पावर ट्रांसफार्मर क्या है और यह कैसे काम करता है?

हमारे पिछले कुछ लेखों में हमने ट्रांसफार्मर की मूल बातें और इसके विभिन्न प्रकारों के बारे में चर्चा की है। एक महत्वपूर्ण और आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला ट्रांसफार्मर पावर ट्रांसफार्मर है । यह विद्युत शक्ति उत्पन्न करने वाले स्टेशन और वितरण स्टेशन (या सबस्टेशन) पर क्रमशः वोल्टेज को बढ़ाने और नीचे ले जाने के लिए बहुत व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

उदाहरण के लिए, ऊपर दिखाए गए ब्लॉक आरेख पर विचार करें। यहां पावर ट्रांसफॉर्मर का उपयोग दो बार बिजली का उपयोग करने के लिए किया जाता है, जो कि उत्पादक स्टेशन से बहुत दूर है।

• पहली बार पवन जनरेटर द्वारा उत्पन्न वोल्टेज को स्टेप-अप करने के लिए पावर जनरेटिंग स्टेशन पर होता है।
• दूसरा ट्रांसमिशन लाइन के अंत में प्राप्त वोल्टेज को स्टेप-डाउन करने के लिए वितरण स्टेशन (या सबस्टेशन) पर है।

पारेषण लाइनों में बिजली की हानि

विद्युत ऊर्जा प्रणालियों में पावर ट्रांसफार्मर का उपयोग करने के कई कारण हैं। लेकिन विद्युत ट्रांसफार्मर का उपयोग करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण और सरल कारण विद्युत शक्ति संचरण के दौरान बिजली के नुकसान को कम करना है।

अब देखते हैं कि पावर ट्रांसफॉर्मर के इस्तेमाल से पावर लॉस कितना कम हो जाता है:

सबसे पहले, पावर लॉस P = I * I * R का समीकरण।

यहाँ मैं = कंडक्टर के माध्यम से वर्तमान और आर = कंडक्टर का प्रतिरोध।

तो, कंडक्टर या ट्रांसमिशन लाइन के माध्यम से बहने वाले विद्युत प्रवाह के वर्ग के लिए बिजली का नुकसान सीधे आनुपातिक है। तो कंडक्टर के माध्यम से जाने वाले विद्युत प्रवाह की मात्रा कम होने से बिजली की हानि कम होती है।

हम इस सिद्धांत का लाभ कैसे उठाएंगे, यह नीचे दिया गया है:

• प्रारंभिक वोल्टेज कहें = 100V और लोड ड्रॉ = 5A और पावर दिया = 500watt। फिर यहां ट्रांसमिशन लाइनों को लोड करने के लिए स्रोत से 5 ए की परिमाण का भार वहन करना पड़ता है। लेकिन अगर हम प्रारंभिक चरण में वोल्टेज को 1000V तक बढ़ाते हैं, तो ट्रांसमिशन लाइनों को केवल 500Aatt की समान शक्ति देने के लिए 0.5A करना पड़ता है।
• इसलिए, हम पावर ट्रांसफार्मर का उपयोग करके ट्रांसमिशन लाइन की शुरुआत में वोल्टेज को स्टेप-अप करेंगे और ट्रांसमिशन लाइन के अंत में वोल्टेज को स्टेप-डाउन करने के लिए एक और पावर ट्रांसफार्मर का उपयोग करेंगे।
• इस सेटअप के साथ, 100 + किलोमीटर ट्रांसमिशन लाइन के माध्यम से प्रवाह की मात्रा काफी कम हो जाती है, जिससे ट्रांसमिशन के दौरान बिजली की हानि कम हो जाती है।

पावर ट्रांसफार्मर और वितरण ट्रांसफार्मर के बीच अंतर

• पावर ट्रांसफार्मर आमतौर पर पूर्ण लोड में संचालित होता है क्योंकि इसे 100% लोड पर उच्च दक्षता के लिए डिज़ाइन किया गया है। दूसरी ओर, वितरण ट्रांसफार्मर में उच्च दक्षता है जब लोड 50% से 70% के बीच रहता है। इसलिए, वितरण ट्रांसफार्मर लगातार 100% लोड पर चलने के लिए उपयुक्त नहीं हैं।
• चूंकि पावर ट्रांसफॉर्मर स्टेप-अप और स्टेप-डाउन के दौरान उच्च वोल्टेज की ओर जाता है, इसलिए वितरण ट्रांसफार्मर और इंस्ट्रूमेंट ट्रांसफॉर्मर की तुलना में वाइंडिंग में उच्च इन्सुलेशन होता है।
• क्योंकि वे उच्च-स्तरीय इन्सुलेशन का उपयोग करते हैं, वे आकार में बहुत भारी हैं और बहुत भारी भी हैं।
• चूंकि बिजली ट्रांसफार्मर आमतौर पर घरों से सीधे नहीं जुड़े होते हैं, वे कम लोड उतार-चढ़ाव का अनुभव करते हैं, जबकि दूसरे में वितरण ट्रांसफार्मर भारी लोड में उतार-चढ़ाव का अनुभव करते हैं।
• ये दिन में 24 घंटे के लिए पूरी तरह से लोड होते हैं, इसलिए पूरे दिन तांबे और लोहे के नुकसान होते हैं और वे पूरे समय बहुत अधिक रहते हैं।
• पावर ट्रांसफार्मर में फ्लक्स का घनत्व वितरण ट्रांसफार्मर की तुलना में अधिक है।

पावर ट्रांसफार्मर कार्य सिद्धांत

पावर ट्रांसफॉर्मर 'फैराडे के नियम विद्युत चुम्बकीय प्रेरण' के सिद्धांत पर काम करता है। यह विद्युत चुंबकत्व का मूल नियम है जो प्रेरकों, मोटर्स, जनरेटर और विद्युत ट्रांसफार्मर के कार्य सिद्धांत की व्याख्या करता है।

कानून कहता है ' जब एक बंद लूप या शॉर्ट कंडक्टर एक अलग चुंबकीय क्षेत्र के पास लाया जाता है तो उस बंद लूप में वर्तमान प्रवाह उत्पन्न होता है । '

कानून को बेहतर ढंग से समझने के लिए, हम इस पर अधिक विस्तार से चर्चा करेंगे। पहले, नीचे एक परिदृश्य पर विचार करें।

एक स्थायी चुंबक पर विचार करें और एक कंडक्टर को पहले एक दूसरे के पास लाया जाता है।

• फिर कंडक्टर को एक तार का उपयोग करके दोनों सिरों पर शॉर्ट-सर्कुलेट किया जाता है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।
• इस मामले में, कंडक्टर या लूप में कोई वर्तमान प्रवाह नहीं होगा क्योंकि लूप काटने वाला चुंबकीय क्षेत्र स्थिर है और जैसा कि कानून में उल्लेख किया गया है, केवल एक अलग या बदल रहा चुंबकीय क्षेत्र लूप में वर्तमान को मजबूर कर सकता है।
• तो स्थिर चुंबकीय क्षेत्र के पहले मामले में, कंडक्टर लूप में शून्य प्रवाह होगा।

तब लूप काटने वाला चुंबकीय क्षेत्र बदलता रहता है। चूंकि इस मामले में एक अलग चुंबकीय क्षेत्र मौजूद है, फैराडे के नियम खेलने के लिए आएंगे और जिससे हम कंडक्टर लूप में एक वर्तमान प्रवाह देख सकते हैं।

जैसा कि आप आंकड़े में देख सकते हैं, चुंबक के आगे-पीछे होने के बाद हमें कंडक्टर और बंद-लूप के माध्यम से प्रवाहित एक 'आई' देखने को मिलता है।

नीचे की तरह अन्य बदलती चुंबकीय क्षेत्र स्रोतों के साथ इसे बदलने के लिए।

• अब एक वैकल्पिक वोल्टेज स्रोत और एक कंडक्टर का उपयोग एक अलग चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।
• कंडक्टर लूप के बाद चुंबकीय क्षेत्र की सीमा के पास लाया जाता है, फिर हम कंडक्टर के ऊपर उत्पन्न ईएमएफ देख सकते हैं। इस प्रेरित EMF के कारण, हमारे पास एक वर्तमान प्रवाह 'I' होगा।
• प्रेरित वोल्टेज की परिमाण दूसरे लूप द्वारा अनुभव की गई क्षेत्र की शक्ति के समानुपाती होती है, इसलिए चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति जितनी अधिक होती है, बंद-पाश में वर्तमान प्रवाह उतना अधिक होता है।

यद्यपि फैराडे के नियम को समझने के लिए स्थापित एकल कंडक्टर का उपयोग करना संभव है। लेकिन बेहतर व्यावहारिक प्रदर्शन के लिए दोनों तरफ एक कुंडल का उपयोग करना पसंद किया जाता है।

यहां, प्राथमिक कॉयल 1 के माध्यम से एक प्रत्यावर्ती धारा बह रही है जो कंडक्टर कॉइल के चारों ओर अलग-अलग चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। और जब कॉइल 2 कॉइल 1 द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र की सीमा में प्रवेश करता है तो फैराडे के इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन के नियम के कारण कॉइल 2 में एक ईएमएफ वोल्टेज उत्पन्न होता है । और कॉयल 2 में उस वोल्टेज के कारण द्वितीयक क्लोज सर्किट से एक 'I' प्रवाहित होता है।

अब आपको यह याद रखना होगा कि दोनों कॉइल हवा में निलंबित हैं, इसलिए चुंबकीय क्षेत्र द्वारा उपयोग किए जाने वाले चालन का माध्यम हवा है। और चुंबकीय क्षेत्र चालन के मामले में धातुओं की तुलना में हवा में उच्च प्रतिरोध है, इसलिए यदि हम विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के लिए एक माध्यम के रूप में कार्य करने के लिए एक धातु या फेराइट कोर का उपयोग करते हैं तो हम विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का अधिक अच्छी तरह से अनुभव कर सकते हैं।

तो अब आइए हम आगे समझने के लिए लोहे के माध्यम के साथ वायु माध्यम को प्रतिस्थापित करें ।

जैसा कि चित्र में दिखाया गया है कि हम एक कॉइल से दूसरे कॉइल तक पावर ट्रांसमिशन के दौरान चुंबकीय प्रवाह हानि को कम करने के लिए लोहे या फेराइट कोर का उपयोग कर सकते हैं । इस समय के दौरान वायुमंडल में लीक हुए चुंबकीय प्रवाह उस समय की तुलना में काफी कम होगा जब हमने वायु माध्यम का उपयोग किया था क्योंकि कोर चुंबकीय क्षेत्र का एक बहुत अच्छा चालक है।

एक बार कुंडल 1 द्वारा क्षेत्र उत्पन्न होने के बाद यह कुंडल 2 तक पहुंचने वाले लोहे के कोर के माध्यम से बहेगा और आजकल के कानून के कारण कुंडल 2 एक ईएमएफ उत्पन्न करता है जिसे कुंडल 2 से जुड़े गैल्वेनोमीटर द्वारा पढ़ा जाएगा।

अब अगर आप ध्यान से देखें तो आपको यह सेटअप सिंगल-फेस ट्रांसफार्मर के समान मिलेगा। और हाँ आज मौजूद हर ट्रांसफार्मर एक ही सिद्धांत पर काम करता है।

अब हम तीन-चरण ट्रांसफार्मर के सरलीकृत निर्माण पर ध्यान दें ।

थ्री फेज ट्रांसफार्मर

• ट्रांसफार्मर के कंकाल को स्टैक्ड लैमिनेटेड मेटल शीट द्वारा डिज़ाइन किया गया है जो चुंबकीय प्रवाह को ले जाने के लिए उपयोग किया जाता है। आरेख में, आप देख सकते हैं कि कंकाल ग्रे रंग में रंगा हुआ है। कंकाल के तीन स्तंभ हैं जिन पर तीन चरणों के घुमावदार घाव हैं।
• निचले वोल्टेज घुमावदार पहले घाव है और कोर के करीब घाव है, जबकि उच्च वोल्टेज घुमावदार निचले वोल्टेज घुमावदार के शीर्ष पर घाव है। याद रखें, दोनों वाइंडिंग्स को एक इंसुलेशन लेयर द्वारा अलग किया जाता है।
• यहां प्रत्येक स्तंभ एक चरण का प्रतिनिधित्व करता है, इसलिए तीन स्तंभों के लिए, हमारे पास तीन-चरण घुमावदार हैं।
• कंकाल और घुमावदार का यह पूरा सेटअप बेहतर गर्मी चालकता और अलगाव के लिए औद्योगिक तेल से भरे एक सील टैंक में डूबा हुआ है।
• घुमावदार होने के बाद, सभी छह कॉइल के अंतिम टर्मिनलों को एक एचवी इन्सुलेटर के माध्यम से सील टैंक से बाहर लाया गया।
• स्पार्क जंप से बचने के लिए टर्मिनलों को एक दूसरे से काफी दूरी पर तय किया जाता है।

पावर ट्रांसफार्मर की विशेषताएं

मूल्यांकित शक्ति	3 एमवीए 200 एमवीए तक
आमतौर पर प्राथमिक वोल्टेज	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 के.वी.
आमतौर पर द्वितीयक वोल्टेज	3.3, 6.6, 11, 33, 66, 132 केवी या कस्टम विनिर्देश
के चरण	एकल या तीन-चरण ट्रांसफार्मर
मूल्यांकन आवृत्ति	50 या 60 हर्ट्ज
दोहन	ऑन-लोड या ऑफ-लोड टैप चेंजर्स
तापमान बढ़ना	60 / 65C या कस्टम विनिर्देश
ठंडा प्रकार	ONAN (तेल प्राकृतिक हवा प्राकृतिक) या अनुरोध पर KNAN (अधिकतम 33kV) जैसे अन्य प्रकार के शीतलन
RADIATORS	टैंक-घुड़सवार शीतलन रेडिएटर पैनल
वेक्टर समूह	IEC 60076 के अनुसार Dyn11 या कोई अन्य वेक्टर समूह
वोल्टेज अधिनियम	वाया ऑन-लोड टैप चेंजर (मानक के रूप में AVR रिले के साथ)
एचवी और एलवी टर्मिनल	एयर केबल बॉक्स प्रकार (33kV अधिकतम) या खुली झाड़ियों
अधिष्ठापन	इंडोर या आउटडोर
ध्वनि - स्तर	ENATS 35 या NEMA TR1 के अनुसार

पावर ट्रांसफर के आवेदन

• विद्युत ट्रांसफार्मर का उपयोग मुख्य रूप से विद्युत उत्पादन और वितरण स्टेशनों पर किया जाता है।
• इसका उपयोग आइसोलेशन ट्रांसफार्मर, अर्थिंग ट्रांसफॉर्मर, छह पल्स और बारह पल्स रेक्टिफायर ट्रांसफार्मर, सोलर पीवी फार्म ट्रांसफॉर्मर, विंड फार्म ट्रांसफार्मर और कोरंडोफर ऑटोट्रांसफॉर्मर स्टार्टर में भी किया जाता है।
• इसका उपयोग इलेक्ट्रिक पावर ट्रांसमिशन के दौरान बिजली के नुकसान को कम करने के लिए किया जाता है।
• इसका उपयोग उच्च वोल्टेज स्टेप-अप और उच्च वोल्टेज स्टेप-डाउन के लिए किया जाता है।
• लंबी दूरी के उपभोक्ता मामलों के दौरान इसे पसंद किया जाता है।
• और उन मामलों में पसंद किया जाता है जहां लोड पूर्ण क्षमता 24x7 पर चलता है।