هنگامی که القا متقابل ما بین دو سیم پیچ وجود دارد هر تغییری درجریان باعث القا ولتاژی در سیم پیچ دیگر خواهد شد. از این اصل در ترانسفورماتورها استفاده میگردد.
هر ترانسفورماتور دارای یک سیم پیچ اولیه و یک یا چند سیم پیچ ثانویه است.
سیم پیچ اولیه انرژی را از منبع گرفته و آن را از طریق تغییر میدان مغناطیسی به سیم پیچ ثانویه منتقل می کند. انرژِی به شکل یک نیروی محرکه) emf)در ثانویه ظاهر می گردد.
توسط ترانسفورماتور ها می توان انرؤی الکتریکی را از یک مدار به مدار دیگر منتقل کرد.بدون اینکه اتصال الکتریکی بین آنها برقرار باشد این انتقال انرژی کاملا توسط میدان مغناطیسی انجام می گیرد.
ترانسفورماتورها در توزیع قدرت الکتریکی ac نقش منحصر به فردی دارند چرا که می توانند قدرب الکتریکی با جریان و ولتاژ معینی را تبدیل به قدرتی با همان مقدار ولی با ولتاژ و متفاوتی بنماید.وقتی باری به ثانویه یک ترانسفورماتور متصل باشد جریانی از ثانویه عبور خواهد کرد.این جریان تقریبا 180 درجه با جریان اولیه اختلاف فاز دارد .هنگامی که جریان ثانویه تغییر می کند میدان مغناطیسی مربوط به خود را تولید میکند که خطوط قوای آن با خطوط قوای میدان ناشی از تغییر جریان اولیه مخالفت می کند. این عمل باعث کاهش میدان مغناطیسی شده و لذا ولتاژ ضد محرکه کو چکتری تولید می شود و چون نیروی ضد محرکه ای که با ولتاژ تغذیه شده مخالفت می کند کمتر است جریان اولیه افزایش می یابد. مقدار این افزایش مستقیما متناسب است با جریان ثانویه لذا هنگامی که جریان ثانویه یک ترانسفورماتور افزایش یابد جریان اولیه آن نیز بطور اتوماتیک افزایش خواهد یافت و وقتی که جریان ثانویه کاهش می یابد جریان اولیه نیز کاهش پیدا خواهد کرد. لذا ترانسفورماتور قدرت انتقالی از منبع به بار را بسته به نیاز بار تنظیم میکند.
ولتاژ ثانویه بستگی به تعداد دور سیم پیچ های اولیه نسبت به تعداد دور سیم پیچ های ثانویه دارد.وقتی که تهداد دور سیم پیچ های ثانویه از اولیه بیشتر باشد ولتاژ ثانویه از اولیه بیشتر خواهد شد و به آن ترانسفورماتور افزاینده می گویند و اگر تعداد دور سیم پیچ های ثانویه از اولیه کمتر باشد ولتاژ ثانویه از اولیه کمتر بوده و به این ترانسفورماتور کاهنده می گویند.
نسبت تعداد دور سیم پیچ های اولیه به ثانویه ضریب یا نسبت تبدیل ترانسفورماتور می گویند.
انواع ترانسفورماتورها از نظر نوع کاربرد:
ترانسفورماتورهای روغنی
ترانسفورماتورهای خشک
ترانسهای روغنی ترانسهایی هستند که هسته و سیم پیچها داخل روغن هستند . کاربرد این ترانسها خیلی زیاد بوده ولی در جاهایی که احتمال آتش سوزی وجود دارد کاربرد آنها کم است زیرا که روغن ترانسها اشتغال زا بوده و احتمال آتش سوزی بوجود می آید. و در پست ها از این نوع ترانسها استفاده می شود .
ترانسفورماتورهای نوع خشک که در این نوع ترانسها هوا در بالا و پائین سیم پیچها دمیده می شود . کاربرد این نوع ترانسها در جاهایی است که مسئله آتش سوزی خیلی حساس باشد و این نوع ترانسها حداکثر تا قدرت 1000KVA ساخته می شوند.
تلفات در ترانسفورماتورها:
تلفات مسی:
چون سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانس دارای مقاومت بوده عبور جریان از این سیم پیچ ها افت توان به وجود می آید.
2-افت پراکندگی یا نشتی:
در ترانسهای هسته آهنی کلیه خطوط قوای ایجاد شده توسط سیم پیچ اولیه و ثانویه از هسته آهنی عبور می کنند. بعضی از این خطوط قوا به هوا نشت کرده و از اولیه به ثانویه و بر عکی نمیروند. که این نشت خطوط قوا خود نوعی انرژی تلف شده است.
3-افت هیسترزیس:
در ترانسفورماتور با هسته آهنی هسته توسط میدان مغنا طیسی که د راثر عبور جریان از سیم ها ایجاد میگردد مغناطیس می شود . جهتی که هسته مغناطیس می شود همان جهت میدانی است که باعث مغناطیس شدن آن میشود. پی هربار که میدان مغناطیسی اطراف سیم پیچ ها کم و زیاد شده و تغییر جهت دهد جهتی که هسته مغناطیس میشود نیز تغییر می کند.وقتی که هسته برای بار اول مغناطیس میشود مولکولهای آهن هسته همه در جهت میدان قرار می گیرند اما وقتی میدان مغناطیسی صفر شود آنها کاملا به صورت درهم و نامنظم به حالت اولیه بر نمیگردد سپس با آنکه میدان مغناطیسی صفر شده است ولی هسته هنوز دارای کمی خاصیت مغناطیسی است. برای اینکه هسته به حالت اولیه خود برگردد بایستی نیروی مغناطیسی تغییر جهت داده و در جهت عکس به آن نیرو وارد میکند که این نیرو و انرژیی که باید به مولکولها داده شود تا آنها را برگرداند افت هیسترزیس می باشد که افت هیسترزیس بستگی به جنس هسته دارد.
4-افت مربوط به جریانهای گردابی:
از آنجا که هسته آهنی یک ترانسفورماتور یک ماده هادی است. میدان مغناطیسی ترانسفورماتور ولتاژی در هسته القا می کند . این ولتاژ باعث می شود که جریانهای کوچکی در آن جاری می گردد. این جریان ها را جریان گردابی می گویند. جریانهای گردابی را می توان با تقسیم کردن هسته به تعداد زیادی قسمت ورقه مانند که این ورقه ها توسط روکش عایق از یکدیگر عایق می شوند.کاهش می دهند.افت بوجود آمده در اثر جریان های گردابی هم با فرکانس و هم با دامنه جریان ترانسفورماتور متناسب است.
5-افت مربوط به اشباع:
هنگامی که جریان در اولیه ترانسفورماتور افزایش می یابد خطوط قوای ایجاد شده در مسیری از داخل هسته به درون سیم پیچ های ثانویه می روند و از آنجا به هسته و سیم پیچ های اولیه باز می گردند. اولین بار که جریان شروع به افزایش می کند تعداد خطوط قوا در هسته به شدت افزایش می یابد. وقتی جریان به اندازه ای زیاد شود که تعداد خطوط موجود در هسته خیلی زیاد شوند دیگر افزایش بیشتر جریان فقط تعداد کمی خطوط قوای اظافی ایجاد می کند. در این هنگام هسته اشباع شده است . هر افزایشی در جریان پس از آنکه هسته اشباع شود نشان دهنده قدرت تلف شده است چرا که میدان مغناطیسی نمی تواند این قدرت اضافی را به ثانویه منتقل کند.
قسمتهای مختلف ترانسفورماتور:
هسته
سیم پیچها
3-تاپ چنجر
4- تانک روغن
5- باک روغن(کنسرواتور)
6-رله بوخهلتس و جانسون
7-لوله انفجار
8-درجه نمای روغن
9-چرخ ها
10- شیرهای تخلیه و نمونه گیری روغن
11- جعبه کنترل فرمان فن ها
12- ترمومترها
13- بوشینگ ها
14- تابلوی مشخصات ترانس
15- رادیاتور یا مبدل های حرارتی
16- پلاک مشخصات از قبیل قدرت ترانسها, گروبرداری سطح ولتاژو...
هسته:
هسته یک مدار مغناطیسی خوب با حداقل فاصله هوایی و مقاومت مغناطیسی است.هسته بصورت مورق ساخته می شود .موادی که در ساختمان لایه های هسته بکار میروند آلیاژهای نرم هستند.
از نظر ساختمانی و نوع قرار گرفتن سیم پیچ ها روی هسته ترانسفورماتور به دو دسته تقسیم بندی میشود:
1-ترانسفورماتورهای هسته ستونی(Core type)
2-ترانسفورماتورهاس هسته زرهی(shell type)
در نوع اول سیم پیچ ها به صورت استوانه های متحدالمرکز روی هسته قرار می گیرند . در حالیکه در نوع دوم سیم پیچ ها بصورت تناوبی یا ساندویچی روی هم قرار می گیرند و هسته زرهی سیم پیچ ها را در بر می گیرد.
برخی عوامل که سبب بروز عیب در هسته و در نتیجه ترانسفورماتور می شوند:
کاهش قدرت عایقی در اطراف سیم پیچ های نگهدارنده
خرابی عایق بین ورقه های هسته و عایق بین یوغ و صفحات نگهدارنده
3-محکم نبستن ورقه های هسته
4-برشکاری و سوراخ نمودن نامناسب ورقه ها
5-وجود براده های آهن و قطعات فلزی کوچک در لابلای ورقه های هسته
6-چگالی شار بالا سبب افزایش جریان هجومی در هنگام وصل ترانسفورماتور می شود.
7-بالا رفتن عمر ترانسفورماتور و فرسودگی صفحات و ورقه های هسته
سیم پیچ:
سیم پیچ های ترانسفورماتور معمولا از سیم مسی و در مواردی از سیم آلومینیومی ساخته می شود.معمولا سیم پیچ فشار ضعیف در داخل و سیم پیچ فشار قوی روی آن پیچیده می شود.دلیل آن هم راحت تر بودن عایقکاری فشار ضعیف نسبت به زمین (هسته)است.
انواع سیم پیچ بکار رفته در ترانسفورماتورهای مختلف عبارتند از:
1-سیم پیچ استوانه ای
کاربرد:در ترانسفورماتورهای توزیع در سمت فشار قوی تا سطح 33کیلو ولت کاربرد دارد.
نوع سیم پیچ استوانه ای هادی چهار گوش می باشد.
2-سیم پیچ دیسکی
3-سیم پیچ مارپیچ(حلزونی)
4-لایه ای
5- چند طبقه
عوامل مختلفی که سبب بروز عیب در سیم پیچ ها میگردد:
1-محکم نبودن عیق روی هادی ها
2-اتصال کوتاه بین حلقه های مجاور بدلیل وجود لبه های تیز روی هادی های مسی
3-در اثر ورود رطوبت به سیم پسچ ها ممکن است بین دورها اتصال کوتاه رخ بدهد.
4-اتصال نامناسب بین سیم پیچ ها سبب داغ شدن موضعی روغن میشودکه این امر سبب کربونیزه شدن عایق بین حلقه ها می شود.
تپ چنجر:
چنانکه می دانیم ولتاژ شبکه بدلایل مختلفی همچون طول شبکه افزایش بار و ... دچار افت شده و یا در مقابل بدلیل کاهش شدید بار در برخی مواقع افزایش ولتاژ مشترکین را تحت تاثیر قرار دهد.در این گونه موارد جهت تنظیم ولتاژ به زمان و هزینه زیادی نیاز داردولی یکی از راههای تنظیم ولتاژ جهت موارد جزیی افت یا افزایش ولتاژ استفاده از کلید تنظیم ولتاژ یا همان تپ چنجر است که در کلیه ترانسفورماتورهای منصوبه در شبکه های برق پیش بینی شده است.
اساس کار تپ چنجر بر تغییر نسبت تبدیل ترانس استوار است.
چگونگی عملکرد تپ چنجر:
تپ چنجر در واقع با تغییر تعداد دور سیم پیچ از طریق انشعاباتی که در سیم پیچ تعبیه شده سبب تغییر ولتاژ خروجی ترانسفورماتور می شود.
میزان تغییر ولتاژ و تعداد تپ ها:
میزان تغییر ولتاژ برای هر پله تپ بین 1 تا 2.5 درصد بوده و تعداد پله ها در ترانسفورماتورهای توزیع 2 یا 3 و یا 5 پله انتخاب می شود ولی این تعداد درترانسفورماتورهای قدرت تا 30 پله نیز می رسد.
انواع تپ چنجر:
1-قابل قطع زیر بار:
که در تغییرات روزانه و یا کوتاه مدت بار که سبب تغییر ولتاژ می شود به وجود می آید.
کاربرد آن در ترانسهای بزرگ نیروگاهی و پستهای انتقال می باشد.
2-غیر قابل قطع زیر بار:
بیشتر در ترانسهای توزیع استفاده می شود.زیرا در سیستمها توزیع کنترل ولتاژ به صورت روزانه انجام نمی پذیرد بلکه به صورت فصلی و یا در شرایط خاص بهره برداری انجام میشود
محل نصب تپ چنجر:
در تپ چنجرهای نوع off load بدلیل اینکه تغییر تپ ها باید بدون بار روی ترانسفورماتور ها انجام پذیرد ایجاد جرقه نمیکند ولی در عین حال بدلیل وجود انشعابات مختلف که از سیم پیچ بیرون آمده است تپ چنجر را باید در مکانی قرار دهند که ولتاژ کمتر و در نتیجه میزان عایقی بهتری در آن مکان وجود داشته باشد لذا در این مورد تپها را در سمتی که اتصال ستاره قرار داشته باشد قرار می دهند.در ولتاژ های خیلی بالا بدلیل همین ملاحظات تپ ها را ممکن است در سمت فشار ضعیف نیز قرار دهند.
در تپ چنجر های نوع on load بدلیل اینکه تغییر تپها با بارداری شبکه صورت می پذیرد این تغییرات به طور حتم با جرقه همراه می باشد(قطع یک مدار برق دار ایجاد جرقه می نماید) که شدت این جرقه به میزان باری است که قطع میگردد.با توجه به این مساله تپها را در سمتی قرار می دهند که جریان کتری داشته باشد که سمت فشار قوی میباشد.
تانک و رادیاتورها:
تانک یک ظرف مکعب یا بیضی شکل است که هسته و سیم پیچ های ترانسفورماتور در آن جای میگیرند.
وظایف کلی تانک:
-حفاط خوبی برای هسته سیم پیچ روغن و سایر اجزای داخلی باشد.
-دارای استقامت کافی باشد بطوریکه د رحین حمل و نقل و همچنین در زمان اتصال کوتاههای داخلی بتواند تنشهای مکانیکی را تحمل کند.
-ارتعاشات و صدا در آن حداقل باشد.
-ساختمان آن در برابر نشت روغن و نفوذ هوا آب بندی شده باشد.
-سطح مورد نیاز برای دفع گرما ی تلفات ترانسفورماتور را تامین کند.
-محلهای نصب بوشینگ تپ چنجر کنسرواتور و سایر متعلقات ترانسفورماتور در آن تعبیه شده باشد.
-تلفات فوکو در آن حداقل باشد.
انواع تانک بر حسب سیستم خنک کنندگی :
تانک با ورق ساده: در قدرتهای کمتر از 50کاوا و ولتاژ های پایین استفاده میگردد.
تانک ساده مجهز به پره و ورقه
3-تانک با تیوپها خارجی: برای قدرتهای بالای 50کاوا
4- تانک با رادیاتور :در ترانسفورماتورهای 500کاوا وبالاتر
5-تانک با فن :در ترانسفورماتورهای با قدرت بالا که گردش طبیعی روغن جوابگو نمیباشد.
کنسرواتور:
متناسب با بار و دمای محیط دمای روغن ترانس تغییر می کند که این تغییر دما سبب تغییرات در حجم روغن درتانک می شود.باری اطمینان از اینکه تانک همیشه پر از روغن می ماند در ترانسها تانک انبساط ویژه ایبه نام کنسرواتور نصب می کنند.کنسرواتور مخزنی است فلزی و معمولا استوانه ای که به تانک اصلی متصل است.
کنسرواتور سطح روغنی را که در معرض هوا قرار میگیرد کاهش می دهد.بنابراین آلودگی و اسیدی شدن روغن کاهش میابد.
بر روی کنسرواتور گیج روغن(ارتفاع سنج)برای نشان دادن تغییرات حجم روغن نصب شده است.
بوشینگها:
سرهای خروجی سیم پیچهای فشارقوی و ضعیف باید نسبت به یکدیگر و بدنه ترانس عایقکاری شوند.بدین منظور از بوشینگها(مقره عبوری)استفاده می شود.
محل قرار گیری بوشینگ روی درپوش فوقانی ترانسفورماتور نصب می شود.
رله بوخهلتس:
در ترانسهایی که دارای کنسرواتور هستند و معمولا در قدرتهای بالاتر از 500 کاوا بکار می رود.
دارای دو شناور می باشد:
1-شناور بالایی برای جمع شدن گاز که در صورت عمل نمودن فقط مدار آلارم را فعال می کند.
2-شناور پایین که آن را پایین تر از لوله رابط قرار می دهند و در صورت اشکال بزرگ در ترانس (مانند اتصال کوتاه)حجم گاز تولیدی زیاد می شود و باعث جریات سریع روغن از تانک به کنسرواتور میشود که باعث تحریک شناور محفظه پایین شده و در نتیجه آن صدور فرمان قطع می باشد.
الف)اشکالاتی که سبب تحریک شناور بالایی و اعلام آلارم می شود:
1-نقایص عایقکاری
2-خراب شدن عایق ورق های ترانس
3-کامل نبودن کنتاکت در اتصالات الکتریکی
ب)اشکالاتی که سبب تحریک شناور پایینی و صدور فرمان قطع می شود:
1-شکستن بوشینگها
2-اتصال کوتاه فاز به فاز
3-اتصال زمین
4-اتصال داخلی ترانس
5-اتصال تپها به هم
تمومتر روغن:
برای سنجش درجه حرارت روغن به کار می رود و علاوه بر صفحه مندرج که قابل رویت است مجهز به کنتاکت آلارم نیز می باشد و با تنظیم آن در درجه حرارت معین آلارم می دهد.
ترمومتر سیم پیچ:
علاوه بر آشکار سازی و نشان دادن ماکزیمم درجه حرارت سیم پیچ به عنوان رله حرارتی هم عمل میکند.
کنترل فنها و اعلام آلارم به دلیل افزایش درجه حرارت سیم پیچ و صدور فرمان تریپ وظیفه این ترمومتر می باشد.
ترمو متر در جه حرارت سیم پیچ :
این ترمومتر علاوه بر آشکار سازی و نشان دادن ماکزیمم درجه حرارت سیم پیچ بعنوان رله حرارتی هم عمل میکند به این ترتیب که کنترل فنها اعلام آلارم بدلیل افزایش درجه حرارت سیم پیچ و صدور فرمان تریپ ب عهده این ترمومتر میباشد.
ارتفاع سنج روغن:ارتفاع سنج به کنسرواتور متصل است و سطح روغن را در هر لحظه نشان می دهد.
این ارتفاع سنج در دو نوع دریچه شیشه ای و عقربه ا ی مغناطیسی موجود است.
رطوبت گیر:
رطوبت گیر وظیفه دارد که هوایی را که کنسرواتور از بیرون میکشد از گرد و غبار و رطوبت پاک کند .در رطوبت گیر محفظه ای تعبیه شده است که حاوی دانه های سیلیکاژلی است.این دانه ها در حالت عادی برنگ آبی بوده و در حالت اشباع رصوبتی به رنگ صورتی در می آیند.
دلیل استفاده از سلیکاژل در ترانسها :
با توجه به اینکه آلودگی بر روی نقاط نوک تیز تجهیزات از جمله ترانس ها می نشیند و آن نقاط خورده می شود و به مرور زمان سوراخ شده و بعد از بارندگی آب از آن سوراخ ها وارد ترانس ها میگردد که به ظاهر هم مشاهده نمی شود و از طرفی وقتی که رطوبت وارد روغن می شود روغن اکسیده شده و خاصیت عایقی آن کم می شود که برای ترانس خطرناک است که با تستهای الکتریکی هم نمی توان به طور کامل به نتیجه رسید و درصد رطوبت را مشخص کرد بنابراین نباید رطوبت وارد ترانس گردد که جهت گرفتن رطوبت ترانس ها از سنگ سیلیکايل استفاده می گردد و بعد از تغییر رنگ آن ( تبدیل آن به صورتی رنگ) مجدداً باید تعویض گردد. رنگ سنگ سیلیکاژل در حالت نرمال آبی رنگ می باشد .
فشار شکن:
این تجهیز در واقع آخرین چاره در ترانسفورماتور برای مقابله با افزایش فشار داخلی است.هنگام وقوع خطا یا اتصال کوتاه قوس بوجود آمده سبب تبخیر روغن اطراف خود شده و گاز با فشار بالا تولید می شود.در ایت صورت است که در عرض چند ثانیه تانک متلاشی می شود .بنابراین از این تجهیز برای جلوگیری از این امر استفاده می شود.
دستگاه فشار شکن د ردو نوع موجود است: نوع قدیمی آن که بصورت یک دیافراگم است و دیافراگم آن از جنس های گوناگونی مانند باکلیت میکا شیشه یا مس ساخته می شود.در ترانسفورماتورهایی که دارای رله بوخهلتز هستند باید این دیافراگم کاغذی باشد.دیافراگم باید در فشاری کمتر از 5 پوند در اینچ مربعاره شود.نوع دوم و جدید آن بصورت فنری است .چند فنر فشرده شده در پشت یک دیسک قرار گرفته اند که این دیسک قسمت باز بالای تانک را می بندد .با بالا رفتن فشار دیسک به سمت بالا حرکت کرده و فشار تخلیه میشود. پس از تخلیه مجددا فنرها دیسک را به جای خود بر می گرداند.
گروه برداری ترانسفورماتورها :
یکی از شرایط موازی نمودن ترانسفورماتورها یکسان بودن پلاریته آنها است و چون فازهای یک ترانسفورماتور سه فاز می توانند به طریق مختلف به هم متصل شوند که جهت این کار انواع مختلف اتصالات و دیاگرام برداری و علائم اختصاری آنها را نشان می دهد. اصولاً در ترانسفورماتورها بین ولتاژ اولیه و ثانویه ، اختلاف فازی حاصل می شود که مقدار آن ، بستگی به طریقه اتصال بین سیم پیچ های مختلف داخل ترانسفورماتور دارد . پس ابتدا باید نحوه اتصالات سیم پیچ های اولیه و ثانویه را مشخص نمود . برای مشخص نمودن اتصالات سیم پیچ های ترانسفورماتور از حروف اختصاری استفاده می شود . به این ترتیب که اتصال ستاره با Y ، اتصال مثلث با D و اتصال زیگزاگ را با Z نشان می دهند . در ضمن اگر اتصال مورد نظر در طرف فشار قوی باشد ، با حروف بزرگ و اگر در طرف فشار ضعیف باشد ، با حروف کوچک نمایش می دهند ؛ مثلاً اتصال ستاره – ستاره با Yy و یا اتصال مثلث – زیگزاگ با Dz مشخص می شود ( لازم به ذکر است که حروف معرف اتصال طرف ولتاژ بالا یا فشار قوی ، در ابتدا ، و حروف معرف اتصال طرف ولتاژ پایین ، بعد از آن قرار می گیرد ) . حال اگر در طرف ستاره یا زیگزاگ ، مرکز ستاره یا زیگزاگ ، زمین شده باشد ، متناسب با اینکه اتصال مربوطه در طرف ولتاژ بالا یا پایین باشد ، به ترتیب از حروف N یا n استفاده می شود ؛ مثلاً Yzn یعنی اتصال ستاره – زیگزاگ که مرکز زیگزاگ ، زمین شده است و اتصال ستاره در طرف ولتاژ بالا ، و زیگزاگ در طرف ولتاژ پایین است .
بعلاوه در ترانسفورماتورها ، هر فاز اولیه با فاز مشابه اش در ثانویه ، اختلاف فاز مشخصی دارد که جزء خصوصیات آن ترانسفورماتور به شمار می آید ؛ مثلاً ممکن است این زاویه 0، 30 ، 150 ، 180 و ... باشد . برای آنکه زاویۀ مذکور ، اختلاف فاز را برای هر ترانسفورماتور مشخص نمایند به صورت مضربی از عدد 30 تبدیل می کنند و مضرب مشخص شده را در جلوی حروف معرف اتصالات طرفین ترانسفورماتور می آورند . مثلاً مشخصه YNd11 بیانگر اتصال اولیه ستاره با مرکز ستاره زمین شده و ثانویه ، مثلث است که اختلاف زاویه بین اولیه و ثانویه برابر 330 می باشد . به این عدد گروه ترانسفورماتور می گویند .
به طور کلی مطابق استاندارد IEC76-4 ، نوع اتصالات ترانسفورماتورها می تواند مطابق یکی از اعداد 11،10،8،7،6،5،4،2،1،0 باشد . اصولاً اتصالات ترانسفورماتورها به چهار دستۀ مجزا تقسیم می شوند که عبارتند از :
دستۀ یک : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 0،4 یا 8 هستند .
دستۀ دوم : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 2،6 یا 10 هستند .
دستۀ سوم : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 1 یا 5 هستند .
دستۀ چهارم : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 7 یا 11 هستند .
اما دو موضوع مهم در گروه و اتصال ترانسفورماتورها ، تعیین گروه آنها با توجه به نوع اتصال ، و یا یافتن نوع اتصال سیم پیچ ها با توجه به دانستن گروه ترانسفورماتور می باشد .
الف ) تعیین گروه ترانسفورماتور با توجه به معلوم بودن اتصالات سیم پیچ ها
این موضوع را با شرح یک مثال بیان می کنیم . فرض کنید که اتصالات سیم پیچ های ترانسفورماتور ، به صورت ستاره – مثلث و مطابق با شکل زیر باشد . ابتدا بر روی این اتصالات ، سرهای ورودی و خروجی سیم پیچ ها با U,V,W (برای سیم پیچ اولیه) و u,v,w (برای سیم پیچ ثانویه) مشخص می شوند . سپس بردار نیروی محرکه تمام سیم پیچ ها را از انتهای هر فاز به سمت ابتدای هر فاز رسم می نماییم . لازم به ذکر است که سر سیم پیچ ها به معنای ابتدای فاز خواهد بود و طبعاً سر دیگر سیم پیچ ها به معنای انتهای فاز می باشد .
برای یافتن گروه ترانسفورماتور ، دو دایره متحدالمرکز با قطرهای متفاوت رسم می کنیم و ساعت های 1 تا 12 را بر روی آن مشخص می سازیم . ابتدا بر روی دایره بزرگتر ، بردارهای ولتاژ سیم پیچ های اولیه رسم می شود . در اینجا با توجه به اتصال اولیه به صورت ستاره ، بردارهای OU ، OV و OW بر روی ساعت های 12 (یا صفر) ، 4 و 8 رسم می گردد . توجه شود که بین سرهای خروجی ، 4 ساعت یا 120 درجه اختلاف فاز می باشد . سپس نوبت به ترسیم بردارهای ولتاژ سیم پیچ های ثانویه می رسد . با توجه به اتصال مثلث سیم پیچ های ثانویه ، باید بردار ولتاژ vu در راستای بردار ولتاژ OU اولیه ، بردار ولتاژ wv ثانویه هم راستا با بردار ولتاژ OV اولیه ، و بردار ولتاژ uw ثانویه در راستای بردار ولتاژ OW اولیه رسم گردد . البته بردارهای هم راستا باید به گونه ای رسم شوند که اولاً بین سرهای خروجی ، معادل 4 ساعت اختلاف فاز داشته باشد ، و ثانیاً توالی فاز uvw (در جهت عقربه های ساعت) در ثانویه رعایت شود . حال با توجه به موقعیت ولتاژ u ثانویه که بر روی عدد 1 قرار گرفته است ، در می یابیم که گروه این نوع اتصال ، معادل 1 می باشد . به عبارت دیگر ، بین ولتاژ اولیه و ثانویه ، 30 درجه اختلاف فاز وجود دارد .
ب) تعیین اتصال سیم پیچ های ترانسفورماتور با توجه به معلوم بودن گروه آن
مشابه قسمت قبل ، این موضوع را با مثالی بیان می کنیم . فرض کنید که می خواهیم اتصال ترانسفورماتور Yd11 را رسم نماییم . در شکل زیر نحوه یافتن اتصالات یک ترانسفورماتور Yd11 نشان داده شده است .
در این روش بر روی نمودار دایره ای ، و با توجه به اتصال سیم پیچ اولیه ، بردارهای ولتاژ OU ، OV و OW رسم می شود . سپس با توجه به گروه 11 ترانسفورماتور ، بردارهای uv ، vw و wu (با در نظر گرفتن این نکته که سر u روی عدد 11 ، سر v روی عدد 3 ، و سر w بر روی عدد 7 قرار گیرد) رسم می شود . پس از رسم نمودار دایره ای ، سیم پیچ اولیه و اتصالات آن رسم می شود و بر روی آن ، بردارهای ولتاژ مشخص می گردد . حال با توجه به مطالب گفته شده ، کافی است که سرهای خروجی را در ثانویه ترانسفورماتور تعیین نماییم . انتخاب سرهای خروجی باید به گونه ای صورت گیرد تا بردارهای ولتاژ سیم پیچ های اولیه و ثانویه با بردارهای ولتاژ اولیه و ثانویه بر روی نمودار ، یکسان باشد . در نهایت باید سرهای همنام u ، v و w ثانویه به هم متصل گردند تا اتصال مثلث کامل گردد که این روند در شکل نشان داده شده است .
اتوترانسفورماتورها:
نوع بخصوصی ترانسفورماتور با هسته آهنی وجود دارد که از نقطه نظر فیزیکی تنها یک سیم پیچ دارد .
اما از نظر عملکرد همین سیم پیچ هم بعنوان اولیه و هم ثانویه عمل می کند. به این نوع ترانسفورماتور, اتو ترانسفورماتور می گویند. وقتی که یک اتو ترانسفورماتور جهت افزایش ولتاژ به کار می رود بخشی از سیم پیچ بعنوان اولیه و تمام آن بعنوان ثانویه به کار می رود و وقتی که اتو ترانسفورماتور بعنوان کاهنده به کارمی رود . تمام سیم پیچ بعنوان اولیه و قسمتی از آن به عنوان ثانویه مورد استفاده قرار می گیرد. نحوه عمل اتو ترانسفورماتور شبیه ترانسهای معمولی است .
قدرت با تغییر میدان مغناطیسی از اولیه به ثانویه انتقال می یابد و ثانویه به نوبه خود جریان اولیه را طوری تنظیم می کند که شرایط لازم جهت قدرت مساوی در اولیه و ثانویه فراهم گردد. مقدار افزایش یا کاهش ولتاژ بستگی به نسبت دور سیم پیچ های اولیه و ثانویه دارد . یکی از معایت اتوترانسها این است که مدارارت اولیه و ثانویه از هم جدا نیستند. علی رغم این عیب اتو ترانسفورماتور به علت ارزانی در خیلی جاها به کار می روند.
سیستم خنک کنندگی ترانسها:
جهت کاهش درجه حرارت ترانسها و افزایش بازدهی و راندمان ترانسها از سیستم خنک کنندگی مختلفی بسته به قدرت و نوع ترانسها به کار گرفته می شود که به شرح ذیل می باشند.
1- سیستم ONAN : oil natural air natural
ترانس بوسیله روغن طبیعی و هوای طبیعی خنک می شود که در ترانسها توزیع این سیستم به کار می رود.
2- سیستم ONAF : oil natural air force
هوا از طریق فن به رادیاتور و بدنه ترانس برخورد کرده و باعث خنک کردن روغن و بدنه ترانس می گردد.
3- سیستم OFAF : oil force air force
هوا به وسیله فن به رادیاتور و بدنه ترانس برخورد کرده و روغن هم توسط پمپ سیر کوله شده و خنک می گردد , در ترانس های پست های انتقال از این سیستم استفاده می گردد.
4- سیستم OFWF : oil force water force
روغن توسط پمپ سیرکوله شده و آب هم با فشار بوسیله پمپ به بدنه ترانس زده و باعث خنک کردن ترانس می گردد در ترانسهای بزرگ نیروگاهی کاربرد دارد .
5- سیستم OFWN :
روغن توسط پمپ سیر کوله شده و آب هم به وسیله رادیاتورهای لوله ای در اطراف ترانس حرکت کرده و باعث خنک شدن ترانس می گردد در ترانسهای نیروگاهی کاربرد دارد .
6- سیستم ODAF:
هوا توسط فن هایی به نقاط خاصی از ترانس که بیشتر داغ می شود مستقیماً برخورد کرده و باعث خنک کردن آن نقاط خاص و نهایتاً خنک شدن کل ترانس می شود .
برای تماس سیستم های فوق غیر از سیستم ODAF ماکزیمم درجه حرارت پیچهای ترانس را نسبت به محیط 65 درجه سانتی گراد و برای سیستم ODAF ماکزیمم درجه حرارت سیم پیچ را نسبت به محیط را 70 درجه سانتی گراد می گیرند.
ماکزیمم درجه حرارت روغن را 60 درجه سانتی گراد برای تمام سیستمها می گیرند. یعنی سیم پیچ ترانسها برای تمام سیستم ها غیر از ODAF می تواند 65°C+40°C گرم شود و برای سیستم ODAF 70°C+40°C می تواند گرم شود و برای روغن 60+40 می تواند گرم شود .(40درجه سانتیگراد میزان حرارت محیط می باشد) که تنظیمات سیستم خنک کنندگی ترانس و فرامین آلارم و تریپ مربوط به درجه حرارت ترانس ها هم بر اساس همین قضیه تنظیم می کند.
اتصال سیم پیچهای ترانسفورماتور سه فاز :
در سیستم سه فاز, هر یک از سیم پیچهای اولیه و ثانویه ممکن است به صورت ستاره, مثلث و یا زیگزاگ و غیره بسته شود. معمولاً در جایی که جریان بیشتر است مثلاً در یک ترانس کاهنده چون سمت ثانویه آن جریان بیشتر از سیم پیچ اولیه است از اتصال مثلث استفاده می شود . پس در یک ترانس کاهنده که اغلب در پستهای ما دیده می شود از اتصال ستاره مثلث استفاده می شود .
موازی کردن ترانسها:
در ایستگاهها جهت افزاسش قدرت معمولا از چندین ترانس استفاده می شود ( جهت بالابردن ظرفیت ایستگاه ) که باید این ترانسها به صورت موازی ( پارالل) در مدار قرار گیرند .
شرایط موازی بستن ترانسها :
ولتاژ و فرکانس نامی آنها با شبکه ای که به آن وصل می شوند برابر باشد .
2)فازهای همنام به هم متصل شوند.
3)نسبت تبدیل سیم پیچهای هر دو ترانس با هم باربر باشد.
4)درصد ولتاژ امپدانس هر دو ترانس یکسان باشد.
5)نسبت مقاومت معادل به راکتانس در هر دو ترانس یکسان باشد.
6)گروه برداری آنها یکسان باشد.
7)قدرت آنها نزدیک به هم و حداکثر از 1 به 3 تجاوز نکند.