکتریکی از شبکه جدا می کند. به ثانویه ترانسفورماتور حفاظتی، اتصال بیش از یک مصرف کننده مجاز نمی باشد زیرا در صورت اتصال بدنه همزمان دو مصرف کننده احتمال خطر برق گرفتگی وجود دارد ثانویه این نوع ترانسفورماتور نباید اتصال زمین داشته باشد.

نحوه عملکرد ترانس ایزوله: ترانس ایزوله به دلیل وجود امپدانس کم ، انتقال توان در محدوده طراحی شده را به خوبی انجام می دهد و نیز به دلیل عایق بندی مناسب و عدم وجود ارتباط الکترونیکی بین اولیه و ثانویه از عبور ولتاژ DC به طور کامل جلوگیری می کند.علاوه بر این طراحی این ترانس در محدوده فرکانس 50Hz عملاً باعث ایجاد امپدانس بالا برای فرکانس های زیاد و نویزهای ناشی از دستگاه ها به صورت دو طرفه می شود.

همچنین به اشباع رفتن هسته ترانس، مانع از عبور فرکانس های بالا ناشی از صاعقه یا هر عامل دیگری خواهد شد.عدم ارتباط الکترونیکی بین اولیه وثانویه عملاً ارتباط بین زمین و ثانویه را از بین می برد و در قسمت ایزوله یا ثانویه ،مفهومی از فاز و نول وجود ندارد و هیچ کدام از سیمها باعث برق گرفتگی نخواهد شد. در مکان هایی که اختلالات ونویزهای شدید در شبکه وجود دارد می توان از نوع SINGLE SHIELDوSHIELD DOUBLE این ترانسفورمر استفاده کرد.

 

 

ویژگی های ترانس ایزوله:

  1. ایزولاسیون با سطح بسیار بالا
  2. اتصال زمین بسیار مطمئن
  3. عدم تداخل فرکانس های رادیویی و نویز بسیار پایین
  4. پالایش تداخل های ناشی از بارهای غیر خطی
  5. بهبود دهی قدرت کلی سیستم
  6. طراحی جهت مصارف خاص مورد استفاده در قدرت های: – 1تا 15 کیلو ولت آمپر تک فاز – 6تا 400 کیلو ولت آمپر سه فاز

ترانسفورماتور کنترل

ترانسفورماتور كنترل ترانسفورماتور ایزولاسیون است كه تنظیم ولتاژ مناسبی را ارائه می دهد، همچنین برای فراهم كردن درجه بالایی از ثبات و پایداری ولتاژ ثانویه (تنظیم) در طی مدت كوتاهی از وضعیت اضافه بار (جریانی که در زمان روشن شدن مدار کشیده میشود) طراحی میشود. ترانسفورماتورهای کنترلی همچنین به عنوان ترانسفورماتورهای ماشین ابزار، ترانسفورماتورهای کنترل صنعتی یا ترانسفورماتورهای کنترل انرژی شناخته می شوند.

ترانسفورماتور کنترل

ترانسفورماتورهای کنترل در جایی مفید هستند که ولتاژ موجود برای همساز کردن و وفق دادن ولتاژ مورد نیاز بار باید تغییر کند.

کاربردهای ترانسفورماتور کنترل شامل موارد زیر باشد:

بیمارستان ها
ساختمان های اداری
کارخانه های صنعتی
مدارس
ساختمان تجاری
مراکز خرید
ساختمانهای آپارتمانی
ساختمانهای بلند
ساختمانهای نهادی

ترانسفورماتور شيفت دهنده فاز

ترانسفورماتور شيفت دهنده فاز ( Phase Shifting Transformer- PST)

كه به آن تنظيم كننده ولتاژ فاز نيز گفته می شود به منظور كنترل توان انتقال يافته از خطوط مورد استفاده قرار می گيرد. اين كار با تغيير در دامنه و زاويه فاز ولتاژ صورت می گیرد. PST از دو ترانسفورماتور و يك مبدل تشكيل شده است. ورودی شيفت دهنده فاز ،ولتاژ سه فازی است كه توسط ترانسفورماتور تحريك (ET) فراهم می شود و خروجی آن ولتاژ سه فازی (VP) است كه بوسيله ترانسفورماتور سری تزريق (BT) به خط انتقال تزريق می گردد. مبدل نيز دامنه و زاويه فاز ولتاژ تزريقی را تعيين می كند.

بنابراين می توان توان اكتيو و يا راكتيو انتقالی از خط را با تزريق ولتاژ ديناميكی كنترل پذير مدوله كرد. مدوله كردن توان اكتيو و يا راكتيو می تواند نوسانات سيگنال كوچك سيستم را ميرا كند و پايداری سيستم در برابر اغتشاشات سيگنال بزرگ را بالا ببرد. مهمترين كاربرد PST كنترل توان حقيقی و ميراسازی نوسانات توان است. معمولاً دامنه تغييرات ولتاژ بوسيله PST ناچيز و قسمت عمده كنترل توان با تغيير در زاويه ولتاژ خط صورت می گيرد. در PST های جديد زاويه ولتاژ تزريقی بين 0 تا 2p قابل تنظيم است.

 

 

ترانسفورماتور سه فاز به تکفاز

تقارن یا به عبارت دیگرجریان کشی مساوی از هر فاز یکی از دغدغه های مراکز صنعتی می باشد.

این مساله زمانی اهمیت بیشتری پیدا می کند که مصرف کننده تک فاز با جریان بالا وجود داشته باشد. در این مواقع می توان از ترانسفورماتورهای سه فاز به تک فاز استفاده کرد. این ترانسفورماتور ها تا حد مطلوبی تقارن بار ایجاد می کنند. باید در نظر داشت که در نوع ترانسفورماتورها فاز وسط دوبرابر دو فاز کناری جریان می کشد. ترانسفورماتور سه فاز به تک فاز بر اساس نیاز مشتری طراحی و تولید می شود.

رابطه جریان در ترانسفورماتور سه فاز

در شبکه‌های توان بالا، انرژی بسیار زیادی جا‌به‌جا می‌شود. اگر این انرژی با ولتاژ نسبتا” کمی منتقل شود، طبیعی است که جریان در سیم ها باید بسیار زیاد باشد.

زیاد بودن جریان اولا” سطح مقطع بزرگی را برای هادی طلب می‌کند که تامین آن مشکل است. در ثانی سبب ایجاد تلفات انرژی زیادی در هادی‌ها می‌شود، می‌دانیم که توان تلف شده در هادی‌ها با مجذور جریان رابطه مستقیم دارد.

نکته مهم:

پس هر چه جریان کمتر باشد، تلفات در خط کمتر خواهد بود. همچنین سطح مقطع هادی‌ها نیز کوچکتر می‌شود. اما برای انتقال یک مقدار انرژی معین اگر خواسته باشیم جریان کوچک باشد، باید در عوض ولتاژ شبکه بزرگ شود.

در اینجا این ترانسفورماتورهای سه فاز (ترانسفورماتور افزاینده) هستند که ولتاژ را به مقدار دلخواه افزایش می‌دهند. بدیهی است که ولتاژ زیاد شده باید در محل مصرف توسط ترانسفورماتور سه فاز (ترانسفورماتور کاهنده) به اندازه مطلوب پایین آورده شود.

از این رو که در شبکه‌های توزیع و انتقال، قدرت زیادی با سیستم سه فاز منتقل می‌شود، پس ترانسفورماتورهای مورد نیاز باید دارای قدرت زیادی بوده و سه فاز باشند.

three-phase-to-single-phase-transformer

ساختمان ترانسفورماتور سه فاز

در شبکه‌های توان بالا، انرژی بسیار زیادی جا‌به‌جا می‌شود. اگر این انرژی با ولتاژ نسبتا” کمی منتقل شود، طبیعی است که جریان در سیم ها باید بسیار زیاد باشد.

زیاد بودن جریان اولا” سطح مقطع بزرگی را برای هادی طلب می‌کند که تامین آن مشکل است. در ثانی سبب ایجاد تلفات انرژی زیادی در هادی‌ها می‌شود، می‌دانیم که توان تلف شده در هادی‌ها با مجذور جریان رابطه مستقیم دارد.

نکته مهم:

پس هر چه جریان کمتر باشد، تلفات در خط کمتر خواهد بود. همچنین سطح مقطع هادی‌ها نیز کوچکتر می‌شود. اما برای انتقال یک مقدار انرژی معین اگر خواسته باشیم جریان کوچک باشد، باید در عوض ولتاژ شبکه بزرگ شود.

در اینجا این ترانسفورماتورهای سه فاز (ترانسفورماتور افزاینده) هستند که ولتاژ را به مقدار دلخواه افزایش می‌دهند. بدیهی است که ولتاژ زیاد شده باید در محل مصرف توسط ترانسفورماتور سه فاز (ترانسفورماتور کاهنده) به اندازه مطلوب پایین آورده شود.

از این رو که در شبکه‌های توزیع و انتقال، قدرت زیادی با سیستم سه فاز منتقل می‌شود، پس ترانسفورماتورهای مورد نیاز باید دارای قدرت زیادی بوده و سه فاز باشند.

ترانسفورماتور رکتیفایر

یکی از روشهای کاهش خطر برق گرفتگی خصوصا در خانه ها استفاده از سیستم حفاظت با ترانسفورماتور جدا کننده یا ترانس ایزوله می باشد. برای جلوگیری از انتقال ولتاژ بالای AC و کاهش اثرات ناشی از صاعقه و حفاظت از اتصال غیر عمد افراد با یکی از سیم ها و یا اتصال کوتاه داخلی بین یکی از سیم ها و بدنه دستگاه ها ناشی از رطوبت یا عوامل فیزیکی از ترانس ایزوله استفاده می شود.

با توجه به اهمیت ایزولاسیون برق در بیمارستانها و NICU,CCU و ICU اتاق های عمل و همچنین بخشهای کلینیک های تخصصی، برای جلوگیری از برق گرفتگی بیمار و پرسنل و رعایت نکات مذکور در استانداردها، از ترانس های ایزوله استفاده می شودکه در دو نوع (EXTERNAL) یا خارجی به صورت دستگاه مستقل و (INTERNAL) یا داخل تابلو برق قابل استفاده می باشد. در عین حال تمامی موارد فوق در محیط های صنعتی دارای ماشینهای CNC مانند واتر جت،تراش،فرز،پانچ و… نیز صادق است.

یک رکتیفایر می تواند به شکل های مختلفی مانند دیودهای حالت جامد، دیودهای لامپ خلأ، شیر قوس جیوه، یکسو کننده های تحت کنترل سیلیکون و دیگر سوئیچ های نیمه هادی مبتنی بر سیلیکون ارائه شود. اغتشاش هارمونیک کلی در جریان ورودی و مقادیر ضریب توان از تفاوت‌های عمده و اصلی در بین گونه‌های مختلف رکتیفایر هستند. براساس محدودیت‌های THDi&PF می‌توان مدل رکتیفایر مناسب را انتخاب کرد.

رکتیفایر

از یکسو کننده ها در دستگاه های مختلفی استفاده می شود از جمله:

  • نابع تغذیه DC
  • سیگنال های رادیویی یا آشکارسازها
  • منابع قدرت به جای تولید جریان
  • سیستم های انتقال توان با ولتاژ بالا
  •  بسیاری از لوازم خانگی مانند نوت بوک یا لپ تاپ ها، سیستم های بازی ویدیویی و تلویزیون از یکسو کننده های توان استفاده می کنند.

یکسوساز تکفاز (بسته به شیوه طراحی) معمولاً شامل یک یا دو یا چهار نیمه‌رسانای یکسوساز غیر قابل کنترل مانند دیود و یا یکسوساز قابل کنترل مانند تریستور است. برای کاهش ریپل یا نوسانات ناخواسته ولتاژ DC در خروجی مدار فوق، خازن موازی و برای کاهش نوسانات جریان DC در خروجی، سلف سری اضافه می شود. استفاده از یکسوسازهای چند فاز یکی از راه‌های کاهش نوسانات ناخواسته یا ریپل خروجی است. در نوع پیشرفته آن از آی سی استفاده می‌گردد. مدارات جدید از تکنولوژی سوییچینگ استفاده می‌کنند که با نمونه برداری از خروجی سیستم المان هایی را در داخل سیستم تغییر داده تا حداقل نوسانات در خروجی ظاهر گردد.

یکسوکننده نوعی ولتاژ و جریان اکتیو تولید کرده سپس آن را به صورت ولتاژ DC ثابت تنظیم می کند، هر چنداین کار بسته به جریان مصرف کننده نهایی متفاوت خواهد بود. یک رکتیفایر همچنین دارای شکل موج های متفاوتی است مانند:

  • نیم موج: در مدار یکسوساز نیم موج وقتی ولتاژ ورودی بزرگتر از صفر است دیود جریان را از خود عبور داده و ولتاژ خروجی با ولتاژ ورودی برابر می شود. اما زمانی که ولتاژ ورودی کوچکتر از صفر است دیود در حالت معکوس قرار گرفته و جریانی از خود عبور نمی دهد. در این وضعیت ولتاژ خروجی برابر صفر می باشد. از آنجایی که این مدار نصف موج سینوسی را عبور می دهد به آن یکسوساز نیم موج می گویند. این روش به دلیل اینکه تنها نیمی از موج ورودی به خروجی می رسد، کارآمد نمی باشد.
  • تمام موج: مداری است که با استفاده از پل دیود و با تغییردادن پلاریته تغذیه ورودی آن، پلاریته خروجی آن تغییر نمی‌کند و معمولاً برای یکسوسازی جریان متناوب و به دست آوردن جریانِ مستقیمِ تمام‌موج استفاده می‌شود.قسمت منفی شکل موج AC را عوض می کند و آن را با قسمت مثبت ترکیب می کند.
  • تکفاز AC :در صورتی که دارای ترانسفورماتورسر وسط باشد، با استفاده از دو دیود می توان یکسوکننده تمام موج را تشکیل داد و اگر ترانس سر وسط نداشته باشد باید از چهار دیود(پل دیود) استفاده کرد.
  • سه فاز AC : به طور کلی از سه جفت دیود استفاه می کند. مسئله مهمی که در رکتیفایرها مطرح می شود این است که توان AC دارای پیک موج و حداقل دامنه موج می باشد که باعث می شود نتوان ولتاژ DC ثابتی تولید کرد. معمولا برای بدست آوردن جریان DC صافتر، لازم است که همراه رکتیفایر توان یک مدار صاف کننده موج و یا فیلتر به کار برده شود.

ترانسفورماتور

ترانسفورماتور در سطح شبکه برق برای تغییر سطح ولتاژ و در نتیجه سطح جریان استفاده می شود و یکی از قدیمی ترین عناصر شبکه انتقال و توزیع الکتریکی می باشد.

از بخش تولید، که در آن برای تزریق توان به شبکه، نیاز به سطح ولتاژ بالایی می باشد، تا بخش مصرف که در آن از ولتاژهای ۱۰۰ تا۲۳۰ ولت استفاده می شود، به طور وسیعی از ترانسفورماتور برای تبدیل ولتاژ استفاده می شود. ترانسفورماتور HTSدر واقع ترانسفورماتوری است که به جای سیم پیچ های مسی در آن، از سیم های HTS استفاده می شود. سیم HTS از مواد ابررسانا تشکیل شده است و با توجه به ساختار ابررساناها باید حداکثر در دمای ۱۲۵ درجه کلوین، خنک نگه داشته شود. البته در عمل این دما بستگی به جریان عبوری از آن دارد. بنابراین به طور کلی فرق بین ترانسفورماتورهای HTS و ترانسفورماتورهای معمولی، استفاده از مواد ابررسانا است که باعث عبور جریان بیشتر و در نتیجه انتقال قدرت زیاد می شود.

معمولاً هر دستگاه HTS دارای تجهیزات زیر می باشد:

  • نوار و سیم پیچ های ابررسانا
  • سیستم تبرید
  • منبع تغذیه و قسمت های کنترلی
  • مدارات مغناطیسی