تلفات ترانسفورماتور چیست؟

تلفات ترانسفورماتور قدرت عمدتاً شامل تلفات مس و تلفات آهن است. دلیل این امر این است که هر تجهیزات الکتریکی در طول مدت طولانی کار، تلفاتی ایجاد می‌کند و ترانسفورماتورهای قدرت نیز از این قاعده مستثنی نیستند.

آسیب آهن چیست؟

برخلاف تلفات مسی، تلفات آهن در ترانسفورماتور مستقل از عواملی مانند سیم‌پیچ و اندازه جریان است. از نظر نام، آسیب آهن ارتباط نزدیکی با آهن دارد و توسط هسته آهنی تولید می‌شود. تلفات آهن در ترانسفورماتور همچنین به عنوان "تلفات بدون بار" شناخته می‌شود، زیرا تلفات آهن همیشه در ترانسفورماتور وجود دارد، چه بار کامل باشد و چه بار صفر، و متعلق به تلفات ثابت ترانسفورماتور است. با این حال، در طول فرآیند بار، تلفات توان با کاهش قدرت میدان الکتریکی کاهش می‌یابد.

طبقه بندی تلفات آهن ترانسفورماتور

تلفات آهن ترانسفورماتور به تلفات هیسترزیس و تلفات جریان گردابی تقسیم می‌شود.

تلفات هیسترزیس

اصل کار ترانسفورماتور بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی برای دستیابی به افزایش و کاهش ولتاژ و تغییرات جریان است. شار مغناطیسی در ترانسفورماتور بر روی هسته آهنی جریان می‌یابد. هسته آهنی در برابر شار مغناطیسی مقاومت مغناطیسی دارد، درست مانند یک هادی که در برابر جریان مقاومت دارد. به طور مشابه، گرما نیز تولید می‌شود و این تلفات "تلفات هیسترزیس" نامیده می‌شود.

تلفات جریان گردابی

وقتی جریانی به سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور اعمال می‌شود، شار مغناطیسی تولید شده توسط سیم‌پیچ در هسته آهنی جریان می‌یابد. از آنجا که خود هسته یک رسانا است، یک پتانسیل الکتریکی در صفحه‌ای عمود بر خط میدان مغناطیسی القا می‌شود. این پتانسیل یک حلقه بسته در سطح مقطع هسته ایجاد می‌کند که به نوبه خود جریان الکتریکی تولید می‌کند. این جریان مانند یک گرداب چرخان عمل می‌کند، از این رو به آن "گرداب" می‌گویند. تلفات ناشی از جریان گردابی، "تلفات جریان گردابی" نامیده می‌شود. به این دلیل که هسته جریان‌های گردابی ایجاد می‌کند، آن را به صورت یک ورق نازک می‌سازند. از آنجا که هر چه هسته نازک‌تر باشد، مقاومت بیشتر و جریان کمتر است.

عوامل مؤثر بر تلفات آهن ترانسفورماتور

• ولتاژ و فرکانس کار: تلفات آهن به ولتاژ و فرکانس کار ترانسفورماتور مربوط می‌شود زیرا این عوامل بر قدرت میدان مغناطیسی و هیسترزیس در هسته تأثیر می‌گذارند.
• جنس هسته: خواص هیسترزیس جنس هسته بر میزان تلفات آهن تأثیر می‌گذارد. اگر جنس هسته به خوبی انتخاب نشود، تلفات هیسترزیس افزایش می‌یابد.
• فرآیند تولید: فرآیند تولید ترانسفورماتور نیز تأثیر خاصی بر تلفات آهن دارد. به عنوان مثال، روش لایه بندی هسته، عملیات عایق کاری و غیره بر میزان تلفات آهن تأثیر می گذارد.

چگونه تلفات آهن ترانسفورماتور را کاهش دهیم؟

• انتخاب جنس هسته آهنی با کیفیت بالا: انتخاب جنس هسته آهنی با تلفات هیسترزیس کم می‌تواند تلفات آهن ترانسفورماتور را کاهش دهد.
• بهینه‌سازی فرآیند تولید: با بهبود روش لایه‌بندی هسته، عملیات عایق‌کاری و سایر فرآیندهای تولید، اتلاف آهن را کاهش دهید.
• طراحی معقول: در مرحله طراحی ترانسفورماتور، با بهینه‌سازی طراحی سازه و انتخاب پارامتر، تلفات آهن کاهش می‌یابد.

تلفات مس

مس نقش مهمی در ترانسفورماتورها ایفا می‌کند. معمولاً از سیم‌های مسی در سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتورها استفاده می‌شود. «تلفات مسی» در ترانسفورماتور، تلفاتی است که توسط سیم‌های مسی ایجاد می‌شود. «تلفات مسی» ترانسفورماتور، تلفات بار نیز نامیده می‌شود. تلفات بار اصطلاحاً تلفات متغیر است و تغییر می‌کند.

با تغییر جریان تغییر می‌کند، تلفات مسی (تلفات بار) یک تلفات متغیر است و همچنین تلفات اصلی در عملکرد ترانسفورماتور است.

عوامل مؤثر بر تلفات مس ترانسفورماتور

• اندازه جریان: همانطور که در بالا ذکر شد، تلفات مس متناسب با مجذور جریان است، بنابراین اندازه جریان عامل کلیدی مؤثر بر تلفات مس است.
• مقاومت سیم‌پیچ: مقاومت سیم‌پیچ مستقیماً بر تلفات مسی تأثیر می‌گذارد. هرچه مقاومت بیشتر باشد، تلفات مسی نیز بیشتر است.
• تعداد لایه‌های سیم‌پیچ: هرچه تعداد لایه‌های سیم‌پیچ بیشتر باشد، مسیر جریان در سیم‌پیچ طولانی‌تر می‌شود و مقاومت نیز به همین ترتیب افزایش می‌یابد و در نتیجه تلفات مس نیز افزایش می‌یابد.
• فرکانس سوئیچینگ: تأثیر فرکانس سوئیچینگ بر تلفات مسی ترانسفورماتور مستقیماً با پارامترهای توزیع و مشخصات بار ترانسفورماتور مرتبط است. وقتی مشخصات بار و پارامترهای توزیع القایی باشند، تلفات مسی با افزایش فرکانس سوئیچینگ کاهش می‌یابد؛ وقتی خازنی باشند، تلفات مسی با افزایش فرکانس سوئیچینگ افزایش می‌یابد.
• تأثیر دما: تلفات بار نیز تحت تأثیر دمای ترانسفورماتور قرار می‌گیرد. در عین حال، شار نشتی ناشی از جریان بار، تلفات جریان گردابی در سیم‌پیچ و تلفات سرگردان در قطعات فلزی خارج از سیم‌پیچ ایجاد می‌کند.

چگونه تلفات مسی ترانسفورماتور را کاهش دهیم؟

• افزایش سطح مقطع سیم‌پیچ ترانسفورماتور: کاهش مقاومت هادی، در نتیجه به طور موثر تلفات مسی ترانسفورماتور را کاهش می‌دهد.
• از مواد رسانای باکیفیت بالا استفاده کنید: مانند فویل مسی یا فویل آلومینیومی برای کاهش مقاومت سیم‌پیچ.
• کاهش زمان کارکرد کم‌بار ترانسفورماتور: محدود کردن نسبت زمان کارکرد کم‌بار ترانسفورماتور به کاهش تلفات مسی ترانسفورماتور کمک می‌کند.