עכבה של שנאי

 

 

 

1.1 הגדרת עכבה

הגדרה: עכבה של שנאי מתייחסת להתנגדות שהוא מפעיל על זרם כאשר הזרם זורם דרכו. זה מורכב משני חלקים: התנגדות ותגובה אינדוקטיבית. גודל העכבה בא לידי ביטוי בדרך כלל כאחוז ומסומן בלוח השלט של השנאי.

חלק מכונן:

• התנגדות (R): זהו החלק ההתנגדות של המוליך החשמלי בתפתל השנאי, אשר נקבע בעיקר על ידי החומר ואורך הפיתול. התנגדות עלולה לגרום לאיבוד אנרגיה חשמלית בצורה של אנרגיית חום, המכונה אובדן נחושת.

• תגובת אינדוקטיבית (x): חלק זה של העכבה מקורו בהשראות המתפתל. כאשר זרם לסירוגין עובר דרך הפיתול, התגובה האינדוקטיבית תפגע בשינוי הזרם. התגובה האינדוקטיבית נקבעת בעיקר על ידי המבנה הגיאומטרי של הפיתולים והשטף המגנטי של הדליפה בין הפיתולים.

 

1.2 מצב הביטוי של עכבה

העכבה המוחלטת באה לידי ביטוי בדרך כלל בצורה מורכבת ומורכבת משילוב של התנגדות ותגובה אינדוקטיבית.

Z=r+jx,  ביניהם, J היא היחידה הדמיונית

הערה: עכבה אינה מתייחסת לעכבה של מתח גבוה אחד או מתח נמוך עצמו, אלא לעכבה משולבת של מתח גבוה למתח נמוך, התנגדות ותגובה, המשמשים לתיאור עכבה בין פיתולים של שנאי תחת מצב הפעלה מסוים.

לדוגמה, עכבה של שנאי בן שלושה סלילים:

מתח גבוה - מתח נמוך

מתח גבוה - מתח בינוני

מתח בינוני - מתח נמוך

 

 

2.1 ההגדרה של עכבה קצרה במעגל

הגדרה: עכבת הקצר על לוח השלט של השנאי הוא פרמטר חשוב מאוד, המשקף את המאפיינים החשמליים של השנאי בתנאי קצר. עכבה קצרה במעגל מתבטאת בדרך כלל כאחוז (%z), המייצגת את היחס בין המתח שצריך ליישם על המתפתל העיקרי כדי לייצר את הזרם המדורג כאשר הפיתול המשני של השנאי קצר מעגל למתח המדורג של המתפתל הראשוני.

 

 

ניסוח:

עכבה קצרת מעגל () יכול לבוא לידי ביטוי על ידי הנוסחה הבאה:

ביניהם:

• הוא המתח הנדרש לפיתול הראשוני להגיע לזרם המדורג כאשר המתפתל המשני קצר מעגל.

• הוא המתח המדורג של המתפתל העיקרי.

המשמעות של עכבה קצרת מעגל

 

2.2 המשמעות של עכבה קצרה במעגל

2.2.1 הגבלת זרם קצר במעגל

עכבת הקצר של המעגל קובעת את גודל הזרם הקצר שנוצר על ידי השנאי כאשר המתפתל המשני קצר מעגל. זרם קצר במעגל הוא הזרם המרבי שיכול להתרחש במערכת חשמל, והוא עשוי להוות איום רציני על בטיחות הציוד והמערכות.

ככל שהעכבה הקצרה גדולה יותר, כך זרם הקצר הקטן יותר, המסייע בהגנה על השנאי והציוד במורד הזרם מפני נזק שנגרם כתוצאה מזרם קצר מוגזם.

חישוב קצר במעגל

נתון: יכולת לוחית השלטון של השנאי היא 100MVA, המתח הוא 132\/11 קילוואט, והעכבה הקצרה היא 10%. חשב את זרם הקצר במעגל הן בצידי המתח הגבוה והן הנמוך.

= זרם מעגל קצר

= זרם מדורג

Z%= עכבה קצרה

 

צד מתח גבוה:

 

צד מתח נמוך:

 

2.2.2 ויסות מתח

עכבה קצרת מעגל וירידת מתח

גודל עכבת הקצר של המעגל משפיע ישירות על ירידת המתח של השנאי. עכבה גדולה יותר של קציר מעגל פירושה שכאשר השנאי נמצא תחת עומס, גם ירידת המתח על הפיתולים גדולה יותר, מה שמוביל לירידה גדולה יותר במתח היציאה. במילים אחרות, ככל שהעכבה הקצרה גדולה יותר, כך ביצועי ויסות המתח גרועים יותר, מכיוון שהמתח היציאה משתנה יותר כאשר העומס משתנה.

2.2.3 פעולה מקבילה

כאשר רובוטריקים מרובים פועלים במקביל, גודל עכבת הקצר מעגל קובע את שיעור העומס שכל שנאי נושא. אם עכבות הקצר של השנאים המקבילים שונים, העומס יופץ באופן לא אחיד

• שנאי עם עכבה נמוכה

זה יישא עומס גדול יחסית. הסיבה לכך היא שעכבה קטנה יותר פירושה ירידת מתח קטנה יותר, כך שהיא יכולה להעביר יותר זרם, וכתוצאה מכך עומס גדול יותר.

• רובוטריקים עם עכבה גבוהה

ואז הוא יישא עומס קטן יותר. הסיבה לכך היא כי עכבה גדולה יותר תייצר טיפת מתח גדולה יותר, וכתוצאה מכך זרם מועבר קטן יותר ובכך עומס קטן יותר.

אחד התנאים לפעולה מקבילה הוא שהעכבות של רובוטריקים מרובים זהים.

נניח שיש שני שנאים הפועלים במקביל:

עכבת הקצר של השנאי A היא 8%.

עכבת הקצר של השנאי B היא 10%.

אם שני השנאים הללו פועלים במקביל, בשל עכבה קצרה קטנה יותר של A של A, הוא ישא עומס גדול יותר מ- B. למשל, אם העומס הכולל של המערכת הוא 1000kVA, אז שנאי A עשוי לשאת 600KVA, ואילו שנאי B נושאת רק 400KVA.

חלוקת עומס לא אחידה זו עשויה להוביל לבעיות הבאות:

• עומס יתר: רובוטריקים עם עכבה נמוכה עשויים להיות עומס יתר על המידה, ואילו בעלי עכבה גבוהה עשויים להיות במצב עומס קל.

• יעילות נמוכה: עקב חלוקת עומס לא אחידה, היעילות התפעולית של המערכת כולה עשויה לרדת.

• תוחלת חיים מקוצרת: רובוטריקים הפועלים בתנאי עומס יתר עשויים לחוות אורך חיים מקוצר עקב לחץ תרמי והזדקנות מואצת.

2.2.4 הגדרות הגנה

עכבה קצרה של מעגל יש השפעה ישירה על הגדרת מכשירי מגן כמו ממסרים ומפסקים. בדרך כלל יש להגדיר מכשירי מגן על פי זרם קצר במעגל כדי להבטיח שניתן יהיה לנתק תקלות במהירות וביעילות כאשר מתרחש קצר מעגל, ובכך להפחית את ההשפעה על חלקים אחרים במערכת.

הבנת עכבת הקצר של שנאי מועילה לתכנון הגדרות הגנה מתאימות כדי להבטיח את הבטיחות והאמינות של המערכת.

 

 

3.1 היתרון של עכבה גבוהה

• הגבל את זרם הקצר

שנאים עם עכבה גבוהה יכולים להגביל את גודל זרם הקצר במעגל כאשר מתרחש קצר מעגל. זה עוזר להגן על מערכת הכוח והציוד ומקטין את השפעת התקלות על המערכת.

• גמישות במהלך פעולה מקבילה

בשנאים הפועלים במקביל, אם יש הבדל קל בעכבה (אך בטווח סביר), קל יותר להפיץ את העומס ולהימנע מרכוז מוגזם של העומס על שנאי יחיד בגלל עכבה קטנה מדי.

• העלות עשויה להיות נמוכה יחסית

בחלק מהעיצובים, הגברת עכבה יכולה להפחית את כמות החומר המתפתל המשמש, ובכך להוריד את עלויות הייצור.

 

3.2 החיסרון של עכבה גבוהה

ביצועי ויסות המתח גרועים

שנאים עם עכבה גבוהה יחוו תנודות משמעותיות במתח הפלט שלהם כאשר העומס משתנה. זה לא חיובי לעומסים הדורשים מתח יציב, וירידת המתח גדולה יחסית

אובדן אנרגיה גדול יחסית

עכבה רבה יותר פירושה התנגדות ותגובה רבה יותר, מה שעלול להוביל לאובדן אנרגיה גבוה יותר ולהפחית את היעילות של השנאי.

 

3.3 יתרונות של עכבה נמוכה

יש לו ביצועי ויסות מתח טוב

לשנאים עם עכבה נמוכה יש תנודות מתח יציאות קטנות יותר כאשר העומס משתנה ויכול לספק מתח יציב יותר. זה חשוב מאוד למכשירים הרגישים לתנודות מתח, כמו מכשירים אלקטרוניים ומרכזי נתונים, כאשר ירידת המתח קטנה יחסית.

יעילות גבוהה

עכבה קטנה יותר פירושה התנגדות ותגובה נמוכה יותר, מה שמוביל בדרך כלל ליעילות אנרגטית גבוהה יותר ומפחית הפסדים במהלך הפעולה.

 

3.4 חסרון של עכבה נמוכה

זרם הקצר הגדול יחסית

עכבה נמוכה פירושה שכאשר מתרחש קצר חשמלי, הזרם יהיה גדול מאוד, מה שעלול לגרום להשפעה משמעותית על המערכת והציוד. זה דורש אמצעי הגנה מורכבים ויקרים יותר.

עלות ייצור גבוהה

השגת עכבה נמוכה מחייבת בדרך כלל שימוש בחומרים רבים יותר (כמו חוטים עבים יותר או ליבות גדולות יותר) ותהליכי ייצור מורכבים יותר, מה שמגדיל את העלויות.

 

3.5 בחירת פשרה

ביישומים מעשיים, מעצבי שנאי בדרך כלל צריכים למצוא נקודת איזון בין גודל העכבה.

נקודת איזון זו תלויה ב:

• דרישות הגנה למערכות חשמל

אם יש לשלוט בקפדנות על זרם הקצר, ניתן לבחור עיצוב עם עכבה גדולה יותר.

• דרישות יציבות המתח של העומס

אם נדרש מתח יציאה יציב מאוד, ניתן לבחור עיצוב עם עכבה קטנה יותר.

• שיקול עלות

בהנחת היסוד של עמידה בדרישות הביצועים, עלות היא לרוב גורם חשוב לקבלת החלטות.

 

 

4.1 מטרת מבחן

מבחן עכבה קצרה ומבחן אובדן עומס הוא בדיקה חשובה לשנאים, המשמשת לקביעת עכבת הקצר (%z) של השנאי ואובדן העומס (כלומר, אובדן נחושת) בתנאים קצרים. מבחן זה יכול לספק מידע אופייני חשמלי חשוב של השנאי בתנאי עבודה ספציפיים, המועיל לאימות איכות העיצוב והביצועים של השנאי.

• למדוד את עכבת הקצר (%z)

עכבה קצרת מעגל משקפת את ההשפעה המשולבת של ההתנגדות וההגבה של שנאי והיא קריטית להערכת הביצועים של שנאי בתנאי תקלה.

• למדוד אובדן עומס

אובדן עומס (או אובדן נחושת) הוא אובדן הכוח הנגרם כתוצאה מתנגדות מפותלת של שנאי תחת עומס מדורג, אשר ניתן למדוד באמצעות בדיקות עכבה קצרות מעגל

 

4.2 עקרון מבחן

בדיקת עכבה של מעגל קצר כוללת יישום מתח נמוך יחסית על המתפתל הראשוני (בדרך כלל הצד המתח הגבוה) של שנאי תוך כדי קיצור הקצר של המתפתל המשני (בדרך כלל הצד המתח הנמוך), ומדידת המתח, הזרם והעוצמה של המתפתל העיקרי באותו זמן. בהתבסס על ערכי מדידה אלה, ניתן לחשב את עכבת הקצר של מעגל ואובדן העומס של השנאי.

 

4.3 נהלי בדיקה

4.3.1 הכנת מבחן

חיווט: קצר מעגל הצד המשני (צד מתח נמוך) מתפתל של השנאי וחבר את הצד הראשוני (צד מתח גבוה) המתפתל לאספקת חשמל מתכווננת.

הכנת ציוד: חבר את מכשיר המדידה לתיעוד פרמטרים כמו מתח, זרם וכוח.

4.3.2 מתח מיושם

הגדל בהדרגה את המתח בצד הראשוני מאפס עד שהזרם בצד הראשוני מגיע לזרם המדורג. בשלב זה, בגלל הקצר בצד המשני, המתח צריך להיות קרוב לאפס.

4.3.3 מדד

מתח: למדוד ולרשום את המתחבצד הראשוני

זרם: מדוד והקליט את הזרםבצד הראשוני

כוח: מדוד והקלט את הכניסה הפעילה POWER P, שהוא בעיקר אובדן העומס (אובדן נחושת) של המתפתל.

4.4.4 חישוב

נוסחת חישוב של עכבה קצרה במעגל:

אחוז עכבה קצרת מעגל (%z):

ביניהם,הוא המתח המדורג של השנאי

אובדן עומס (אובדן נחושת) מתייחס לכוח הנמדד P.

4.4.5 תנאי בדיקה

בדיקות מתבצעות בדרך כלל בטמפרטורת החדר, אך בשל ההשפעה המשמעותית של הטמפרטורה על התנגדות מפותלת, אובדן העומס שנמדד בפועל עשוי לדרוש תיקון טמפרטורה.

בבדיקה, המתח המופעל נמוך יחסית. זה רק צריך להגיע לזרם המדורג, ולא למתח המדורג, מכיוון שכאשר המתפתל המשני קצר מעגל, יישום מתח נמוך יותר מספיק בכדי לייצר את הזרם המדורג.

4.4.6 ניתוח תוצאות הבדיקה

ערך עכבה קצר במעגל

ערך עכבת הקצר שנמדד צריך להיות תואם את הערך העיצובי או הערך בלוח השלט. אם ההבדלים משמעותיים, זה עשוי להצביע על כך שיש בעיות בתכנון או בייצור השנאי.

אובדן עומס

אובדן העומס שנמדד (אובדן נחושת) משמש להערכת יעילות השנאי בתנאי עומס מלא. הפסד זה צריך להיות בטווח שצוין בעיצוב.

4.4.7 משמעות

מבחן עכבת הקצר של מעגל הקצר לא רק מאמת את תכנון ואיכות הייצור של השנאי, אלא גם מספק נתוני מפתח לניתוח התקלות של המערכת, הגדרת מכשירי ההגנה והתפעול המקביל של השנאי. באמצעות בדיקה זו, מהנדסים יכולים להבטיח את הבטיחות והאמינות של השנאי בפעולה בפועל. לסיכום, מבחן עכבת הקצר הוא צעד חשוב להבטיח שהשנאי עומד במפרט התכנון ויכול לפעול בבטחה וביעילות.