بررسي اثر خطا ي اتصالي در هادي هاي CTC
فصل اول: آشنایی با مراحل کلی طراحی ترانسفورماتور
-۱-مقدمه
طراحي ترانسفورماتور يعني آماده سازي نقشه‌هاي اجرايي ترانسفورماتور اولین گام در ساخت آن است.
براي شروع كار محاسبه و طراحی حداقل مشخصات زير بايد ارائه شود:
– قدرت نامي ترانسفورماتور
– ولتاژهاي فشار قوي و ضعيف و گروه برداري

– امپدانس اتصال كوتاه، تلفات بي باري و بارداري
– ارتفاع، دما، درصد رطوبت نسبي و آلودگي محيط نصب
– استانداردها
در بعضي مواقع پاره‌اي مشخصات ويژه نيز اعمال مي‌نمايند به عنوان مثال محدوديت در چگالي شار يا چگالي جريان و يا محدوديت در ابعاد فيزيكي ترانسفورماتور. پس از دريافت اطلاعت و بر اساس مدارك موجود قسمت فعال ترانسفورماتور شامل سيم پيچيها، هسته و مواد عايقي محاسبه مي‌وند.
مدارك و استانداردهاي مورد استفاده ديگر عبارتند از VDE و DIN و IEC.
ترانسفورماتور طراحي شده را مي‌توان به دو گروه نرمال و ويژه تقسيم

كرد:
– منظور از ترانسفورماتور نرمال ترانسفورماتور هايي مي‌باشند كه به طور گسترده در شبكه توزيع مصرف دارند و بدين جهت به طور گسترده توليد مي‌شوند . ترانسفورماتورهای ۲۰۰kVA و ۱۰۰ ۵۰ و ۲۵ ، گروه برداري Yzn5 و نسبت ولتاژي ۲۰kV 4%/0.4kV
– ترانسهاي ويژه داراي شرايط خاصي هستند كه توسط مشتري ارائه مي‌شوند و توليدي محدود دارند.
ترانسفورماتور هاي توزيع عموماً داراي سيستم خنك كنندگي ONAN و Tap changer به صورت Off Load مي‌باشند كه براي رديف‌ ۲۰ كيلوولت، سه پله و براي رديف ۳۰ كيلو ولت، پنج پله مي‌باشند.
۱-۲-طراحي
طراحي ترانسفورماتور یعنی اجراي محاسبات مكانيكي جهت دفع حرارت ناشي از تلفات و هم چنين آماده سازي نقشه‌هاي مكانيكي ترانسفورماتور. مراحل مختلف این كار عبارتند از:
– طراحي هسته
– طراحي ابعاد برد شامل انتخاب نبشي‌ها يا تسمه‌هاي مناسب
– طراحي ساختمان جمعي سيم پيچيها
– سيم بنديهاي فشار قوي و فشار ضعيف (در فشار ضعيف انتخاب شينه‌هاي انعطاف پذير در توانهاي بالا، خمكاري تسمه‌هاي خروجي از بوبين جهت تعيين ارتفاع، مهار تسمه‌ها با استفاده از بستهاي چوبي، تعيين حداقل فاصله تا مركز بوشينگها و در فشار قوي با توجه به گروه برداري تعيين قطر و طول سيمهاي اتصال دهنده فازها جهت ايجاد گروه برداري مناسب، انتخاب كليد تنظيم ولتاژ)
– طراحي در پوش با توجه به ابعاد و سوراخكاري برد

– طراحي مخزن شامل محاسبات مكانيكي جهت محاسبه تعداد، عمق، گام و ارتفاع و رله‌ها
۱-۳-آزمايش ها
يكي از مباحث مهم ترانسفورماتور آزمايش و تست ترانسفورماتور براي حصول اطمينان از كيفيت الكتريكي و حرارتي ترانسفورماتور مي‌باشد. اين آزمايشات طبق استاندارد IEC-60076 انجام مي‌شود و به طور كلي به سه بخش تقسيم مي‌شوند:
تستهاي روتين – تستهاي نوعي – تستهاي ويژه

۱-۳-۱-تستهاي روتين
اينگونه تستها، تستهاي غير مخرب مي‌باشند و مي بايست طبق استاندارد بر روي تمامي ترانسفورماتورها انجام گيرند. براي ترانسفورماتورهای توزيع اين تستها عبارتند از :
– اندازه گيري نسبت تبديل : اين اندازه گيري در بي باري يعني در حالتيكه ثانويه ترانسفورماتور مدار باز مي باشد انجام مي پذيرد در اين حالت از افت ولتاژ ناشي از جريان بي باري مي‌توان صرفنظر كرد.
– گروه برداري: اين تست با تست نسبت تبديل تلفيق شده است چون در صورتيكه نسبت تبديل درست باشد مي‌توان اطمينان پيدا كرد كه گروه برداري هم مشكل نخواهد داشت.

– اندازه گيري مقاومت سيم پيچها: مقدار مقاومت سيم پيچ جزء مقادير گارانتي شده از طرف سازنده نيست اما داشتن آن براي محاسبه تلفات بار در دماي ۷۵ درجه (مطابق استاندارد) و نيز براي تعيين ميزان جهش حرارتي سيم پيچ در آزمايش لازم است. اين اندازه‌گيري در دماي محيط انجام مي‌پذيرد و با توجه به آنكه مقاومت سيم پيچ تابعي از دماست مي بايست نتيجه اندازه‌گيري را به دماي ۷۵ درجه انتقال داد. لازم به ذكر است براي ثبت مقاومت اندازه گيري شده مقدار دما نيز بايد ثبت شود.
– اندازه گيري شدت جريان و تلفات بي باري: هرگاه ترانسفورماتور تحت ولتاژ و فركانس نامي قرار

گيرد و طرف ديگر آن بي بار باشد تلفات حاصل در ترانسفورماتور را تلفات بي باري و جرياني كه در اينحالت ترانسفورماتور مي‌كشد را جريان بي باري مي‌نامند. اين تلفات و جريان براي هر ترانسفورماتور متصل به شبكه حتي در زماني كه از آن بارگيري نمي‌شود وجود دارد بنابراين با توجه به پيوسته بودن آن مقدار آن بايد پايين و در محدوده گارانتي باشد. اين تلفات شامل تلفات فوكو، هيسترزيس، ژولي و دي الكتريك مي‌باشد كه از بين اين موارد دو مورد آخر با توجه به كوچكي قابل صرفنظر كردن مي‌ باشند. اين تست از سمت فشار ضعيف انجام مي‌شود و تلورانس تلفات بي باري ۱۵درصد و جريان بي باري ۳۰ درصد مي‌باشد. موارد زير در ميزان جريان و تلفات بي باري موثر است: كيفيت ورقها، نحوه برش، هسته چيني و فاصله هوايي.
– اندازه‌گيري تلفات اتصال كوتاه: در اين تست فشار ضعيف را اتصال كوتاه مي‌كنند و ولتاژ فشار قوي را آنقدر افزايش مي‌دهيم تا جريان نامي از آن عبور كند، در اينحالت مي‌توان گفت كه در سمت فشار ضعيف نيز جريان نامي عبور مي كند . در اين آزمايش نيز با توجه به اينكه دماي محيط در مقدار مقاومت و در نتيجه تلفات بار تاثير دارد دماي محيط مي بايست ثبت شود و همچنين تلفات در دماي ۷۵ درجه محاسبه گردد. مقدار درصد ولتاژ اتصال كوتاه نيز با انتقال مقادير بدست آمده به دماي ۷۵ درجه محاسبه مي‌گردد. درصد امپدانس اتصال كوتاه براي ترانسفورماتورهاي تا ۲۵۰kVA به منظور كاهش تلفات بار در شبكه ۴ درصد و براي تستهاي بزرگتر جهت كاهش مقدار جريان

اتصال كوتاه ۶ درصد مي‌باشد.
– تستهاي عايقي: تستهايي كه تاكنون گفته شد جهت اندازه‌گيري پارامترهاي ترانس و كنترل مقادير شده آن بود اما تستهاي ديگري نيز وجود دارد كه جهت كسب اطمينان از كيفيت عايقي ترانسفورماتور انجام مي‌پذيرد اين تستها براي ترانسفورماتورهای توزيع عبارتند از :
الف- تست عايقي فشار ضعيف:در اين تست فشار ضعيف را به ولتاژ ۳kv متصل مي‌كنند و فشار

قوي و بدنه را به زمين متصل مي‌كنند. مدت زمان تست ۶۰ ثانيه مي‌باشد. در صورت نامناسب بودن عايقها و شكست آنها آرك خواهيم داشت. هدف از انجام اين تست بررسي عايق بين بوبين فشار ضعيف از يك سو و هسته، بدنه و بوبين فشار قوي از سوي ديگر مي‌باشد.
ب- تست عايقي فشار قوي: اين تست مشابه تست عايقي فشار ضعيف مي‌باشد و تنها ولتاژ اعمالي به فشار قوي ۵۰kV بوده و بدنه و فشار ضعيف داراي پتانسيل زمين ميش‌وند . هدف از انجام اين تست بررسي عايق بين بوبين فشار قوي از يك سو هسته ، بدنه و بوبين فشار قوي از سوي ديگر مي‌باشد.
پ- تست ولتاژ القايي: در اين تست بطرف فشار ضعيف دو برابر ولتاژ نامي اعمال مي‌كنند و در نتيجه در طرف فشار قوي كه بي بار است دو برابر ولتاژ نامي القا مي‌شود. براي جلوگيري از به اشباع رفتن هسته فركانس آزمايش را بالا مي‌برند. در آزمايشگاه فركانس تست ۱۵۰Hz مي‌باشد بنابراين طبق رابطه t=120*fn/ft زمان تست ۴۰ ثانيه مي‌باشد. اين تست براي بررسي كيفيت عايق بين لايه‌هاي بوبينها و عايق بين فازها انجام مي‌ود.
در تستهاي عايقي آرك نزدن بستگي به عواملي همچون كيفيت روغن، فاصله عايقي و ايزوله‌ها دارد. جرقه گيرها را براي پرهيز از عملشان در هنگام تست بر مي‌دارند.
۱-۳-۲-تستهاي نوعي

 

اين آزمايشات به صورت مدل و نمونه اي انجام مي‌شوند، بدين ترتيب كه معمولاً اولین واحد از يك نوع ترانسفورماتورتحت آزمايش قرار مي گيرد. از جمله اين تستها مي‌توان به تست حرارتي و تست ضربه اشاره كرد.
۱-۳-۳–تستهاي ويژه: اين تستها بر طبق خواست و با دريافت هزينه انجام مي‌گيرد. از جمله اين تستها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
اندازه گيري سطح صدا – تحمل اتصال كوتاه واقعي – اندازه‌گيري‌ هارمونيك جريان بي باري تست بار – تعيين ظرفيت خازني و تانژانت دلتا- اندازه‌گيري تخليه جزيي – اندازه‌گيري امپدانس توالي صفر

۱-۴-محاسبات هسته

– فواصل بین ساقهای هسته، فاصله مركز تا مركز سیم پیچها كه با توجه به قطر سیم پیچها بدست مي‌آيد.
– وزن كل آهن به كار رفته در هسته محاسبه می شود.
– تلفات اتصال كوتاه محاسبه می شود اين تلفات شامل تلفات DC در سیم پیچهای HV,LV میباشد.
– محاسبه %Uk : مهمترين پارامتري كه بايد به آن برسيم Uk درصد (امپدانس اتصال كوتاه) مي باشد.
– P0 را كه مربوط به تلفات فوكو و هيتر زمين مي‌باشد.
– محاسبه جريان بي باري Io
– محاسبه جريان هجومي
توضيحاتي در مورد پارامترهاي مختلف ترانس:
Po (Noload loss)
عبارتست از قدرت اكتيو مصرف شده وقتي كه ولتاژ نامي با فركانس نامي به سيم پيچ اوليه در بي باري اعمال مي‌شود و معمولاً شامل تلفات هسته مي‌باشد.
تلفات بار (short circuit losses):
تلفات اكتيو كه در شرايط نامي در ترانسفورماتور مصرف مي‌شود، تلفات بار ناشي از تلفات حرارتي عبور جريان در مقاومت سيم پيچها و تلفات اضافي حاصل از جريان گردابي در سيم مي‌باشد.
Uk امپدانس ولتاژ نامي :
امپدانسي است كه اگر خروجي را اتصال كوتاه كنيم و درصدي از ولتاژ نامي را اعمال نماييم جريان نامي از خروجي عبور كند. امپدانس ولتاژ نامي در شبكه ايران داراي استاندارد زير مي‌باشد:
براي قدرتهاي ۲۵KVA الي ۲۰۰ KVA : %Uk = 4%
بري قدرتهاي بالاي ۲۵۰KVA : %Uk = 6%
Isc جريان اتصال كوتاه:

مقدار جريان در ترمينالهاي خط، بعد از اينكه عناصر DC رو به كاهش گذاشتند. در مواقع نامي ، جريان اتصال كوتاه را مي‌توان از روي جريان نامي و امپدانس ولتاژ (IN.Uk) بدست آورد.
راندمان: راندمان عبارتست از قدرت اكتيو خروجي به ورودي .

تنظيم ولتاژ (Tapping and Tapping rany)
جهت كنترل ولتاژ در سيمهاي فشار قوي سرهاي اضافي طراحي گرديده‌اند . اين محدوده تغيير ولتاژ عبارتست از اختلاف بين ولتاژ طراحي ش

ده و حداكثر و يا حداقل ولتاژ قابل تنظيم سيم پيچ مي‌باشد. تنظيم ولتاژ‌ها نسبت به ولتاژ مبنا به صورت مثبت و منفي مي باشد.
نكته مهم: نوع كليدهاي استفاده شده در ترانسفورماتورهاي توزيع از نوع (off load) off circuit بوده و هنگام عمليات روي كليد و تغيير پله‌هاي تنظيم ولتاژ مي بايست ترانسفورماتور از دو سمت بي برق باشد.
جريان هجومي: جرياني است كه در لحظه برقرار كردن برق از سيم پيچ مي‌گذرد.
محاسبه مقدار نويز و صداي ترانسفورماتور:
ترانسفورماتورها توليد نويز و سر و صدا مي‌كنند. دليل ایجاد نويز تغيير بعد مغناطيسي مي‌باشد. وقتي هسته فرومغناطيس يك ترانسفورماتور مغناطيس ميشود در راستا و جهت شار مغناطيس كننده، متناوبا طول و سطح مقطع هسته كم و زياد مي‌شود، اين پديده باعث به وجود آمدن تغييرات كوچكي در ابعاد هسته خواهد شد. از آنجايي كه ورقهاي فولادي متناوباً ابعادشان را تغيير مي‌دهند، هسته نوسان مي‌كند و صداي وزوز توليد مي‌شود.

LA بر حسب DB، شدت صدايي كه در يك متري شنيده مي‌شود.
– محاسبه مدت زمان اتصال كوتاه:
موقعي كه اتصال كوتاه صورت مي‌گيرد دو پديده مهم مي‌باشد.
الف: پديده حرارت بالا

ب: پديده ديناميكي
الف:
IEC 60076-5 در مورد تحمل اتصال كوتاه ترانسفورماتور است. محاسبات اتصال كوتاه براي اتصال كوتاه در ترمينالهاي خروجي وقتي با ولتاژ‌ نامي تحريك شده باشد انجام مي‌شود. رايج ترين نوع اتصال برخورد يک فاز به زمين است. استاندارد گفته شده در بالا مجاز دانسته است كه دما در پايان اتصال كوتاه ْ۲۵۰ باشد. در شروع اتصال كوتاه فرض مي‌كنيم طبق استاندارد دما ْ۱۰۵ باشد. ْ۱۴۵ براي گرم شدن سيم پيچي جا است، كه به چگالي جريان اتصال كوتاه و زمان اتصال كوتاه و به ساخت ترانس بستگي دارد.

جريان سيم پيچي‌هاي اوليه و ثانويه ترانسفورماتور، شارهاي مغناطيسي توليد مي‌كنند كه در هسته آهني با يكديگر مخالفند. اين شارها در فضاي بين دو سيم پيچي جمع شونده‌اند. اين شار بين دو سيم پيچي ترانسفورماتور كه شار پراكندگي نام دارد نيروهاي مكانيكي در جهت عمود بر جهت شار پراكندگي ايجاد مي‌كند.

۱-۵-ساختمان هسته:
هسته ترانس به دو روش چيده مي‌شود:
۱٫ هسته هاي اورلپ
۲٫ هسته‌هاي استپ لپ
هسته اورلپ :
در اين روش ورق دوم يك مقدار از ورق اول عقب تر قرار مي‌گيرد، ورق سوم جاي ورق اول و چهارمي جاي دومي و الي آخر، اين روش روش چندان مناسبي نمي‌باشد، زيرا علاوه بر زمان بر بودن استحكام مكانيكي كمتري دارد، فاصله هوايي بيشتر خواهد بود و همينطور ايجاد نويز بيشتري خواهد داشت. در طراحي‌هاي انجام شده عقب نشيني يك ورق نسبت به ورق بعدي ۳۶mm مي‌باشد. در روش اورلپ از ورق تكي استفاده مي‌شود.
هسته استپ لپ:

در اين روش ورقها به صورت پلكاني چيده مي‌شوند، به اين طريق كه ۶ ورق نسبت به يكديگر عقب نشيني دارند مثلاً ورق دوم نسبت به اولي عقب تر قرار مي‌گيرد و اين عمل تا ورق ۶ ام ادامه پيدا مي‌كند و سپس دوباره اين سيكل تكرار مي‌شود . در چيدن استپ لپ حداكثر پيشروي ۳۶mm مي‌باشد.

 

فصل دوم
انواع سیم‌پیچی های ترانسفورماتور وساختمان آنها

۲-۱-مقدمه
يكي از ادوات بسيار مهم و گرانقيمت در صنعت برق، ترانسفورماتور مي‌باشد. اساس اصلي اين تجهيز كه در آن تبديل انرژي صورت مي‌گيرد، بر اساس دو اصل از اصول الكترومغناطيس مي‌باشد، كه عبارتند از: ۱- يك سيم حامل جريان در اطراف خود ميدان مغناطيسي ايجاد مي‌كند. ۲- اگر يك ميدان مغناطيسي متغير با زمان از درون يك حلقه بگذرد، در آن ولتاژ القاء مي‌شود. در ترانسفورماتور اين دو اصل توسط مجموعه‌اي از حلقه‌ها، موسوم به سيم‌پيچي و هسته، انجام مي‌شود. يك ترانسفورماتور ساده متشكل از دو سيم‌پيچي اوليه و ثانويه ‌مي‌باشد كه اين دو توسط مدار مغناطيسي (هسته) به هم مرتبط گشته‌اند.
۲-۲-تعاريف
۲-۲-۱سیم‌پیچ
اعمال ولتاژ نامي مربوط به ترانسفورماتور، به مجموعه دورهایی از هادیها كه يك مدار الكتريكي را تشكيل مي‌دهد صورت می‌گیرد که به آن سیم‌پیچ اطلاق مي‌شود. در ترانسفورماتور‌هاي چند فازه، مجموعه ای از سيم‌پيچ‌ها بر روی يك فاز (بروي يك ساق هسته) قرار مي‌گیرند.
۲-۲-۲-فاز ترانسفورماتور
مجموعه سيم‌پيچ ها که بر روی یک ساق هسته قرار می‌گیرند یک فاز از یک ترانسفورماتور يك چند فازه را تشکیل می‌دهند.
يك فاز مي‌تواند از چندين قسمت تشكيل شده باشد، بعنوان مثال به تعدادي متوالي از سيم‌پيچ‌ها‌ي اصلي، سيم‌پيچ‌ها‌ي تنظیم ولتاژ يا از تعدادي سيم‌پيچ متحدالمركز مضاعف که در يك فاز قرار دارند.

۲-۲-۳-جزء سيم‌پيچ‌
يك جزء سيم‌پيچ‌ از هادي‌هايي تشكيل شده است كه كنار هم بصورت محوري و يا شعاعي پيچيده شده است.
۲-۲-۴-هادي موازي
مفهوم هادي موازي برحسب راستاي محور بوبين معنا پيدا مي‌كند، كه متناسب با آن مفاهيم هادي موازي محوري و يا هادي موازي تعريف مي‌گردد.
در شكل (۲-۱)، سه هادي به موازات هم پيچيده شده و بطور موازي (به مفهوم الكتريكي) به هم وصل شده اند.

شكل (۲-۱)سه هادي موازي
در شكل (۲-۲) پنج هادي به موازات هم پيچيده شده و بطور موازی (به مفهوم الكتريكي) به هم وصل شده‌اند.

شكل (۲-۲) پنج هادي موازی
۲-۲-۵-انواع هادي‌ها

هادي‌ها در سيم‌پيچ‌ ترانسفوماتورها به دو صورت تقسيم بندي مي‌شوند:
 هادي تكي.
 تعدادي از هادي‌ها كه یک مجموعه‌ را بصورت موازي تشكيل دهد. (بصورت مجموعه‌اي به هم پيچيده شده)
هادي‌هاي تكي شامل موارد زير مي‌باشد:

 سيم گرد
 سيم تخت
 تسمه
 هادي توپر (ساخته‌شده بصورت استوانه‌اي شكل از ورق يا پروفيل)
مجموعه‌ به هم پيچيده شده از هادي‌ها نيز به انواع زير تقسيم مي‌شوند:
 هادي‌ دوقلو (شكل (۲-۳))
 هادي CTC (شكل (۲-۳))
 هادي CTC دوبل (شكل (۲-۳))
هادی دوقلو هادی CTC هادی CTCدوبل
شكل (۲-۳)انواع هادی ها
۲-۲-۶-سيم‌پيچ‌ با هادي‌هاي درهم‌شده
چنانچه بين دو دور كنار هم قرار گرفته‌ شده سيم‌پيچ‌،‌ اختلاف ولتاژي بيش از اختلاف ولتاژ يك دور سيم‌پيچ‌ وجود داشته باشد، اين سيم‌پيچ‌ را ((درهم)) مي نامند.
۲-۳-ترتيب قرارگرفتن (آرايش) سيم‌پيچ‌‌ها و انواع آن‌ها
سيم‌پيچ‌‌ها بطور كلي به دو صورت زير آرايش مي‌يابند:
 آرايش سيم‌پيچ‌‌ به صورت استوانه‌اي
هريك از قسمت‌هاي مختلف سيم‌پيچ‌‌ روي يك ساق هسته قرار مي‌گيرد، بنحوي كه نسبت به محور ساق، بطور شعاعي در كنار هم قرار مي‌گيرند. شكل (۲-۴)

شكل(۲-۴) آرايش سيم‌پيچ‌‌ به صورت استوانه‌اي
 آرايش سيم‌پيچ‌ها‌ي بشقابي
هريك از قسمت‌هاي مختلف سيم‌پيچ‌‌ به روي يك ساق هسته قرار مي‌گيرد، بنحوي كه نسبت به محور ساق، بطور شعاعي و در صورت لزوم بطور متناوب كنار هم قرار مي‌گيرند. شكل (۲-۵)

شكل(۲-۵) آرايش سيم‌پيچ‌ها‌ي بشقابي
بطور كلي سيم‌پيچ‌‌ها به انواع زير تقسيم‌بندي مي‌شوند:
 سيم‌پيچ‌‌ لايه‌اي: اين نوع سیم پیچ از يك يا چند قسمت (شامل تعداد دور مشخص) موسوم به لايه تشكيل شده است. به نحوي كه لايه‌ها نسبت به محور ساق هسته، بطور شعاعي كنار هم قرار مي‌گيرند. به عبارت ديگر در اين نوع سيم‌پيچ‌‌ دور‌هاي سيم‌پيچ يك لايه بصورت محوري كنار هم پيچيده مي‌شوند. در صورتيكه اين سيم‌پيچ چن

دلايه باشد، لايه‌ها در راستاي شعاعي كنار هم قرار مي‌گيرند، شكل (۲-۶). هر لايه فقط يك ورودي و يك خروجي الكتريكي دارد و ميان هر دور در يك لايه، هميشه يك اختلاف پتانسيل ساده وجود دارد.

شكل (۲-۶) نمايش سيم‌پيچ‌‌ لايه‌اي
انواع سيم‌پيچ‌‌های لايه‌اي بر اساس نوع اتصال در ورودي و خروجي لايه‌ها تقسيم‌بندي مي‌گردند. كه در بخش‌هاي آتي آورده شده‌اند.
 آرايش سيم‌پيچ بشقابي: اين نوع سيم‌پيچ‌‌ متشكل از چند قسمت (شامل تعداد دور مشخص) موسوم به ديسك يا بشقاب مي‌باشد. به نحوي كه دورهاي بشقاب‌ها نسبت به محور ساق هسته به صورت شعاعي پيچيده مي‌شود و بشقاب‌ها به صورت محوري در كنار هم قرار مي‌گيرند، شكل (۲-۷).

شكل (۲-۷) نمايش سيم‌پيچ‌‌ بشقابي
انواع سيم‌پيچ‌‌های بشقابي نيز بر اساس نوع اتصال در ورودي و خروجي لايه‌ها تقسيم‌بندي مي‌گردند. كه در بخش‌هاي آتي آورده شده‌اند.
 سيم‌پيچ‌‌ چند قسمتي: اين نوع سيم‌پيچ‌‌ تركيبي از سيم‌پيچ‌‌های لايه‌اي و بشقابي مي‌باشد كه از قسمت‌هاي مختلف (لايه‌ها و بشقاب‌ها) تشكيل شده است.
سيم‌پيچ‌‌هاي لايه‌اي به انواع زير تقسيم‌بندي مي‌شوند:
الف) سيم‌پيچ‌‌هاي لايه‌اي ساده ب‌) سيم‌پيچ‌‌هاي لايه‌اي درهم
الف) سيم‌پيچ‌‌هاي لايه‌اي ساده: در اين نوع سيم‌پيچ‌‌ هر لايه فقط داراي يك ورودي و يك خروجي الكتريكي است. ميان هر دو دور سيم‌پيچ مجاور در داخل يك لايه، همواره يك ولتاژ ساده (يك ولت بر دور) پديد مي‌آيد. در سيم‌پيچ‌هاي چندلايه‌اي، بر حسب اتصالات لايه‌ها، مي‌توان به انواع اتصالات زير تقسيم‌بندي نمود:
اتصال لايه‌اي تكي

اتصال لايه‌اي مضاعف
اتصال لايه‌ها دور يكديگر
 اتصال لا‌يه‌اي تكي: در اين نوع سيم‌پيچ‌‌ بعد از پيچيدن يك لايه، براي پيچيدن لاية بعدي باز از همان سر اول شروع مي‌شود. در اين نوع سيم‌پيچ طرز اتصال ورودي و خروجي الكتريكي دو لايه مجاور، بين بالا و پايين دو لايه‌ قرار مي‌گيرد. در اين حالت اگر تعداد دور يك لايه n و ولتاژ يك دور U باشد، ولتاژ بين دو لايه در همه جا برابر nU خواهد شد و تساوي اختلاف سطح الكتريكي بين دو لايه بوجود خواهد آمد. نقص عمده اين نوع سيم‌پيچي در برگرداندن سيم به سر اول مي‌باشد كه كار مشكلي است (شكل(۲-۸)).

شكل (۲-۸) سيم‌پيچ‌‌ لايه‌اي ساده با اتصالات لايه‌اي تكي
 اتصال لا‌يه‌‌هاي مضاعف: در اين نوع سيم‌پيچ‌‌، سيم به دور هسته و در راستاي محوري آن پيچيده مي‌شود و به انتها كه رسيد، برخواهد گشت. (مانند پيچيدن نخ به‌ دور قرقره). در اين نوع سيم‌پيچ طرز اتصال ورودي و خروجي الكتريكي دو لاية مجاور، به طور تناوبي يكي در بالا و يكي در پايين قرار مي‌گيرد. به عبارت ديگر اتصال خروجي‌هاي تك‌تك لايه‌ها با ورودي‌هاي لايه‌هاي مجاور در لبه‌هاي محوري لايه‌ها انجام مي‌پذيرد. نقص اين نوع سيم‌پيچ در اين است كه اگر تعداد دور يك لايه، n و ولتاژ يك دور، U باشد، ولتاژ بين دو لاية مجاور در يك طرف، صفر و در طرف ديگر، ۲nU است كه ممكن است بسيار بزرگ باشد. در بين دو لايه، در يك طرف اختلاف سطح ولتاژ، كم و در طرف ديگر اختلاف سطح ولتاژ، زياد است. پس عايق بين دو لايه در همه ‌جا به يك اندازه تحت تنش نيست و شدت ميدان الكتريكي يكنواخت نمي‌باشد (شكل(۲-۹))

شكل (۲-۹)سيم‌پيچ‌‌ لايه‌اي ساده با اتصال لايه‌اي مضاعفاز لاية وسط شروع شده و مانند سيم‌‌بندي‌‌هاي نوع قبل لايه‌ها بطور شعاعي افزايش مي‌يابد، با اين تفاوت كه اتصال لايه‌ها به طور تناوبي به سوي جلو و عقب مي‌باشد. به ‌طور مثال در يك سيم‌‌پيچ چهار لايه‌اي، ورودي لاية سوم به لاية دوم و خروجي آن به لاية اول متصل مي‌شود (شكل (۲-۱۰))

شكل(۲-۱۰) سيم‌پيچ‌‌ لايه‌اي ساده با اتصال لايه‌ها دور يكديگر

ب) سيم‌پيچ‌ها‌ي لايه‌اي درهم

هر لايه داراي چندين ورودي و خروجي‌ الكتريكي است. بين هر دو دور سيم‌پيچ‌ مجاور، هميشه چند برابر ولتاژ دور بر ولت وجود دارد.
كاربرد آن ترجيحاً براي سيم‌پيچهاي تنظيم ولتاژ مي‌باشد. بعنوان مثال نمودار اتصالات الكتريكي يك سيم‌پيچ تنظيم ولتاژ با ۳ پله در شكل (۲-۱۱) نشان داده شده است.

شكل (۲-۱۱) سيم‌پيچ‌‌ لايه‌اي درهم(سيم‌پيچ تنظيم ولتاژ سه‌پله)
سيم‌پيچ ‌هاي بشقابي به دو نوع عمده سيم‌پيچ ‌هاي تك‌بشقابي و سيم‌پيچ ‌هاي زوج ‌بشقابي تقسيم مي‌شوند كه در ادامه موردبحث قرار مي‌گیرند.
الف) سيم‌پيچ تك‌بشقابي: در اين نوع سيم‌پيچ كليه ورودي‌ها و خروجي‌هاي بشقاب‌ها بطور شعاعي قرار مي‌گيرند. در اين نوع سيم‌پيچ ، اتصالات تك تك ورودي بشقاب‌‌ها يا ورودي‌هاي بشقاب‌هاي مجاور در كانال بين هر دو بشقاب مجاور قرار گرفته‌ است. سيم‌پيچ‌هاي تك‌بشقابي بر اساس نوع اتصالات به انواع زير تقسيم‌بندي مي‌شوند:
 سيم‌پيچ تك بشقابي (ساده): در اين نوع سيم‌پيچ هر بشقاب فقط داراي يك ورودي و يك خروجي الكتريكي است، بشقاب‌ها بطور محوري و بطور افزايشي به يكديگر متصل مي‌باشند. ميان هر دو دور هادي‌ مجاور در داخل يك بشقاب، هميشه يك ولتاژ ساده (يك ولت/دور) وجود دارد. شكل (۲-۱۲) نمايي از اين سيم‌پيچ را نمايش مي‌دهد.

شكل (۲-۱۲) نمايش سيم‌پيچ‌‌ تك بشقابي با اتصال ساده
 اتصال بصورت تك بشقابي درهم: در اين نوع اتصال هر بشقاب داراي

چند ورودي و چند خروجي الكتريكي است، كه در داخل بشقاب تا حدودي بصورت كاهشي با يكديگر متصل است. بين هر دو دور هادي‌ مجاور در يك بشقاب، هميشه چندين ولت بر دور‌ وجود دارد. شكل (۲-۱۳) نمايي از اين نوع سيم‌پيچ را نمايش مي‌دهد.

شكل (۲-۱۳) نمايش سيم‌پيچ‌‌ تك بشقابي با اتصال درهم در قسمت‌هاي بالا، بصورت محوري در كنار هم قرار گيرند، تشكيل يك سيم‌پيچ تك‌بشقابي تركيبي را مي‌دهند. (شكل ۲-۱۴)

شكل (۲-۱۴) نمايش سيم‌پيچ‌‌ تك بشقابي تركيبي
ب) سيم‌پيچ زوج بشقاب: در اين نوع سيم‌پيچ كليه ورودي‌ و خروجي‌هاي بشقاب‌ها بطور شعاعي متناوباً (بيرون و درون) قرار دارند.
سيم‌پيچ ‌هاي زوج بشقاب بر اساس نوع اتصالات به انواع زير تقسيم‌بندي مي‌شوند:
 اتصال بصورت زوج‌بشقاب ساده: در اين نوع سيم‌پيچ هر بشقاب فقط داراي يك ورودي و يك خروجي الكتريكي است، كه قسمتي از آن بصورت افزايشي با يكديگر متصل است. بين هر دو دور مجاور داخل يك بشقاب هميشه يك ولت بر دور وجود خواهد داشت. شكل (۲-۱۵) نمايي از اين نوع سيم‌پيچ را نمايش مي‌دهد.

شكل(۲-۱۵) نمايش سيم‌پيچ‌‌ زوج بشقاب ساده با اتصال ساده
 اتصال بصورت زوج‌بشقاب درهم: هر بشقاب داراي چند ورودي و چند خروجي الكتريكي است، كه قسمتي از آن بصورت كاهشي با يكديگر متصل است. بين هر دو دور مجاور داخل يك بشقاب هميشه چند ولت بر دور وجود دارد. شكل (۲-۱۶) نمايي از اين نوع سيم‌پيچ را نمايش مي‌دهد.

شكل (۲-۱۶) نمايش سيم‌پيچ‌‌ زوج بشقاب با اتصال درهم
 اتصال بصورت زوج‌بشقاب تركيبي: اگر دو نوع سيم‌پيچ اشاره شده در قسمت‌هاي بالا، بصورت محوري در كنار هم قرار گيرند، تشكيل يك سيم‌پيچ زوج‌‌بشقابي تركيبي شكل(۲-۱۷) را مي‌دهند.

شكل (۲-۱۷) نمايش سيم‌پيچ‌‌ زوج بشقاب تركيبي
سيم‌پيچ‌هاي زوج بشقاب كه چندين بار بطور موازي به هم متصل شده و بشقاب‌ها با چند انشعاب موازي و اجرا‌هاي مشابه را بايد متناسب با آن قرار داد.
۲-۴-ساختمان سيم‌پيچ ‌هاي لايه‌اي

بطور كلي تعداد لايه‌ها در سيم‌پيچ ‌هاي لايه‌اي بر اساس دو نوع نشان داده شده در شكل‌هاي زير مي‌باشد. (تك‌لايه‌اي و چند لايه‌اي)

شكل (۲-۱۹): سيم‌پيچ‌‌ لايه‌اي از نوع چندلايه
شكل(۲-۱۸): سيم‌پيچ‌‌ لايه‌اي از نوع تك لايه
آرايش‌ها هادي‌ها بطور كلي به دو نوع آرايش ضربدري شعاعي و آرايش ضربدري محوري تقسيم مي‌شود كه در ادامه راجع به اين دو نوع بحث شده است.

الف) آرايش ضربدري شعاعي
در سيم‌پيچ ‌‌هاي لايه‌اي كه در آن از چند رشته هادي يا چند ‌هادي CTC كه به صورت شعاعي تشكيل يافته‌اند، از آرايش ضربدري شعاعي استفاده مي‌شود. در اين نوع آرايش براي متعادل‌‌سازي مقدار جريان در تمام رشته‌هاي موازي و جلوگيري از تلفات اضافي (به دليل عدم تعادل جريان در تك‌تك رشته‌ سيم‌ها) هادي‌‌ها را به صورت ضربدري جابجا مي‌كنند. قابل‌ذكر است كه مقدار تلفات با مجذور جريان نسبت مستقيم دارد و بالا رفتن جريان در يك رشته ‌سيم مي‌تواند به تلفات بيشتر در سيم‌پيچ بيانجامد. عدم تعادل جريان در ‌رشته سيم‌هاي موازي‌ شده به دو دليل رخ مي‌دهد.
۱- بدليل عدم پيمودن مسير يكسان توسط رشته‌ سيم‌ها (بطور مثال بيروني‌ترين سيم داراي مقاومت بيشتري نسبت به دروني‌ترين سيم مي‌باشد).
۲- به دليل عدم قرار گرفتن رشته‌ سيم‌ها در برابر ميدان‌هاي مغناطيسي محوري كه منجر به داشتن اندوكتانس‌هاي مختلف براي رشته ‌سيم‌ها مي‌شود.
در مسئله عدم تعادل جريان دليل دوم نقش بسيار مهمي دارد و معمولاً مي‌توان از دليل اول براي عدم تعادل جرياني صرفنظر نمود. در اين نوع سيم‌ها به تعداد رشته ‌سيم منهاي ۱، عمل جابجايي رخ مي‌دهد.
آرايش اين نوع سيم‌پيچ‌ در جدول زير نشان داده شده است

.

بيشتر از دو لايه دو لايه‌اي يك لايه‌اي وجود كانال در داخل لايه‌ها
بيشتر از دو هادي موازي شده در دو لايه دو هادي موازي شده در دو لايه بيشتر از دو هادي موازي شده در يك لايه دو هادي موازي شده در يك لايه

 

از خروجي‌هاي لايه‌هاي مجاور (يك لايه‌اي يا دولايه‌اي) به هم متصل مي‌شوند.

از خروجي‌هاي لايه‌هاي مجاور به هم متصل مي‌شوند.

وجود ندارد
فقط بطور محوري
شعاعي و در صورت لزوم محوري
شکل(۲-۲۰) آرايش ضربدري شعاعي
 براي سيم‌پيچ‌هاي لايه‌اي با هادي دوقلو، بايد در هر لايه، هادي قلو در داخل خود جابجا شود.
ب) آرايش ضربدري محوري
براي از بين ‌بردن اثر شارهاي شعاعي در قسمت‌هاي بالا و پايين بوبين كه منجر به عدم تعادل جريان در هادي‌هاي موازي شده مي‌شود، از اين نوع آرايش استفاده مي‌شود. زيرا اثر شارهاي شعاعي در قسمت‌هاي بالا و پايين سيم‌پيچ بدليل تغيير جهت شار بسيار زياد مي‌باشد. در حاليكه‌ اين اثر در قسمت‌هاي وسط سيم‌پيچ بسيار ناچيز و قابل صرفنظر كردن است. كاربرد اين نوع آرايش در موارد زير مي‌باشد:
۱- اين نوع آرايش اكثراً براي سيم‌پيچ ‌‌هاي چند لايه‌اي با هادي‌هايي كه بصورت محوري موازي شده‌اند، كاربرد دارد.
۲- اين نوع آرايش براي سيم‌پيچ ‌‌هاي تنظيم ولتاژ تك‌ لايه و چندلايه كه در وسط بوبين تعدادي از دور‌ها خارج مي‌شوند استفاده مي‌شود.
۳- اين نوع آرايش براي ترانسفورماتورهايي كه در آن‌ها به هر دليلي عمل جابجايي هسته (تغيير مكان شارهاي شعاعي در ترانسفورماتور) مثل راكتورها انجام مي‌شود، استفاده مي‌شود.
نحوه پيچش اين نوع از سيم‌پيچ‌ها در شكل ۲۰ و ۲۱ نشان داده شده است.

شکل(۲-۲۱) آرايش ضربدري محوري

در اين نوع سيم‌پيچ در محلي كه گذر جابجايي انجام مي‌شود، يك تقاطع ضربدري بصورت كامل يا ناكامل تشكيل مي‌شود. بعبارت ديگر نحوه جابجايي بگونه ايست كه بالاترين سيم از لايه اول به قسمت پايين‌ترين سيم در لايه بعدي مي‌رود و همين عمل براي ساير سيم‌ها نيز تكرار مي‌شود كه در نهايت يك تقاطع ضربدري در محل جابجايي اتفاق مي‌افتد.
۲-۵-جهت پيچش
۱٫ جهت پيچش: راست‌گرد
جهت پيچش از بالا به طرف پايين در جهت حركت عقربه‌ ساعت به دور هسته آهني مي‌باشد (ورود جريان از بالا، به شكل (۲-۲۲)و(۲-۲۳) رجوع شود

)

شکل(۲-۲۲)

شکل(۲-۲۳)
۲٫ جهت پيچش: چپ‌گرد
جهت پيچش از بالا به طرف پايين خلاف حركت عقربه‌ ساعت به دور هسته آهني مي‌باشد. (ورود جريان از بالا، به شكل (۲-۲۴ )و(۲-۲۵) رجوع شود)

شکل(۲-۲۴)

شکل(۲-۲۵)
۲-۶-امكانات جابجايي خارج نمودن سرسيم پيچ‌ها برخلاف يكديگر
در جدول زیر شکل هسته که با عدد نمایش داده شده است بصورت زیر تعریف می‌شود که عدد اول تعداد ساقهای سیم‌پیچی شده هسته وعدد دوم تعداد ساقهای سیم‌پیچی نشده هسته را نشان می‌دهد.

شكل شكل هسته
۱ ۱/۲
۲ ۲/۰
۳ ۲/۲
۴ ۳/۰
۵ ۳/۲
۶ ۳/۲
۷ ۳/۲
نيم‌دايره نشان‌داده شده در شكل، به معني امكانات جابجايي ميان خارج نمودن سرسيم پيچ‌هاي بالايي و پاييني، بدون تغيير در تعداد سيم‌پيچ مي‌باشد.

 

فصل سوم
ساختار هادیهای CTC

۳-۱-مقدمه
هادي‌‌هاي CTC (CTC ) بطور گسترده‌ در ترانسفورم

اتورهاي جريان بالا استفاده مي‌شود. بدین منظور سيم‌پيچ ‌هاي زيادي (عمدتاً جريان بالا) از هاديهاي CTC ساخته مي‌شوند. از طرفي با توجه به بوجود آمدن مشكلاتي در اين نوع بوبين‌ها از قبيل بروز اتصالي بين تك‌رشته‌ها، كيفيت و اساساً صلاحيت استفاده از اين نوع بوبين‌هاي معيوب مورد شك و ترديد كارشناسان قرار گرفته است. از سوي ديگر ساخت اين نوع بوبين‌ها مستلزم

صرف هزينه‌هاي سنگين مي‌باشد. بطوريكه عدم بكارگيري آن‌ها با بوجود آمدن مشكلاتي از قبيل وجود اتصالي بين تك‌رشته‌ها، براي سازنده بسادگي امكان‌پذير نيست و توجيه اقتصادي ندارد. از اينرو مدلسازي شرايط خطا در سيم‌پيچ با هادي CTC ضروری بنظر میرسد تا بتوان به تحليل هر چه دقيقتر مسئله و اخذ تصميمات صحيح و موثر در اين زمينه پرداخت.
هادي‌هاي CTC نسبت به هادي‌هاي معمولی مزاياي فراواني دارند، از جمله اين مزايا مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
– كوتاه‌ شدن زمان ساخت سيم‌‌پيچ
– کاهش در حجم، ابعاد و هزينه ساخت ترانسفورماتور
– کاهش تلفات الکتريکي ترانسفورماتور
و ….