പരിവർത്തകങ്ങൾ ( Transformers ) അഞ്ചാം ഭാഗം - ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ പരിപഥങ്ങൾ( Transformer circuits)

യഥാർത്ഥ ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ വെക്ടർ ചിത്രം

സെക്കന്ററി വൈന്റിംഗ്‌ ഓപ്പൺ സർക്ക്യൂട്ടിലായിരിയ്ക്കുമ്പോൽ (open circuit ) പ്രൈമറിയിൽ ഒരു എ.സി. വോൾട്ടെജു നൽകുമ്പോൽ കരണ്ടൊഴുകുന്നു. ഈ കരണ്ടിനെ നോ ലോഡ്‌ പ്രൈമറി കരണ്ടെന്നു പ്രൈമറിയിലൂടെ ( No load primary current – I₀ )പറയുന്നു. ഈ കരണ്ടിനു രണ്ടു ഭാഗങ്ങളുണ്ട്‌. ഒരു ഭാഗം കോറിനെ കാന്തവൽക്കരിയ്ക്കാനുപയോഗിയ്ക്കുന്നു. ഇതിനെ കാന്തവൽക്കരണ ഭാഗം ( Magnetization component - I_m ) എന്നു പറയുന്നു ഇതു സപ്ലൈ വോൾക്ക്ട്ടേജുമായി 90 ഡിഗ്രി പിറകിലായിരിയ്ക്കും ( 90^o lagging ). ഒരു ഭാഗം കോറിലെ കോർ ലോസുകൾക്കായി ഉപയോഗിയ്ക്കുന്നു. ഇതിനെ പ്രവർത്തനഭാഗമെന്നു പറയുന്നു ( working component I_w). ഇതു സപ്ലൈ വോൾട്ടേജുമായി നേർ ഫേസിലായിരിയ്ക്കും.

സെക്കന്ററിലിൽ ഒരു ലോഡ്‌ ഘടിപ്പിയ്ക്കുകയാണെങ്കിൽ സെക്കന്ററിയിൽ കരണ്ടൊഴുകുന്നു ( secondary current I₂ ). ഈ കരണ്ട്‌ കോറിലൊരു കാന്തിക ഫ്ലക്സുണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യും. ഈ സെക്കന്ററി ഫ്ലക്സ്‌ ( Secondary flux ) പ്രൈമറി ഫ്ലക്സിനെതിർദ്ദിശയിലായിരിയ്ക്കും ( opposite direction ). ഇതുമൂലം കോറിലെ അറ്റ ഫ്ലക്സു ( Net flux ) കുറയുകയും പ്രൈമറിയിലെ ബാക്ക്‌ ഇ എം എഫ്‌ ( Back e.m.f. ) കുറയുകയും ചെയ്യും. ഇതു പരിഹരിയ്ക്കുന്നതിനായി പ്രൈമറിയിൽ കൂടുതലായി കരണ്ടൊഴുകുകയും ഫ്ലക്സ്‌ മുൻപത്തേതുപോലെ ഉണ്ടാകുകയും ചെയ്യും. അതിനാൽ കോറിലെ കാന്തിക ഫ്ലാക്സ്‌ സ്ഥിരമായി നിലനിർത്തപ്പെടുന്നു,

ട്രാൻസ്ഫോർമറിൽ പ്രൈമറിയിൽ ഒരു പ്രത്യാവർത്തിധാരാ വോൾട്ടത നൽകുമ്പോൾ സെക്കന്ററിയിൽ പരിവർത്തനാനുപാതത്തിനനുസരിച്ച്‌ ( Transformation ratio ) ഒരു വോൾട്ടത ഉണ്ടാകും എന്നു പറഞ്ഞല്ലോ. ഒരു ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ പരിപഥത്തിന്റെ ചിത്രം താഴെ കാണിച്ചിരിയ്ക്കുന്നു.

ചിത്രം നോക്കുക ഇവിടെ V1 എന്നത്‌ നമ്മൾ ട്രാൻസ്ഫോർമറിനു നൽകുന്ന എ.സി. വോൾട്ടതയാണ്‌. I1 എന്നത്‌ പ്രൈമറി പ്രവാഹതീവ്രത, V2 എന്നത്‌ സെക്കന്ററി ലോഡിൽ കിട്ടുന്ന വോൾട്ടത, I2 എന്നത്‌ സെക്കന്ററി പ്രവാഹ തീവ്രത, R1,  R2 എന്നിവ യഥാക്രമം പ്രൈമ‍റിയുടേയും സെക്കന്ററിയുടേയും വൈന്റിങ്ങുകളുടെ പ്രതിരോധം, X1, X2, എന്നത്‌ അവയുടെ ലീക്കേജ്‌ റിയാക്ടൻസ്‌ എന്നിവയാണ്‌,Z_L എന്നത്‌ ലോഡ്‌ ഇമ്പീഡൻസ്‌.

ട്രാൻസ്ഫോർമർ പ്രൈമറി കരണ്ട്‌

ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ സെക്കന്ററിയിൽ ലോഡൊന്നും ഘടിപ്പിയ്ക്കാതെ പ്രൈമറിയിൽ എ.സി വോൾട്ടത നൽകുമ്പോൾ പ്രൈമറിയിൽ ഒഴുകുന്ന കരണ്ടിനെ നോ ലോഡ്‌ പ്രൈമറി കരണ്ടെന്നു പറയുന്നു. ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ കോർ കാന്തവൽക്കരിയ്ക്കാനും ട്രാൻസ്ഫോർമറിലെ കോർ ലോസ്സുകൾക്കായുമാണ്‌ പ്രൈമറികരണ്ടെടുക്കുക. ഈ കരണ്ടിനെ രണ്ടുഭാഗങ്ങളായി തിരിയ്ക്കാം. ഒന്നാമത്തെ ഭാഗം കാന്തവൽക്കരണ കരണ്ടാ ണ്‌. ഇതു വോൾട്ടതയുമായി 90 ഡിഗ്രി ഫേസ്‌ വ്യത്യാസത്തിലായിരിയ്ക്കും. ഇതിന്റെ മൂല്യം എന്നു കാണാം. ഇവിടെ X₀ = E1/I_m,  R₀  = E1/I_w   ആണ്‌.

ഇനി ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ സെക്കന്ററിയിൽ ലോഡ്‌ ഘടിപ്പിച്ചാൽ സെക്കന്ററിയിൽ കരണ്ടൊഴുകും ( Secondary current- I₂). അതിനാനുപാതികമായ ഒരു കരണ്ട്‌ ( Primary equivalent of secondary current - I₂’) ട്രാൻസ്ഫോർമർ പ്രൈമറി അധികമായി സ്രോതസ്സിൽ നിന്നെടുക്കും. ഈ കരണ്ടും നോ ലോഡ്‌ പ്രൈമറി കരണ്ടുംകൂടിചേരുന്നതാണ്‌  ട്രാൻസ്ഫോർമർ പ്രൈമറി കരണ്ട്‌ ( Transformer primary current I₁ ).

ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ വോൾട്ടേജ്‌ റേഗുലേഷൻ ( Voltage regulation of transformer )

ട്രാൻസ്ഫോർമറിൽ ലോഡ്‌ നൽകുമ്പോൾ പ്രൈമറി സെക്കന്ററി ചുറ്റുകളിൽ വൈദ്യുത പ്രവാഹമുണ്ടാകുമല്ലോ. ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ പ്രാഥമിക ദ്വിതീയ വൈന്റിങ്ങുകളുടെ പ്രതിരോധവും ( Resistance )ലീക്കേജ്‌ റിയാക്ടൻസും ( leakage reactance ) മൂലം ട്രാൻസ്ഫോർമറിൽ വോൾട്ടതാ നഷ്ടമുണ്ടാകും ( Voltage drop ). അതായത്‌ സെക്കന്ററിയിൽ കിട്ടുന്ന വോൾട്ടേജ്‌ ട്രാൻസ്ഫോർമർ ലോഡിലല്ലാത്തപ്പോളുണ്ടായിരുന്ന വോൾട്ടേജിനേക്കാൾ കുറവായിരിയ്ക്കും.

ട്രാൻസ്ഫോർമറിലെ നോ ലോഡ്‌ സെക്കന്ററി വോൾട്ടേജ്‌ ( No load secondary voltage ) E₂ ഉം ലോഡിലുള്ള സെക്കന്ററി വോൾട്ടേജ്‌ ( Load terminal voltage ) V₂ ഉം ആയാൽ വോൾട്ടേജ്‌ റേഗുലേഷനെന്നത്‌ (Voltage regulation ) E₂ - V₂) / V₂ എന്നു കാണാം. ട്രാൻസ്ഫോർമറിൽ ലോഡ്‌ കൂടുന്നതനുസരിച്ച്‌ വോൾട്ടേജ്‌ റേഗുലേഷൻ കൂടിവരും. വോൾട്ടേജ്‌ റേഗുലേഷൻ ലോഡ്‌ കരണ്ടിനെ മാത്രമല്ല അതിന്റെ പവർ ഫാക്ടറിനേയും ( Power factor of load ) ആശ്രയിച്ചിരിയ്ക്കുന്നു. പവർ ഫാക്ടർ ലാഗിംഗോ, ഒന്നോ ( Lagging or unity ) ആണെങ്കിൽ സെക്കന്ററി വോൾട്ടേജ്‌ സാധാരണ ഗതിയിൽ കുറഞ്ഞുവരും. ഇതിനെ ധന റേഗുലേഷൻ  ( Positive regulation )എന്നു പറയും. എന്നാൽ പവർ ഫാക്ടർ ലീഡിംഗാണെങ്കിൽ വോൾട്ടേജ്‌ കൂടാനും സാധ്യതയുണ്ട്‌. ഇതിനെ ഋണ റേഗുലേഷനെന്നും പറയും ( Negative regulation ).

ട്രാൻസ്ഫോർമറിലെ പ്രൈമറിയിലും സെക്കന്ററിയിലും പ്രതിരോധം, റിയാക്ടൻസ്‌, ഇമ്പീഡൻസ്‌ എന്നിവയുണ്ടല്ലോ. കണക്കുകൂട്ടലുകളുടെ സൗകര്യാർത്ഥം ഇവയെ പ്രൈമറിയിലേയ്ക്കോ സെക്കന്ററിയിലേയ്ക്കോ മാറ്റി കണക്കാക്കാം. അതുമൂലം കണക്കുകൂട്ടലുകൾ എളുപ്പമാകും . താഴെകാണുന്ന സമീകരണങ്ങൾ കാണുക.

R₁ - പ്രൈമറി പ്രതിരോധം

X₁- പ്രൈമറി റിയക്ടൻ

Z₁- പ്രൈമറി ഇമ്പീഡൻസ്‌  =√ R₁²+ X₁²

R₂- സെക്കന്ററി പ്രതിരോധം

X₂ -സെക്കന്ററി റിയാക്ടൻസ്‌

Z₂ -സെക്കന്ററി ഇമ്പീഡൻസ്‌=√ R₂²+ X₂²

K  -പരിവർത്തന അനുപാതം = E₂/E₁

V₁ - പ്രൈമറി ടെർമിനൽ വോൾട്ടത

E₁ - പ്രൈമറി ഇ.എം.ഫ്‌.

V₂ - സെക്കന്ററി ടെർമിനൽ വോൾട്ടത

E₂ - സെക്കന്ററി ഇ.എം.എഫ്‌

I₁ - പ്രൈമറി കരണ്ട്‌

I₂ - സെക്കന്ററി കരണ്ട്‌

സെക്കന്ററിയിലെ പ്രതിരോധവും, റിയാക്ടൻസും പ്രൈമറിയിലേയ്ക്കു മാറ്റിയാൽ  

R₂’ = R₂/K²    , X₂’ = X₂/K²  എന്നു കാണാം.

പ്രൈമറിയിൽ കണക്കാക്കുമ്പോൾ

ആകെ ട്രാൻസ്ഫോർമർ പ്രതിരോധം     R₀1 = R₁ + R₂’

ആകെ ട്രാൻസ്ഫോർമർ റിയാക്ടൻസ്‌     X₀1 = X₁ + X₂’

ആകെ ട്രാൻസ്ഫോർമർ ഇമ്പീഡൻസ്‌     Z₀1 = Z₁ + Z₂’  അഥവാ Z₀1 =√ (R₀1)²+( X₀1)²

എന്നും കാണാം

സെക്കന്ററിയിലേയ്ക്കു മാറ്റിയാൽ എന്നും കാണാം

R₁’ = R₂ X K²    , X₁’ = X₂ X K²  എന്നു കാണാം.

പ്രൈമറിയിൽ കണക്കാക്കുമ്പോൾ

ആകെ ട്രാൻസ്ഫോർമർ പ്രതിരോധം     R₀2 = R₂ + R₁’

ആകെ ട്രാൻസ്ഫോർമർ റിയാക്ടൻസ്‌     X₀2 = X₂ + X₁’

ആകെ ട്രാൻസ്ഫോർമർ ഇമ്പീഡൻസ്‌     Z₀2 = Z₂ + Z₁’  അഥവാ Z₀2 =√ (R₀2)²+( X₀2)²

എന്നും കാണാം