ترانسفورماتور های سه فاز

ترانسفورماتور های سه فاز
امروزه در اکثر نیروگاه های دنیا ژنراتورهای  سه فاز وظیفه تولید انرژی الکتریکی را به عهده دارند. همچنین خطوط انتقال انرژی از نیروگاه تا مراکز بار وظیفه انتقال انرژی الکتریکی را به دوش می کشند.لذا نیاز به ترانسفورماتورهای سه فاز برای افزایش یا کاهش ولتاژ در طول مسیر نیروگاه تا بار به شدت احساس می شود. ترانسفورماتور های سه فاز از نظر ساختمان ظاهری بر دونوع اند:
1- ترانسفور ماتور های سه فاز سه پارچه که از سه ترانسفورماتور تک فاز تشکیل شده اند.
2- ترانسفورماتور های سه فاز یک پارچه که حاوی یک هسته مشترک می باشد.
ترانسفورماتور های سه فاز سه پارچه
این گونه ترانسفورماتورها از سه ترانسفورماتور تک فاز که هریک حاوی دو سیم پیچ ویک هسته می باشد, تشکیل شده اند. لذا با سه سیم پیچ اولیه وسه سیم پیچ ثانویه روبه رو هستیم و می توان آنها را به طریق زیر به هم مرتبط ساخت:
الف: اتصال Υ_Υ که سه سیم پیچ اولیه به صورت ستاره وسه سیم پیچ ثانویه نیز به صورت ستاره به هم وصل اند. وبه این اتصال   لفظ اتصال ستاره _ ستاره نیز اطلاق می گردد.
ب: اتصال Δ – Δ یا اتصال مثلث – مثلث که سیم پیچ های اولیه به صورت مثلث و سیم پیچ های ثانویه نیز به صورت مثلث به هم وصل می شوند.
ج: اتصال Δ – Υ یا اتصال ستاره – مثلث در این اتصال سیم پیچ های اولیه به صورت ستاره و سیم پیچ های ثانویه به صورت مثلث به هم وصل می شوند.
د: اتصال Υ – Δ یا اتصال مثلث – ستاره در ان اتصال سیم پیچ های اولیه به صورت مثلث و سیم پیچ های ثانویه به صورت ستاره به هم وصل می شوند.
شکل (1 و 2-17) یک ترانسفورماتور سه فاز سه پارچه را با اتصال  Δ –Υ نشان می دهد و شکل (2 و 2-17) شمای بهتری از این وضعیت را بنمایش می گذارد. در شکل ( 2و 2-17) سیم پیچ های موازی در دو سمت اولیه و ثانویه مربوط به یک تانسفورماتور تک فاز است. در شکل (2 و 2-17) ولتاژها و جریان ها بخوبی نشان داده شده اند و باید گفت نسبت دورها یا نسبت   تبدیل (ɑ) برابر    می باشد. باید دانست N1 و N2 تعداد دور سیم پیچ های اولیه و ثانویه هر ترانسورماتور تک فاز است. شکل های Υ – Δ , Δ _ Δ ,Υ_ Υ را به نمایش می گذا رند. گفتنی است:
(توان ظاهری هرترانسفورماتور تک فاز)×3 =توان ظاهری ترانسفوماتور سه فاز سه پارچه
لازم به تذکراست که ولتاژ ها و جریان سیم پیچ های ترانسفورماتور سه فاز سه پارچه باتوجه به اتصالات Υ و Δ سیم پیچ ها تعیین می شود. نکته مهم این است که:
الف: ترانسفورماتور Δ _ Υ هنگام کاهش ولتاژ فشار قوی مورد استفاده قرار می گیرند.زیر نقطه خنثی در سمت فشار قوی (HV) را می توان زمین نمود که در اکثر مواقع نته مطلوبی است. علت این امر این است که اتصال ستاره (Y) به سمت فشار قوی وصل است.
ب: ترانسفورماتور Y_ Δ در نیروگاه ها جهت افزایش ولتاژ ژنراتور به ولتاژ فشار قوی نصب می شود زیرا دوباره سمت ستاره (Y) به ولتاژ قوی وصل است و امکان زمین کردن نقطه خنثی در سمت فشار قوی میسر است. همچنین در سیستم های توزیع فشارضعیف جهت مصارف خانگی , تجاری و صنعتی از ترانسفورماتور Υ_ Δ استفاده می شود. زیرا برخی از مشترکین به برق سه فاز و برخی دیگر به برق تک فاز نیاز دارند.
ج: مزیت اتصال Δ _ Δ آن است که یکی از ترانسفورماتور های تکفاز را می توان برای تعمیرات از مدار خارج کرد و دو ترانسفوماتورباقی مانده هنوز می توانند مشترکین سه فاز را تغذیه کنند. در صورت خارج شدن یک ترانسفورماتور تک فاز, اتصال حاصله را اتصال مثلث باز یا V _ V می نامند و درباره آن بعدا صحبت می شود.
د:اتصال Υ_ Υ بندرت مورد استفاده قرار می گیرد زیرا با مسائلی در رابطه با جریان تحریک و ولتاژ های القایی دست بگریبان خواهیم بود.

جابجایی فاز(اختلاف فاز)
برخی از اتصالات در ترانسفورماتورهای سه فاز بین ولتاژ خط _ خط 60 درجه اولیه و ولتاژ خط _ خط در ثانویه اختلاف فاز بوجود می آورند. شکل (2_18) یک اتصال Δ _ Υ و نمودار فازوری مربوطه را درثانویه و اولیه نشان می دهد. باید دانست:
1_V_AN  در اولیه با V_a  در ثانویه هم فاز است.
2_V_AB  در اولیه با V_ab   در ثانویه 30 درجه اختلاف فاز دارد.
3_ V_ABدر اولیه از V_ab در ثانویه به میزان 30 درجه جلو می افتد.
عین همین استدلال برای اتصال Υ _ Δ صادق است که در آن نیز اختلاف فاز 30درجه پدید می آید.اما اتصالات Δ _Δ , Υ _Υ اختلاف فاز بین ولتاژهای خط _ خط اولیه و ثانویه پدید نمی آورند.باید گفت نکات فوق برای استاندارد امریکایی صادق است.

مدار معادل تکفاز
اگر سه ترانسفورماتور تک فاز تشکیل دهنده ترانسفورماتور سه فاز سه پارچه کاملا مشابه باشند و بار سه فاز متعادل به ثانویه وصل گردد,در این صورت ولتاژها و جریان ها در دو سمت اولیه و ثانویه متعادل خواهد بود.به سختی دیگر مقدار ولتاژها و جریان های هر سه فاز باهم برابر بوده وفقط یک اختلاف فاز 120 درجه ای بین آنها وجود دارد. در این شرایط تحلیل هرفاز جهت ارزیابی ولتاژها و جریان ها کافی است. مدار معادل تک فاز یک ترانسفورماتور سه فاز به سهولت قابل دسترسی است, مشروط بر آن که اتصال منبع تغذیه متصل به اولیه, اتصالات سیم پیچ های اولیه وثانویه و امپدانس بار همگی به صورت ستاره (Y) باشند. البته اگر اتصالات به صورت مثلث (Δ) باشد. ازتبدیل ستاره مثلث به ستاره معادل دست می یابیم و مساله را دنبال می کنیم. شکل نشان می دهد که درآن همه اتصالات به صورت Υ می باشد.باید دانست که جریان های خط و ولتاژهای خط _ خط در دو شکل (1 و 2_19) و(3 و2_19) باهم برابراند, دراین حالت نسبت تبدیل در اتصال Υ_ Υدر شکل (3و 2_19) را تعریف می کنیم:
(2_39)

در ترانسفورماتور اصلی (شکل 1 و2 _ 19)نسبت تبدیل به قرار زیر است:
(2 _40)

نتیجه آن که نسبت تبدیل در مدار معادل تکفاز ( ) معدل نسبت ولتاژ های خط _ خط اولیه و ثانویه است.شکل (4 و2_19) مدار معادل تکفاز این سیستم را نشان می دهد. این مدار برای تحلیل مدارهایی که ترانسفورماتور توسط تغذیه کننده (فیدر) به بار یا منبع وصل است از اهمیت ویژه ای برخوردار است . ذکر دو مثال موضوع را روشن می کند.