مقدمه ای راجع به الکترونیک قدرت
در 35 سال اخیر در کاربرد موتور های الکتریکی انقلابی رخ داده است .
ساخت بسته های حالت جامد راه انداز موتور جایی رسیده که عملاًٌ هر مسئله کنترلی را می توان با استفاده از آنها حل کرد .
با این راه اندازهای حالت جامد می توان موتورهای dc را با منابع تغذیه ac و موتورهای ac را با منابع تغذیه dc راه انداخت .
حتی می توان ac را به توان ac فرکانس دیگز تبدیل کرد .
از طرفی دیگر هزینه سیستمهای راه انداز حالت جامد به شدت پایین آمده و قابلیت اظمینان آنها بالا رفته است انعطاف و قیمت نسبتاً کم کنترل کننده ها و راه اندازهای حالت جامد باعث شده موتورهای ac کاربردهای جدید ، بیایند ، کاربردهایی که قبلاًٌ تنها با استفاده از ماشینهای dc انجام می شد .
همچنین با استفاده از راه اندازهای حالت جامد موتورهای dc نیز قابلیت انعطاف بیشتری پیدا کرده اند .
تغییر عمده از ساخت و بهبود عناصر حالت جامد توان بالا حاصل شده است .
گرچه مطالعه تفصیلی مدارها ، الکترونیک قدرت و عناصر آنها خود کتاب مستقلی می خواهد ولی کمی آشنایی با آنها در فهم کاربردهای موتورهای جدید بسیار لازم است .
عناصر الکترونیک قدرت
در مدارهای کنترل موتور چند نوع وسیله نیمه هادی عمده مورد استفاده قرار می گیرد .
مهمترین اینها عبارت اند از :
دیود
تریستور دو سیمه (یا دیود PNPN)
تریستور سه سیمه ( یکسوز ساز کنترل شده سیلیسیومی SCR)
تریستور باگیت خاموش کن (GTO )
دایاک
تریاک
ترانزیستور قدرت (PTR )
ترانزیستور دو قطبی باگیت مجزا شده (IGBT )
دیود
دیود یک عنصر نیمه هادی است که برای عبور جریان در یک جهت طراحی شده است .
نماد این عنصر در شکل نشان داده شده است .
دیود طوری طراحی شده که جریان را از آند به کاتد بگذارند ولی در جهت عکس نه .
مشخصه ولتاژ جریان دیود در شکل زیر نشان داده شده است .
با اعمال یک ولتاژ مستقیم به دیود جریان بزرگی از آن می گذرد .
ولی اگر ولتاژ در جهت معکوس به آن اعمال شود .
جریان گذرنده بسیار کوچک خواهد بود ( در رده میکروآمپر یا کمتر) .
اگر ولتاژ معکوس اعمالی به حد کافی بزرگ باشد ، سرانجام دیود می شکند و اجازه می دهد که جریان در جهت عکس هم بگذرد .
این سه ناحیه کاری دیود روی منحنی مشخصه شکل زیر نشان داده شده است .
دیودها با توجه به مقدار توانی که می تواند مصرف کنند و ماکزیمم ولتاژ معکوسی که می توانند بدون شکستن تحمل کنند دسته بندی می شوند .
توانی که دیود در هنگام عمل در جهت مستقیم مصرف می کند ، با حاصلضرب افت ولتاژ مستقیم روی آن و جریانی که از دیود می گذرد برابر ست .
این توان باید محدود شود تا دیود بیش از حد گرم نشود .
ماکزیمم ولتاژ معکوس دیود با عبارت ولتاژ معکوس ماکزیمم (PIV ) مشخص می شود .
این مقدار باید آنقدر بزرگ باشد که دیود هنگام کار نشکند و در جهت معکوس جریان نگذراند .
دیودها را از لحاظ زمان قطع و وصل نیز دسته بندی می کنند ، منظور مقدار زمانی است که طول می کشد تا دیود از حالت روشن به حالت قطع برود و بر عکس .
چون دیودهای قدرتی بزرگ هستند ، و بار زیادی در پیوند عناصر توان بالا ذخیره می شود ، بسیار کندتر از دیودهایی که در مدارهای الکترونیکی معمولی یافت می شود تغییر حالت می دهند تمام دیودهای قدرتی اساساً آنقدر سریع هستند که بتوان در مدارهای Hz 50 یا Hz 60 به عنوان یکسو کننده به کارشان برد .
ولی در بعضی کاربردها مثل مدولاسیون عرض پالس (PWM ) باید دیودهایی به کاربرد که بتوانند با آهنگی سریعتر از Hz 10000 تغییر حالت دهند .
برای این کاربردهای سویچینگ سریع دییودهای خاصی موسوم به دیودهای با بازیابی سریع به کار می رود .
تریستور دو سیمه یا دیود PNPN
تریستور نامی است که به خانواده ای از عناصر نیمه هادی متشکل از چهار لایه نیمه هادی داده است .
تریستور دو سیمه ، که دیود PNPN یا دیود تریگر شونده هم خوانده می شود یکی از اعضای این خانواده است .
نام این عنصر در استاندارد IEEE برای نمادهای ترسیمی تریستور دیودی با سد کردن معکوس است .
نماد این عنصر در شکل زیر به چشم می خورد .
دیود PNPN یک یکسوساز یا دیودست که مشخصه ولتاژ – جریانی غیرعادی در ناحیه بایاس مستقیم دارد .
مشخصه ولتاژ – جریان آن در شکل زیر به چشم می خورد .
منحنی مشخصه از سه ناحیه تشکیل می شود .
ناحیه سد کردن معکوس
ناحیه سدکردن مستقیم
ناحیه هدایت
در ناحیه سدکردن معکوس ، دیود PNPN مل یک دیود معمولی عمل کرده ، جلوی عبور جریان را می گیرد ، مگر اینکه ولتاژ معکوس از ولتاژ شکست معکوس بگذرد .
در ناحیه هدایت باز هم دیود PNPN مثل یک دیود معمولی عمل می کند و به ازای یک افت ولتاژ کوچک اجازه عبور جریان بزرگی را می دهد .
این ناحیه سد کردن مستقیم است که باعث تمییز یک دیود PNPN از یک دیود معمولی می شود .
وقتی دیود PNPN در، بایاس مستقیم قرار می گیرد از آن جریانی نمی گذرد ، مگر اینکه ولتاژ مستقیم روی دیود از مقدار خاصی موسوم به ولتاژ شکست VBO بگذرد.
وقتی ولتاژ مستقیم روی دیود PNPN از VBO فراتر می رود ، دیود روشن می شود و روشن می ماند مگر اینکه جریانی که از آن می گذرد از یک مقدار می نیمم مشخص (نوعاٌ چند میلی آمپر) پایین تر بیاید .
اگر جریان از این مقدار می نیمم ( که جریان نگهداری IH نامیده می شود) کمتر شود ، دیود PNPN خاموش شده و دیگر هدایت نمی کند ، تا اینکه دوباره ولتاژ روی آن از VBO بگذرد .
خلاصه اینکه دیود PNPN
وقتی روشن می شود که ولتاژ اعمالی Vo ازVBO بگذرد.
وقتی خاموش می شود که جریان Id آن از IH کمتر شود .
نمی گذارد که در جهت معکوس از آن جریان بگذرد مگر اینکه ولتاژ اعمال شده به آن از ولتاژ معکوس ماکزیمم بیشتر شود .
تریستور سه سیمه یا SCR
مهمترین عنصر خانواده تریستورها سه سیمه است که با نام یکسوساز کنترل شده سیایسیوسی یا SCR نیز شناخته می شود .
این عنصر توسط شرکت جنرال الکتریک در سال 1958 شناخته شد و SCR نام گرفت .
نام تریستور بعدا توسط کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک ( IEC ) به آن داده شد .
نماد تریستور سه سیمه یا SCR در شکل زیر نشان داده شده است .
SCR همانطور که از نامش پیداست یک یکسوساز یا دیودکنترل شده است .
مشخصه ولتاژ – جریان آن در صورت باز بودن گیت درست مانند دیود PNPN است .
چیزی که SCR را برای کاربردهای کنترل موتور مفید می سازد این است که ولتاژ روشن شدن یا شکست آن را می توان با جریانی که از گیت آن می گذرد کنترل کرد .
هر چه این جریان بزرگتر باشد Vbo کوچکتر می شود ( شکل را ببینید ) .
(تصاویر در فایل اصلی موجود است )
اگر SCR انتخاب شده دارای ولتاژ روشن شدن بزرگی باشد به نحوی که در صورت باز بودن گیت آن بزرگترین ولتاژ مدار هم نتواند آن را روشن کند تنها در صورتی روشن خواهد شد که جریانی از گیت آن بگذرد .
وقتی SCR روشن می ماند تا اینکه جریانش از حد خاصی با مقدار Ih کمتر می شود .
بنابراین می توان پس از روشن شدن SCR جریان گیت آن را برداشت بدون اینکه اثری بر کار آن گذاشته شود .
در حالت روشن افت ولتاژ مستقیم روی SCR حدود 2/1 تا 5/1 برابر افت ولتاژ روی یک دیود معمولی در بایاس مستقیم است .
تریستور سه سیمه یا SCR متداولترین عنصر در مدارهای کنترل قدرتی است .
از اینها در کاربردهای یکسوسازی یا سویچینگ بسیار استفاده می شود .
و در محدوده های مجاز از چند آمپر تا حدود A 3000 موجودند .
خلاصه اینکه یک SCR
وقتی روشن می شود که ولتاژ VD اعمال شده به آن از VBO بگذرد .
ولتاژ روشن شدن VBO آن توسط جریان گیت Ig کنترل می شود .
وقتی خاموش می شود که جریان آن Id از مقدار IH کمتر شود .
در بایاس معکوس اجازه نمی دهد جریانی عبور کند مگر اینکه ولتاژ معکوس از ولتاژ شکست معکوس بگذرد .
تریستور با گیت خاموش کن
تریستور با گیت خاموش کن ( GTO ) تحول جدیدی در تریستورهاست .
تریستور GTO نوعی SCR است که می توان آن را با اعمال یک پالس منفی به حد کافی بزرگ به گیت خاموش کرد .
حتی در موقعی که Id ازiH بزرگترست .
گرچه ترییستورهای GTO از 1960 به این طرف وجود داشته اند ولی تنها در اواخر دهه 1970 برای کاربردهای کنترل موتور جنبه عملی پیدا کردند .
این عناصر در بسته های کنترل موتور متداولتر شده اند زیرا دیگر برای خاموش کردن SCR در مدارهای dc به عناصر اضافی احتیاجی نخواهد بود .
نماد تریستور GTO در شکل نشان داده شده است .
دیود یک عنصر نیمه هادی است که برای عبور جریان در یک جهت طراحی شده است .
دیود طوری طراحی شده که جریان را از آند به کاتد بگذارند ولی در جهت عکس نه .
مشخصه ولتاژ جریان دیود در شکل زیر نشان داده شده است .
این سه ناحیه کاری دیود روی منحنی مشخصه شکل زیر نشان داده شده است .
دیودها با توجه به مقدار توانی که می تواند مصرف کنند و ماکزیمم ولتاژ معکوسی که می توانند بدون شکستن تحمل کنند دسته بندی می شوند .
این مقدار باید آنقدر بزرگ باشد که دیود هنگام کار نشکند و در جهت معکوس جریان نگذراند .
دیودها را از لحاظ زمان قطع و وصل نیز دسته بندی می کنند ، منظور مقدار زمانی است که طول می کشد تا دیود از حالت روشن به حالت قطع برود و بر عکس .
برای این کاربردهای سویچینگ سریع دییودهای خاصی موسوم به دیودهای با بازیابی سریع به کار می رود .
تریستور دو سیمه یا دیود PNPN تریستور نامی است که به خانواده ای از عناصر نیمه هادی متشکل از چهار لایه نیمه هادی داده است .
نماد این عنصر در شکل زیر به چشم می خورد .
دیود PNPN یک یکسوساز یا دیودست که مشخصه ولتاژ – جریانی غیرعادی در ناحیه بایاس مستقیم دارد .
منحنی مشخصه از سه ناحیه تشکیل می شود .
ناحیه سد کردن معکوس ناحیه سدکردن مستقیم ناحیه هدایت در ناحیه سدکردن معکوس ، دیود PNPN مل یک دیود معمولی عمل کرده ، جلوی عبور جریان را می گیرد ، مگر اینکه ولتاژ معکوس از ولتاژ شکست معکوس بگذرد .
این ناحیه سد کردن مستقیم است که باعث تمییز یک دیود PNPN از یک دیود معمولی می شود .
وقتی دیود PNPN در، بایاس مستقیم قرار می گیرد از آن جریانی نمی گذرد ، مگر اینکه ولتاژ مستقیم روی دیود از مقدار خاصی موسوم به ولتاژ شکست VBO بگذرد.
اگر جریان از این مقدار می نیمم ( که جریان نگهداری IH نامیده می شود) کمتر شود ، دیود PNPN خاموش شده و دیگر هدایت نمی کند ، تا اینکه دوباره ولتاژ روی آن از VBO بگذرد .
خلاصه اینکه دیود PNPN وقتی روشن می شود که ولتاژ اعمالی Vo ازVBO بگذرد.
وقتی خاموش می شود که جریان Id آن از IH کمتر شود .
نمی گذارد که در جهت معکوس از آن جریان بگذرد مگر اینکه ولتاژ اعمال شده به آن از ولتاژ معکوس ماکزیمم بیشتر شود .
تریستور سه سیمه یا SCR مهمترین عنصر خانواده تریستورها سه سیمه است که با نام یکسوساز کنترل شده سیایسیوسی یا SCR نیز شناخته می شود .
نماد تریستور سه سیمه یا SCR در شکل زیر نشان داده شده است .
SCR همانطور که از نامش پیداست یک یکسوساز یا دیودکنترل شده است .
مشخصه ولتاژ – جریان آن در صورت باز بودن گیت درست مانند دیود PNPN است .
چیزی که SCR را برای کاربردهای کنترل موتور مفید می سازد این است که ولتاژ روشن شدن یا شکست آن را می توان با جریانی که از گیت آن می گذرد کنترل کرد .
هر چه این جریان بزرگتر باشد Vbo کوچکتر می شود ( شکل را ببینید ) .
اگر SCR انتخاب شده دارای ولتاژ روشن شدن بزرگی باشد به نحوی که در صورت باز بودن گیت آن بزرگترین ولتاژ مدار هم نتواند آن را روشن کند تنها در صورتی روشن خواهد شد که جریانی از گیت آن بگذرد .
در حالت روشن افت ولتاژ مستقیم روی SCR حدود 2/1 تا 5/1 برابر افت ولتاژ روی یک دیود معمولی در بایاس مستقیم است .
تریستور سه سیمه یا SCR متداولترین عنصر در مدارهای کنترل قدرتی است .
و در محدوده های مجاز از چند آمپر تا حدود A 3000 موجودند .
خلاصه اینکه یک SCR وقتی روشن می شود که ولتاژ VD اعمال شده به آن از VBO بگذرد .
ولتاژ روشن شدن VBO آن توسط جریان گیت Ig کنترل می شود .
وقتی خاموش می شود که جریان آن Id از مقدار IH کمتر شود .
در بایاس معکوس اجازه نمی دهد جریانی عبور کند مگر اینکه ولتاژ معکوس از ولتاژ شکست معکوس بگذرد .
تریستور با گیت خاموش کن تریستور با گیت خاموش کن ( GTO ) تحول جدیدی در تریستورهاست .
نماد تریستور GTO در شکل نشان داده شده است .
شکل بالا یک شکل موج نوعی جریان برای تریستور GTO توان بالا را نشان می دهد .
تریستور GTO نوعا برای روشن شدن نسبت به SCR معمولی جریان گیت بزرگتری می خواهد .
برای عناصر توان بالای بزرگ جریان گیت در رده A 10 یا بیشتر است .
برای خاموش کردن عنصر یک پالس جریان منفی بزرگ با عرض s 20 تا s 30 لازم است .
اندازه پالس جریان منفی باید یک چهارم تا یک ششم جریانی که از عنصر می گذرد باشد .
دایاک دایاک عنصری با 5 لایه نیمه هادی ( PNPNP ) است که مانند دو دیود PNPN که پشت به پشت به هم وصل شده باشند عمل می کند .
دایاک می تواند در هر دو جهت هدایت کند به شرط اینکه ولتاژ روی آن از ولتاژ روشن شدن بگذرد .
نماد دایاک در شکل زیر و مشخصه ولتاژ- جریان آن هم در شکل زیر نشان داده شده است .
دایاک در هر دو جهت روشن می شود به شرطی که ولتاژ اعمال شده از VBO بگذرد.
وقتی دایاک روشن شد روشن می ماند تا اینکه جریانش از IH پایینتر بیاید .
تریاک تریاک مانند دو SCRپشت به پشت بسته شده عمل می کند و یک گیت مشترک دارد .
این عنصر می تواند در هر دو جهت هدایت کند ، به شرطی که ولتاژ شکست بگذرد .
نماد تریاک در شکل زیر و منحنی مشخصه ولتاژ جریان آن در شکل نشان داده شده است .
ولتاژ روشن شدن تریاک هم درست مانند SCRبا افزایش جریان گیت کم می شود با این تفاوت که تریاک هم به پالسهای مثبت و هم به پالسهای منفی اعمال شده به گیتش پاسخ می دهد .
وقتی تریاک روشن می ماند مگر اینکه جریانش از IH کمتر شود .
چون تریاک می تواند در هر دو جهت هدایت کند در بسیاری از کاربردهای کنترل ac می توان آن را به جای دو SCR پشت به پشت به کار برد .
ولی سرعت روشن و خاموش شدن تریاکها عموما کمتر از SCR است و قابلیت توانی کمتری نیز دارند .
به همین خاطر کاربرد آنها عمدتا به مدارهای توان پایین یا متوسط HZ50 تا HZ 60 مثل مدارهای روشنایی محدود می شود .
ترانزیستور قدرت نماد ترانزیستور در شکل الف نشان داده و ولتاژ کلکتور بر حسب جریان کلکتور آن در شکل ب رسم شده است .
چنانچه از منحنی های مشخصه شکل ب پیداست ترانزیستور وسیله ای است که جریان کلکتورش ic در گستره وسیعی از ولتاژهای کلکتور – امیتر ( vce ) با جریان بیس آن IB متناسب است .
ترانزیستورهای قدرت ( PTR ) معمولا در کاربردهای کنترل ماشین برای قطع و وصل کردن جریان به کار می روند .
شکل الف یک ترانزیستور با بار مقاومتی را نشان می دهد منحنی های مشخصه IC-VCE ترانزیستور و خط بار در شکل ب نشان داده شده است .
ترانزیستورهای قدرت معمولا در کاربردهای کنترل ماشین به عنوان کلید به کار می روند .
در این کاربردها ترانزیستور باید کاملا روشن یا کاملا خاموش باشد .
همانطور که شکل ب نشان می دهد جریان بیسی برابر IB4 این ترانزیستور را کاملا روشن می کند و اگر جریان بیس صفر باشد ترانزیستور کاملا خاموش می شود .
اگر جریان بیس این ترانزیستور برابر IB3 باشد ترانزیستور نه کاملا روشن و نه کاملا خاموش است .
این وضعیت نامطلوبی است زیرا جریان کلکتور بزرگی می گذرد و ولتاژ کلکتور – امیتر VCE هم بزرگ است پس توان زیادی در ترانزیستور تلف می شود .
برای حصول اطمینان از اینکه ترانزیستور بدون تلف زیاد توان هدایت می کند باید جریان بیس آنقدر بزرگ باشد که ترانزیستور کاملا به اشباع برود .
ترانزیستور قدرتی غالبا در مدارهای مبدل به کار می روند .
عیب اصلی آنها در کاربردهای سویچینگ این است که ترانزیستورهای قدرتی بزرگ در تغییر از حالت روشن به قطع و برعکس کندند، زیرا برای روشن و خاموش کردن آنها باید بار زیادی به آنها داده یا از آنها گرفته شود .
ترانزیستور دو قطبی با گیت عایق شده ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق شده ( IGBT ) وسیله نسبتا جدیدی است .
این عنصر شبیه ترانزیستور قدرتی است با این تفاوت که با اعمال ولتاژ به گیت کنترل می شود نه با اعمال جریان به بیس آن در IGBT امپدانس گیت بسیار بزرگ است بنابراین جریان بسیار ناچیزی از گیت می گذرد .
این عنصر در اساس معادل ترکیب یک ترانزیستور اثر میدانی با نیمه هادی اکسید فلزی ( MOSFET ) و یک ترانزیستور قدرتی است .
نماد IGBT در شکل نشان داده شده است .
چون IGBT با ولتاژ گیت کنترل می شود و جریان بسیار کمی می کشد می توان آن را بسیار سریعتر از ترانزیستورهای دوقطبی معمولی روشن و یا خاموش کرد.
به همین دلیل IGBT در کاربردهای فرکانس بالا و توان بالا به کار می رود .
ترانسفورماتورها ترانسفورماتور وسیله ای است که انرژی الکتریکی ac را از ولتاژی به ولتاژ دیگر تبدیل می کند و این را از طریق اندرکنش میدانهای مغناطیسی انجام می دهد .
این اسباب از دو یا چند پیچک پیچیده شده به دور یک هسته فرومغناطیسی معمولی تشکیل می شود .
این پیچکها معمولا مستقیما به هم متصل نشده اند .
تنها ارتباط بین پیچکها توسط شار مغناطیسی درون هسته برقرار می شود .
یکی از سیم پیچهای ترانسفورماتور به منبع قدرت ac متصل می شود و دومین ( و شاید سومین ) سیم پیچی توان الکتریکی بار را تامین می کند .
سیم پیچی که به منبع قدرت متصل است .
سیم پیچی اولیه یا سیم پیچی ورودی و سیم پیچی متصل به بار سیم پیچ ثانویه یا سیم پیچی خروجی نام دارد .
اگر سیم پیچی دیگری هم وجود داشته باشد سیم پیچ سومی نامیده می شود .
اهمیت ترانسفورماتورها در زندگی امروزی اولین سیستم توزیع قدرت در ایالات متحده یک سیستم 120 ولت dc بود که توسط توماس ای .
ادیسون اختراع شد تا توان مورد نیاز لامپهای روشنایی التهابی را تامین کند .
اولین نیروگاه شهری ادیسون در سپتامبر 1882 در نیویورک راه اندازی شد .
متاسفانه سیستم قدرت او توان را در چنان ولتاژ کمی تولید می کرد و انتقال می داد که برای تامین توانهای قابل توجه جریانهای بسیار بزرگی لازم داشت .
این جریانهای بزرگ افت ولتاژها و تلفات توان بسیار بزرگی را در خطوط انتقال سبب می شدند .
که ناحیه خدمت رسانی یک نیروگاه را واقعا محدود می کرد .
در دهه 1880 برای غلبه بر این مشکل به ازاء هر چند محله یک نیروگاه وجود داشت .
این حقیقت که با سیستمهای قدرت dc کم ولتاژ نمی شود توان را تا مسافتهای دور انتقال داد موجب می شود که نیروگاهها کوچک و محلی و در نتیجه نسبتا کم بازده باشند .
اختراع ترانسفورماتور و پیشرفت همزمان منابع ac محدودیت های مسافت و سطح توان سیستم قدرت را برای همیشه برطرف کرد .
یک ترانسفورماتور بدون اینکه تاثیری بر توان داده شده بگذارد به طور مطلوبی سطح ولتاژ ac تغییر می دهد .
اگر ترانسفورماتوری سطح ولتاژ مداری را افزایش دهد باید جریان راکاهش دهد تا توان ورودی اش با توان خروجی اش برابر باشد بنابراین می توان توان الکتریکی ac را در محل اصلی تولید کرد ،ولتاژ ان را برای انتقال به مسافتهای طولانی با تلفات اندکی افزایش داد و دیگر بار برای استفاده نهایی ولتاژش را پایین اورد .چون تلفات انتقال خطوط یک سیستم قدرت با مجذور جریان خطوط متناسب است افزایش ولتاژ انتقال و کاهش جریان ناشی از ان با ضریب 10 ،تلفات انتقال را با ضریب 100 کاهش می دهد .بدون ترانسفورماتورها ،استفاده از انرژی الکتریکی در بسیاری از کاربردهای امروزی به سادگی امکان پذیر نبود.
در یک سیستم قدرت امروزی ،توان الکتریکی در ولتاژهای 12 تا 25 کیلو ولت تولید می شود ترانسفورماتورها ولتاژ را برای انتقال با تلفات کم در مسافتهای طولانی به kv110تا kv1000 افزایش می دهند و سپس ان را برای توزیع محلی بهkv12تا kv345 می رسا نند و سر انجام استفاده ی ایمن از توان در منازل، ادارات و کارخانجات را در ولتاژ کمی مثل v120ممکن می کنند.
انواع ترانسفورماتورها و ساختمان آنها مقصود اصلی ترانسفورماتورها تبدیل توان ac ازیک سطح ولتاژ به توان ac در سطح دیگری از ولتاژ و در همان فرکانس است .
ترانسفورماتورها برای مقاصد متنوع دیگری نیز به کار می روند (مثلاًٌ ، نمونه گیری ولتاژ، نمونه گیری جریان و تبدیل امپدانس) ، اما این فصل در اصل به ترانسفورماتورهای قدرت اختصاص دارد .
ترانسفورماتورهای قدرت بر روی دو نوع هسته ساخته می شوند .
یک نوع ، یک قطعه فولاد لایه لایه مستطیل شکل است که سیم پیچی های ترانسفورماتور روی دو ضلع آن پیچیده می شوند .
این ساختمان به نام هسته ای شناخته می شود و در شکل نشان داده شده است .
نوع دیگر هسته لایه لایه ای با سه ساق دارد که سیم پیچی ها حول ساق وسط آن پیچیده میشوند .
این ساختمان به نام زرهی شناخته می شود و در شکل نشان داده شده است .
در هر دو حالت ، هسته از ورقه های نازکی تشکیل شده که از نظر الکتریکی نسبت به هم عایق اند تا جریانهای گردابی به حداقل برسد .
اولیه و ثانویه ترانسفورماتور فیزیکی بر روی هم پیچیده می شوند به طوریکه سیم پیچی فشار ضعیف سیم پیچی زیرین را تشکیل می دهد .
چنین آرایشی دو منظور را تامین می کند .
مسئله عاقبندی سیم پیچی فشار قوی نسبت به هسته را آسان می کند .
شار نشتی را نسبت به حالتی که دو سیم پیچی با فاصله از هم روی هسته قرار دارند ، کاهش می دهد .
به ترانسفورماتورهای قدرت بسته به استفاده ای که در سیستم قدرت دارند نامهای مختلفی داده می شود .
ترانسفوماتوری که به خروجی ژنراتور متصل است تا ولتاژ آن را تا حد انتقال (kv 110 +) بالا ببرد ترانسفورماتور واحد نامیده می شود .
ترانسفورماتوری که در طرف دیگر خط انتقال ، ولتاژ را تا حد ولتاژهای توزیع (از 23تا 345کیلوولت) پایین می آورد ، ترانسفورماتور پست نامیده می شود.
سرانجام ، ترانسفورماتوری که ولتاژ توزیع را به ولتاژ نهایی برای مصرف توان (110،208،220 ولت و ...) کاهش می دهد.
ترانسفورماتورتوزیع نام دارد .
همه این ترانسفورماتورها اساساًٌ مشابه اند .تنها تفاوت در نوع استفاده از آنهاست .
علاوه بر ترانسفورماتورهای گوناگون قدرت دو ترانسفورماتور خاص ، همراه با ماشینهای الکتریکی و سیستمهای قدرت به کار می روند نخستین آنها وسیله ای است که برای نمونه گیری ولتاژ فشار قوی و ایجاد یک ولتاژ کم در ثانویه ، متناسب با ولتاژ اولیه به کار می رود.
چنین ترانسفورماتور ولتاژ نام دارد .
ترانسفورماتور قدرت نیز در ثانویه اش ولتاژی ایجاد می کند که مستقیماً با ولتاژ اولیه آن متناسب است .
و تفاوت بین آنها در این است که ترانسفورماتور ولتاژ برای کار با جریانهای بسیار کم طراحی می شود .
دومین ترانسفورماتور خاص اسبابی است که برای فراهم کردن جریان ثانویه ای بسیار کوچکتر ، اما متناسب با جریان اولیه اش طرح می شود .
این وسیله ترانسفورماتور جریان نام دارد.
تعریف پست برق : پست برق محلی است که در آنجا تبدیل ولتاژ انجام گرفته یا کلیدزنی صورت می پذیرد .
انواع پست برق از نظر قرار گرفتن در شبکه : پست های انتقال حداقل ولتاژ230 کیلو ولت و ولتاژهای بالاتر پستهای فوق توزیع که حداقل ولتاژ آن 36 کیلو ولت و حداکثر 145 کیلوولت است پستهای توزیع که حداکثر ولتاژ آن 36 کیلوولت و پائین ترین مقدار آن 220ولت است پستهای کلیدزنی که با قطع و وصل کلیدهای شبکه های قدرت از هم جدا و یا به هم رینگ می شوند پست های کوپلاژ که این پست ها برای کوپلاژ و ارتباط دو شبکه انتقال انرژی مربوط به دو منطقه بزر انواع پستها از نظر تبدیل ولتاژ به شرح ذیل است : پستها ی افزاینده مثل پست نیروگاهی پستها ی کاهنده مثل پستهای انتقال و فوق توزیع و توزیع انواع پستهای فشار قوی از نظر محل نصب به شرح زیر است : پستهای سرپوشیده (INDOOR) : پستهای هستند که در فضای سرپوشیده نصب می شوند و معمولاًٌ تا سطح ولتاژ 36 کیلوولت ساخته می شوند و بسته به وضعیت آلودگی محیط در بعضی جاها تا سطح ولتاژ 63 کیلو ولت هم ساخته می شوند .
پستهای نصب شده در فضای آزاد (OUT DOOR) انواع پستها از نظر عایق بندی به شرح زیر است : 1-پستهای فشار قوی با عایق هوا: پستهایی هستند که ‹‹باسبارهای›› آنها در فضای آزاد نصب شده و ایزولاسیون تجهیزات تحت ولتاژ عایق هایی مانند چینی یا PVC یا هوا تامین می گردد و فضای زیادی با توجه به ولتاژ فاز به فاز یا فاز به زمین اشغال می کند .
2-پستهای فشار قوی یا عایق گاز یا کپسولی (GIS) : در این نوع پستها کلیه تجهیزات تحت ولتاژ پست داخل محفظه فلزی که با گاز SF6 پرشده نصب شده اند و گاز عایق بین تجهیزات و فاصله فاز به فاز به زمین را تشکیل می دهد .
دلیل اینکه در شارژ ایستگاه دو دستگاه ترانس وجود د ارد این است که شارژها در هر ایستگاه متفاوت می باشد پس ترانسهای دستگاه شارژ نیز متفاوت می باشد.
الف: ممکن است یکی از سیم پیچها جهت شارژ سریع و دیگری جهت شارژ آهسته بکار رفته باشد .
ب: ممکن است یکی از سیم پیچها جهت تغذیه بار و دیگری جهت تغذیه باطری بکار رفته باشد .
ج: ممکن است یکی از سیم پیچها تغذیه مدارات اصلی و دیگری جهت مدارات فرمان استفاده شده باشد .
کلیات یکسو کننده های سه فاز یکسو کننده های سه فاز به طور استاندارد در ولتاژهای نامی 220،127،110،60،48،24 و جریانهای 500،400،300،200،100،75،60،50،30 امپر برای تامین انرژی مورد نیاز پستهای رلیاژ و سیستمهای مخابراتی به طور مستقل و یا شارژ باتری های سرب اسیدی یا نیکل کادمیم طراحی و تولید می گردد .
سیستم کنترل ولتاژ این دستگاهها تریستوری است و علی الخصوص برای تغذیه رله های جدید الکترونیکی در پستهای رلیاژ بسیار مناسبند .
به دلیل نویز بسیار کم دستگاه (کمتر از 2 میلی ولت در ولتاژ اسمی) و سازگاری آن با منحنی سافومتریک ، هر دستگاه می تواند به تنهایی و بدون باتری دستگاههای مخابراتی را تغذیه نماید .
در کلیه دستگاهها، شارژ اولیه – شارژ مجدد و شارژ نگهداری هم بطور خودکار و هم بطور دستی امکان پذیر است .
در حالت خودکار مدت زمان شارژ مجدد از 2 ساعت تا 24 ساعت در 6 وضعیت مختلف قابل تنظیم است .
دستگاه بصورت استاندارد دارای مشخصاتی است که ارائه خواهد شد .
ولی برای هر دستگاه مجموعه ای از امکانات انتخابی پیش بینی شده است که می تواند به دستگاه اضافه شود.