تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور — به زبان ساده (+ دانلود فیلم آموزش رایگان)

تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور، تغییرات ولتاژ ثانویه به ازای تغییرات جریان از بار کامل تا بی‌باری با فرض ثابت ماندن ولتاژ اولیه است. معمولاً یک ترانسفورماتور برای تغذیه بارهایی به‌کار می‌رود که ولتاژ آن‌ها ثابت است و مقدار جریان ثانویه که از ترانسفورماتور کشیده می‌شود، به باری بستگی دارد که به آن متصل است. اگر فرض کنیم ولتاژ اولیه ثابت باشد، با تغییر جریان بار، ولتاژ بار نیز تغییر خواهد کرد. این تغییر ولتاژ بار، به‌دلیل افت ولتاژ امپدانس درونی ترانسفورماتور است. «تنظیم ولتاژ» (Voltage Regulation)، در حقیقت تعیین مقدار تغییر ولتاژ در ازای تغییر بار است.

از مدار معادل ترانسفورماتور شکل ۱ واضح است که جریان ثانویه $$I_S$$ موجب افت ولتاژ $$I_SR_S$$ و $$I_SX_S$$ به‌ترتیب روی مولفه‌های مقاومتی و راکتیو می‌شود. همچنین، جریان اولیه $$I_p$$ افت ولتاژ $$I_pR_p$$ و $$I_pX_p$$ در مدار اولیه ایجاد خواهد کرد. در نتیجه، ولتاژ اولیه موثر $$E_p$$ کمتر از ولتاژ ورودی $$V_i$$ و ولتاژ خروجی $$V_o$$ نیز کمتر از مقدار محاسبه شده $$E_s$$ است.

ولتاژ خروجی ترانسفورماتور، در حالت بی‌باری، حداکثر است و در شرایطی که بار به آن متصل می‌شود، ولتاژ $$V_o$$ به مقداری کمتر از ولتاژ بی‌باری افت خواهد کرد. البته، بسته به ضریب توان بار، ممکن است ولتاژ بار کامل از ولتاژ بی‌باری بیشتر باشد.

فرمول تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور

درصد تغییر ولتاژ خروجی از بی‌باری تا بار کامل، تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور نامیده می‌شود. معمولاً شرایط ایده‌آل این است که از بی‌باری تا بار کامل (یعنی تنظیم برابر 100 درصد)، ولتاژ $$V_o$$ تغییری نکند.

فیلم آموزش مبانی مهندسی برق ۲ در فرادرس

کلیک کنید

برای آنکه ترانسفورماتور بهترین عملکرد را داشته باشد، تنظیم ولتاژ آن باید حداقل باشد. تنظیم ولتاژ را می‌توان به‌صورت فرمول زیر نوشت:

که در آن، $$V_{o(NL)}$$ ولتاژ بی‌باری ترانسفورماتور و $$V_{o(FL)}$$ ولتاژ بار کامل آن است. تنظیم ولتاژ یک ترانسفورماتور در شکل ۲ نشان داده شده است.

سه نمودار فازوری شکل 3، چگونگی تنظیم ولتاژ را با توجه به ضریب توان بار نشان می‌دهند. در نمودار (الف)، جریان با ولتاژ همفاز است (بار، مقاومتی و ضریب توان آن واحد است). در حالی که در نمودار (ب) جریان عقب‌تر از ولتاژ است (بار سلفی است و ضریب توان آن، پس‌فاز نامیده می‌شود). در نمودار (ج)، جریان جلوتر از ولتاژ است (بار خازنی است و ضریب توان پیش‌فاز است).

تنظیم ولتاژ در ضریب توان واحد

شکل 3 (الف)، نمودار فازوری را برای حالتی نشان می‌دهد که یک بار مقاومتی به ترانسفورماتور متصل است (جریان بار با ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور همفاز است). از آن‌جایی که جریان $$I_2$$ همفاز ولتاژ ثانویه $$V_o(FL)$$ است، افت ولتاژ مقاومت $$R_{e2}$$ نیز همفاز با $$V_{o(FL)}$$ خواهد بود. همان‌طور که می‌بینیم، افت ولتاژ راکتانس نشتی $$X_{e2}$$ به اندازه $$90^\circ$$ درجه جلوتر از ولتاژ ثانویه $$V_{o(FL)}$$ است. شعاع کمان دایره‌ای برابر با $$V_{o(FL)}$$ است و می‌بینیم که ولتاژ $$V_{o(NL)}$$ بزرگتر از ولتاژ ثانویه $$V_{o(FL)}$$ است. بنابراین می‌توان گفت تنظیم ولتاژ معادله بالا مثبت خواهد بود.

فیلم آموزش ماشین های الکتریکی ۲ در فرادرس

کلیک کنید

تنظیم ولتاژ در ضریب توان پس‌فاز

شکل 3 (ب) نمودار فازوری را برای یک بار سلفی نشان می‌دهد که جریان بار از ولتاژ ثانویه عقب‌تر است. اندازه ارجاع داده شده ولتاژ اولیه $$V_{o(NL)}$$ بزرگتر از اندازه شعاع کمان ولتاژ ثانویه $$V_{o(FL)}$$ است. بنابراین، مقدار تنظیم ولتاژ محسبه شده برای یک بار سلفی مثبت است. برای هر جریانی که بین 0 تا 90 درجه از ولتاژ ثانویه عقب‌تر باشد، تنظیم ولتاژ مثبت خواهد بود.

تنظیم ولتاژ در ضریب توان پیش‌فاز

نمودار فازوری یک بار خازنی در شکل 3 (ج) آورده شده است. در این حالت، جریان بار، از جریان ثانویه جلوتر است. در این حالت، مقدار ولتاژ اولیه ارجاع داده شده $$V_{o(NL)}$$ کوچکتر از اندازه ولتاژ ثانویه $$V_{o(FL)}$$ است. بنابراین، تنظیم ولتاژ معادله تعریف شده، در حالت خازنی منفی خواهد بود.

تنظیم ولتاژ منفی

تنظیم ولتاژ منفی، فقط برای بارهایی با ضریب توان پیش‌فاز رخ می‌دهد. البته همه بارهای پیش‌فاز هم سبب تنظیم ولتاژ منفی نمی‌شوند. تنظیم ولتاژ منفی، به معنی افزایش ولتاژ با بار است. این حالت، بسیار نامطلوب است، زیرا ممکن است به شرایط ناپایداری بینجامد. بسیاری از بارها، با افزایش ولتاژ، توان بیشتری مصرف می‌کنند. بنابراین، افزایش ولتاژ سبب افزاش توان می‌شود که خود ولتاژ را افزایش می‌دهد. معمولاً اگر بارهای بزرگ، در ضریب توان منفی کار کنند، شرکت‌های برق آن‌ها را جریمه می‌کنند. بسیاری از بارها پس‌فاز هستند و ضریب توان پیش‌فاز معمولاً در اثر خطا برای حذف خازن‌های اصلاح ضریب توان هنگام کاهش بار ایجاد می‌شود.

اگر این آموزش برای شما مفید بوده و می‌خواهید درباره مباحث مربوط به آن، بیشتر بدانید، آموزش‌های زیر را به شما پیشنهاد می‌کنیم:

• آموزش بررسی سیستم های قدرت ۱
• آموزش حفاظت و رله
• آموزش شبیه سازی عملکرد انواع ماشین های الکتریکی در سیمولینک متلب
• اتوترانسفورماتور -- به زبان ساده
• تعیین پارامتر های مدار معادل ترانسفورماتور — از صفر تا صد
• محاسبات بازده و تلفات ترانسفورماتور — به زبان ساده

^^