یک. معرفی

معمولا به انتهای خروجی ژنراتور متصل می شود، به دلیل ولتاژ خروجی ژنراتور بالاتر است و ولتاژ امتیازی سیستم مغناطیسی پایین تر است، بنابراین یک ترانسفورماتور کاهش ولتاژ مورد نیاز است.

عملیات ایمن و پایدار ترانسفورماتور تحریک مغناطیسی ژنراتور، یک پیش شرط برای عملیات ایمن و پایدار واحد تحریک خود است، یک پیش شرط برای تولید برق پایدار و تولید برق کامل، کلید عملیات قابل اعتماد سیستم تحریک مغناطیسی است.

قدرت الکتریکی مورد نیاز برای سیستم تحریک مغناطیسی از طریق خروجی ژنراتور بدست می آید، نقش ترانسفورماتور تحریک مغناطیسی این است که ولتاژ خروجی ژنراتور (22 کیلو ولت) را به ولتاژ ورودی سیلیکون کنترلی برق (850 ولت) کاهش دهد، جداسازی الکتریکی را بین انتهای ژنراتور و پیچ و پیچ تحریک مغناطیسی فراهم کند، و همچنین به عنوان امپدانس اصلاح جریان سیلیکون کنترلی

دوم شکل و ویژگی های ترانسفورماتور مغناطیسی

ترانسفورماتور مغناطیسی محرک، بر اساس روش عایق تقسیم عمدتا چهار نوع وجود دارد

(1) رزین اپوکسی ریخته شده در ترانسفورماتور خشک.

(2) فیبر شیشه ای بدون قلیایی پیچ و پیچ ترانسفورماتور خشک.

3- ترانسفورماتور خشک MORA

4) ترانسفورماتورهای روغنی

ترانسفورماتور غوطه ور روغن یک ترانسفورماتور سنتی است که در حال حاضر به تدریج توسط ترانسفورماتور خشک جایگزین می شود.

ترانسفورماتور خشک دارای ویژگی های مقاوم به آتش، انفجار و عملکرد زیست محیطی برتر است و به کاربرد اصلی ترانسفورماتور مغناطیسی محرک تبدیل می شود.

یک ترانسفورماتور اپوکسی خشک در جهان توسط شرکت AEG در آلمان غربی در سال 1964 ساخته شد.

ویژگی های ترانسفورماتور خشک اپوکسی:

(1) مقاومت عایق بالا، رزین اپوکسی ریخته شده دارای میدان شکستن عایق 18 تا 22kV / mm است، و ترانسفورماتور غوطه وری روغن با همان ولتاژ تقریبا همان قدرت ضربه رعد و برق است.

2) قدرت مقاومت کوتاه

(3) عملکرد پیشگیری از فاجعه برجسته، رزین اپوکسی می تواند آتش را متوقف کند و به طور خودکار خاموش شود و منجر به انفجار نشود.

(4) عملکرد زیست محیطی برتر، رزین اپوکسی ضد رطوبت، ضد گرد و غبار، می تواند در شرایط محیطی سخت کار کند.

5) حجم کار حفظ و نگهداری کم است.

(6) خسارت عملیاتی کم، کارایی عملیاتی بالا، سر و صدای کم.

(7) حجم کوچک، وزن سبک، نصب آسان

ویژگی های ترانسفورماتور خشک MORA عبارتند از:

(1) ترانسفورماتور خشک نوع MORA در نزدیک به یک دهه کارخانه ترانسفورماتور MORA آلمان برای تطبیق با مفاهیم جدید محیط زیست و کاربرد فرآیندهای جدید و مواد جدید توسعه یافته است.

(2) ترانسفورماتور خشک نوع MORA با فشار بالا در قفسه های عایق سرامیکی با عملکرد عایق خوب پیچ می شود. پیچ زدن با فشار بالا و پایین و پیچ زدن عمودی و افقی بین آنها دارای کانال های خنک کننده است و ترانسفورماتور دارای ظرفیت کوتاه مدت و مقاومت در برابر کوتاه مدار است.

(3) ترانسفورماتور خشک نوع MORA در حالت خلاء برای پیچ و پیچ کردن رنگ عایق ترکیبی و خشک کردن، فرآیند ساده است.

(4) عایق پیچ و پیچ ترانسفورماتور از فیبر شیشه ای یا کاغذ NOMEX تشکیل شده است تا به سطح عایق F یا H برسد.

(5) نوع MORA دارای ویژگی های خوبی است که باعث جلوگیری از آتش می شود.

نوع MORA پس از خرابی قابل جدا کردن است. مواد پیچیده می توانند دوباره استفاده شوند.

(7) نوع MORA نیازی به ریختن تجهیزات و قالب ندارد، سرمایه گذاری اولیه می تواند صرفه جویی زیادی داشته باشد و طراحی محصول انعطاف پذیری بیشتری دارد.

(8) نوع MORA کار و نگهداری بار کار کمی بیشتر، تعمیر نسبتا آسان است.

در حال حاضر، اروپا و آسیا از ترانسفورماتورهای ریختن رزین اپوکسی بیشتر استفاده می کنند، در حالی که ایالات متحده از نوع MORA بیشتر استفاده می کند.

سطح ضربه مرجعی خشک رزین اپوکسی می تواند تا 250 کیلو ولت باشد و نوع MORA 150 کیلو ولت است.

ترانسفورماتور خشک رژین اپوکسی ظرفیت بیشتری می تواند تا 20MVA، نوع MORA تنها می تواند به 8 تا 10MVA برسد. [1]

سه الزامات عمومی ترانسفورماتورهای مغناطیسی

ژنراتور که از روش تحریک مغناطیسی خود استفاده می کند، اصلاح کننده قدرت مغناطیسی منبع تغذیه آن توسط ترانسفورماتور مغناطیسی تغذیه می شود. جنبه ولتاژ بالا ترانسفورماتور مغناطیسی محرک معمولا به خط پایان ژنراتور متصل می شود، ترانسفورماتور سه فاز کنترل کامل پل، بار بار قدرت مغناطیسی محرک برای جنراتور عایق شده با انطباق بسیار زیاد است. ویژگی های بار و اتصال ترانسفورماتور مغناطیسی و همچنین الزامات خاص شبکه و نیروگاه برای سیستم تحریک مغناطیسی ژنراتور، به طوری که شرایط کار و الزامات فنی ترانسفورماتور مغناطیسی ژنراتور چرخ آبی خود تحریک شده با کاربردهای عمومی ترانسفورماتور برق دقیقا یکسان نیست، عمدتا شامل موارد زیر است.

(1) جریان پیچ و پیچ ترانسفورماتور مغناطیسی به عنوان جریان غیر سینوس است، طراحی ترانسفورماتور باید تاثیر جریان هارمونی در پیچ و پیچ را در نظر بگیرد. از آنجا که روتور ژنراتور معمولا چند ثانیه است، جریان ترانسفورماتور و جانب AC (یعنی جانب ولتاژ پایین تحریک مغناطیسی) به عنوان یک موج مستطیل در نظر گرفته می شود، جزء موج پایه و جزء هارمونیک وجود دارد، جریان هارمونیک از دست دادن مس و آهن ترانسفورماتور را افزایش می دهد و باعث تغییر شکل موج ولتاژ در طرف ژنراتور می شود. بنابراین در طراحی و تولید ترانسفورماتور مغناطیسی محرک باید تاثیر جریان هارمونی پیچ و پیچ ترانسفورماتور را در نظر بگیرد، از جمله تراکم مغناطیسی هسته آهن، ظرفیت، ظرفیت بارگذاری بیش از حد و غیره باید تاثیر جریان هارمونی را در نظر بگیرد. جریان هارمونی ممکن است باعث سر و صدای هارمونی در حال اجرای ترانسفورماتور شود، بنابراین در ساختار و مقاومت مکانیکی هسته آهن و پیچ و پیچ، لازم است اقدامات کاهش سر و صدای هارمونی را در نظر بگیرید.

(2) به عنوان یک ترانسفورماتور مغناطیسی که به طرف ژنراتور متصل می شود، باید مطابق با الزامات فنی تجهیزات الکتریکی طرف ژنراتور طراحی شود. مطابق با الزامات GB 1094.1 "بخش 1 عمومی ترانسفورماتورهای برق"، در هنگام بار ژنراتور، ترانسفورماتور باید در ترمینال متصل به ژنراتور، قادر به تحمل 1.4 برابر ولتاژ نامی، مدت 5 ثانیه باشد. معمولاً نیاز به کار 60 ثانیه تحت ولتاژ بیش از حد 1.3 برابر ولتاژ نامی ژنراتور است. ترانسفورماتورهای مغناطیسی محرک باید قادر به کار مداوم طولانی مدت تحت ولتاژ نامی 110٪ باشند.

(3) ولتاژ نامگذاری پیچ و پیچ ولتاژ پایین ترانسفورماتور مغناطیسی باید با توجه به برآورده کردن الزامات ولتاژ بالای ولتاژ مغناطیسی در زمان تقویت ژنراتور طراحی شود. هنگامی که ژنراتور تقویت می شود، ولتاژ خروجی اصلاح کننده قدرت مغناطیسی نیاز بالایی دارد تا ولتاژ بالای ژنراتور را تقویت کند. ولتاژ بالای مغناطیسی بر اساس الزامات سیستم برق ژنراتور انتخاب می شود.

(4) ظرفیت ترانسفورماتور باید بتواند ظرفیت تحریک مغناطیسی مورد نیاز برای عملیات مداوم طولانی مدت ژنراتور را برآورده کند، در حالی که جریان تحریک مغناطیسی ژنراتور و ولتاژ برای بار نامگذاری ژنراتور 1.1 برابر جریان تحریک مغناطیسی و ولتاژ است، می تواند به طور مداوم در طول مدت کار کند.

(5) ظرفیت بیش از حد تحریک کننده مغناطیسی باید بتواند ظرفیت تحریک کننده مغناطیسی و طول عمر ژنراتور را برآورده کند. در حالی که ژنراتور مغناطیسی را تقویت می کند، ژنراتور تحت ولتاژ بالای مغناطیسی کار می کند و مقدار حالت ثابت جریان مغناطیسی نیز جریان بالای مغناطیسی است. در این زمان، قدرت محرک مغناطیسی نیاز بالایی به ظرفیت بار ترانسفورماتور محرک مغناطیسی دارد.

(6) ترانسفورماتور مغناطیسی تحریک کننده بین پیچ و پیچ ولتاژ بالا و کم نیاز به تنظیم محافظت الکتروستاتیک و زمین بندی دارد. در هنگام ورودی ترانسفورماتور و ولتاژ بالا، از طریق ظرفیت توزیع بین ولتاژ بالا و ولتاژ پایین ترانسفورماتور مغناطیسی، ولتاژ بیش از حد در ولتاژ پایین ترانسفورماتور مغناطیسی تولید می شود. برای کاهش ولتاژ بیش از حد در طرف ولتاژ پایین ترانسفورماتور مغناطیسی محرک، بین ولتاژ بالا و پیچ و پیچ ولتاژ پایین ترانسفورماتور مغناطیسی باید محافظت الکتریکی استاتیک تنظیم شود و با هسته آهنی ترانسفورماتور زمینی شود تا از تهدید ولتاژ بیش از حد برای ایمنی اصلاح کننده قدرت مغناطیسی جلوگیری شود محافظت الکتروستاتیک همچنین می تواند تاثیر هارمونی بالا و بیش از حد ولتاژ در پیچ و پیچ ولتاژ بالا و شبکه برق را کاهش دهد و انگیزه را افزایش دهد

چهار سازگاری الکترومغناطیسی ترانسفورماتور مغناطیسی

علاوه بر این، ترانسفورماتورهای مغناطیسی محرک به عنوان یک دسته از کاربردهای ترانسفورماتورهای برق، هنوز نیاز به برآورده کردن الزامات فنی ترانسفورماتورهای برق عمومی دارند. عمدتا شامل موارد زیر است:

(1) درجه مقاومت در برابر افزایش دما و عایق.

2) قابلیت تحمل کوتاه مدار.

3) سطح عایق

(4) نیاز به تجهیزات کمکی، از جمله سنسورهای جریان، تجهیزات نظارت بر دما و غیره.

(5) سایر موارد مانند سطح سر و صدا، سطح تخلیه محلی، تناسب سه فاز.

پنج کاربردهای مهندسی واقعی برای ترانسفورماتورهای مغناطیسی محرک برخی از الزامات فنی مربوط به مهندسی مانند:

(1) نوع و ساختار ترانسفورماتور مغناطیسی محرک.

2) روش مونتاژ و سطح حفاظت.

(3) روش و الزامات نصب در محل نیروگاه، از جمله اتصال به خط ژنراتور و غیره.

برای تسهیل حمل و نقل، یا مناسب برای اتصال به ژنراتور جداگانه فاز بسته، ترانسفورماتور مغناطیسی بزرگ ژنراتور معمولا از ترانسفورماتور تک فاز برای تشکیل گروه ترانسفورماتور سه فاز استفاده می کند و نیاز به ترانسفورماتور تک فاز دارای ساختار مشابه و قابلیت تبادل خوب است.

شش ساختار و طراحی ترانسفورماتورهای مغناطیسی

در زیر به عنوان مثال یک ترانسفورماتور خشک با رزین اپوکسی ریخته می شود.

قلب آهنی

مرکز آهن مسیر مغناطیسی ترانسفورماتور است که از فولاد سیلیکونی و دستگاه های چسبنده تشکیل شده است. مواد قلب کلسیم از دانه های سرد با کیفیت بالا به صفحه فولاد سیلیکونی، 45 درجه ساختار درز کامل با نوار عایق و چتر، سطح با رزین ویژه مهر و موم شده است. قلب آهن باید نقطه ای باشد، در غیر این صورت چرخه ای تشکیل می شود تا خسارت را افزایش دهد. از دست دادن بار خالی ترانسفورماتور عمدتا از دست دادن قلب آهن است.

اقدامات اصلی برای کاهش از دست دادن بار خالی ترانسفورماتور:

① کاهش تراکم مغناطیسی ترانسفورماتور

انتخاب مواد فولادی سیلیکونی با کیفیت بالا؛

کاهش ضخامت قلب آهنی

② استفاده از ساختار درز کامل.

پیچ زدن

پیچ کردن یک بخش مهم از ترانسفورماتور خشک است که عمدتاً از سیم (سیم روی) و ساختار عایق (رزین) تشکیل شده است.

ساختار پیچ و پیچ، ظرفیت نامی، ولتاژ نامی و شرایط استفاده را تعیین می کند.

از دست دادن بار ترانسفورماتور شامل از دست دادن مقاومت و از دست دادن اضافی در سیم پیچ و پیچ است. محاسبات پیچ و پیچ باید الزامات زیر را برآورده کند:

1) قدرت الکتریکی عایق پیچ و پیچ باید با مقررات استاندارد قاره ای یا نیازهای کاربر، فرکانس کار، ولتاژ آزمایش ضربه رعد و برق مطابقت داشته باشد و محدوده خاصی داشته باشد.

2) مقاومت در برابر گرما در حالت کار با بار، افزایش دمای پیچ و پیچ اجازه نمی دهد تا از محدودیت افزایش دمای مشخص شده در درجه مقاومت حرارتی مواد عایق بیش از حد باشد.

3) قدرت مکانیکی نیروی الکتریکی تولید شده توسط پیچ و تاب ترانسفورماتور خشک تحت تاثیر جریان کوتاه مدار باعث تغییر پیچ و تاب و تغییر امپدانس کوتاه مدار می شود که هر دو باید با الزامات استاندارد قاره ای مطابقت داشته باشند.

برای ریختن ترانسفورماتور خشک. رزین پیچ و تاب با فشار بالا در قالب ریخته می شود و پایان پیچ و تاب با فشار پایین با رزین بسته بندی می شود.

مواد پیچ و پیچ عمدتاً مس و آلومینیوم هستند. با توجه به ویژگی های فیزیکی سیستم رزین و مواد هدایت کننده خود، ضریب گسترش حرارتی سیستم رزین پر از فیبر شیشه ای نزدیک به ضریب گسترش حرارتی مس است، بنابراین ترانسفورماتورهای خشک پر از فیبر شیشه ای از هدایت مس استفاده می کنند. ضریب گسترش حرارتی سیستم رزین پر شده با پودر سیلیکون مشابه ضریب گسترش حرارتی آلومینیوم است، بنابراین ترانسفورماتورهای خشک پر شده با پودر سیلیکون بیشتر از هدایت آلومینیوم استفاده می کنند. ترانسفورماتورهای خشک پیچ آلومینیومی دارای مقاومت مکانیکی ضعیف و نیازهای بالایی برای کیفیت جوشکاری هستند.

رسانه هایی که برای پیچ کردن ترانسفورماتور استفاده می شوند، دو دسته عمده دارند: خطی و فویل.

انواع پیچ و چرخ عمدتا پیچ و چرخ لایه ای و فویل است.

تکنولوژی پیچ و پیچ با فشار بالا بالغ است، کیفیت عایق قابل اعتماد، درجه اتوماسیون بالا و میزان استفاده بیش از 70٪ است.

فویل فشار پایین کارایی بالا، صرفه جویی در مواد، نشت مغناطیسی کمتر، مقاومت در برابر مدار کوتاه قوی، نرخ استفاده بیش از 90٪.

هفت انتخاب ترانسفورماتور مغناطیسی

ترانسفورماتورهای مغناطیسی محرک از نظر طراحی و ساختار، مانند ترانسفورماتورهای توزیع معمولی، ولتاژ کوتاه مدار 4٪ تا 8٪ است. با توجه به اینکه ترانسفورماتور مغناطیسی محرک باید قابل اعتماد باشد، باید ظرفیت بیش از حد زیادی برای تقویت داشته باشد. منبع تغذیه مغناطیسی معمولا منبع تغذیه احتیاطی طراحی نمی شود، بنابراین توصیه می شود از ترانسفورماتور خشک ساده و با ظرفیت بیش از حد استفاده شود. برای کاهش هزینه سیستم محرک مغناطیسی، استفاده از ترانسفورماتور غوطه ور روغن نیز امکان پذیر است.

هنگامی که ترانسفورماتور مغناطیسی در فضای باز نصب می شود، سیم تغذیه بین کنار ترانسفورماتور و پل اصلاح می شود. به دلیل کاهش فشار الکتریکی، نباید بیش از حد طولانی باشد، به ویژه در شرایط جریان مغناطیسی بزرگ، این باید در نظر گرفته شود. همچنین استفاده از کابل تک هسته ای مناسب نیست، بلکه باید از کابل لاستیکی استفاده شود. از آنجا که کابل های تک هسته ای به جریان متبادل عبور می کنند، ولتاژ بالاتر و جریان که نمی توان نادیده گرفت را در پوشش فولادی حس می کند و باعث اختلال در کابل های ارتباطی می شود.

عملکرد و اتصال ترانسفورماتور مغناطیسی محرک. عملکرد و اتصال ترانسفورماتور مغناطیسی محرک باید به وضوح مورد نیاز باشد، مانند نوع، ظرفیت نامگذاری (برای برآورده کردن الزامات سیستم مغناطیسی محرک) ، افزایش دما، الزامات مقاومت در برابر فشار عایق، گروه اتصال سه فاز ترانسفورماتور، درجه عایق، سطح سر و صدا، سطح تخلیه محلی.

2- الزامات فنی مشخص کردن الزامات فنی دقیق برای ترانسفورماتور مغناطیسی محرک، در انتخاب، برخی از نیروگاه های آبی نیاز به ترانسفورماتور مغناطیسی محرک برای انتخاب محصولات تولید کنندگان مشهور داخلی دارند.

برای دستگاه هایی که از ترمز الکتریکی استفاده می کنند، باید مشخص شود که آیا ترانسفورماتور مغناطیسی همزمان به عنوان ترانسفورماتور ترمز است یا خیر.