ट्रांसफॉर्मर की ऊर्जा क्षति

ट्रांसफोर्मर में हानि

चूंकि विद्युत ट्रांसफोर्मर एक स्थैतिक उपकरण है, इसलिए ट्रांसफोर्मर में यांत्रिक हानि आमतौर पर नहीं होती। हम आमतौर पर ट्रांसफोर्मर में केवल विद्युत हानि को ही ध्यान में रखते हैं।

किसी भी मशीन में हानि को आमतौर पर इनपुट शक्ति और आउटपुट शक्ति के बीच का अंतर के रूप में परिभाषित किया जाता है। जब ट्रांसफोर्मर के प्राथमिक भाग को इनपुट शक्ति दी जाती है, तो उस शक्ति का कुछ भाग ट्रांसफोर्मर के कोर हानि, अर्थात् ट्रांसफोर्मर की हिस्टेरीसिस हानि और ट्रांसफोर्मर कोर में इडी करंट हानि को मेलाने के लिए उपयोग किया जाता है, और इनपुट शक्ति का कुछ भाग I2R हानि के रूप में खो जाता है और प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग में गर्मी के रूप में डिसिपेट हो जाता है, क्योंकि ये वाइंडिंग उनमें कुछ आंतरिक प्रतिरोध होता है।

पहला ट्रांसफोर्मर में कोर हानि या लोहे की हानि के रूप में जाना जाता है और बाद का ओहमिक हानि या ट्रांसफोर्मर में तांबे की हानि के रूप में जाना जाता है। ट्रांसफोर्मर में एक और हानि होती है, जिसे ट्रांसफोर्मर की यांत्रिक संरचना और वाइंडिंग चालकों के साथ लिंक होने वाले स्ट्रे फ्लक्स के कारण स्ट्रे हानि के रूप में जाना जाता है।

ट्रांसफोर्मर में तांबे की हानि

तांबे की हानि I²I2R हानि है, जिसमें प्राथमिक तरफ I12R1 और द्वितीयक तरफ I22R2 है। यहाँ, I1 और I2 प्राथमिक और द्वितीयक धाराएँ हैं, और R1 और R2 वाइंडिंग के प्रतिरोध हैं। क्योंकि ये धाराएँ लोड पर निर्भर करती हैं, ट्रांसफोर्मर में तांबे की हानि लोड के साथ बदलती रहती है।

ट्रांसफोर्मर में कोर हानियाँ

हिस्टेरीसिस हानि और इडी करंट हानि, दोनों ट्रांसफोर्मर के कोर के निर्माण में उपयोग किए गए सामग्रियों के चुंबकीय गुणों और इसके डिजाइन पर निर्भर करती हैं। इसलिए ट्रांसफोर्मर में ये हानियाँ नियत होती हैं और ये लोड धारा पर निर्भर नहीं करती हैं। इसलिए ट्रांसफोर्मर में कोर हानियाँ, जिन्हें वैकल्पिक रूप से ट्रांसफोर्मर में लोहे की हानियाँ भी कहा जाता है, सभी लोड की सीमा के लिए नियत मानी जा सकती हैं।

ट्रांसफोर्मर में हिस्टेरीसिस हानि को इस प्रकार दर्शाया जाता है,

ट्रांसफोर्मर में इडी करंट हानि को इस प्रकार दर्शाया जाता है,

Kh = हिस्टेरीसिस नियतांक।

Ke = इडी करंट नियतांक।

Kf = फॉर्म नियतांक।

तांबे की हानि को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है,

IL2R2′ + स्ट्रे हानि

जहाँ, IL = I2 = ट्रांसफोर्मर का लोड, और R2′ द्वितीयक के संदर्भ में ट्रांसफोर्मर का प्रतिरोध है।

अब हम ट्रांसफोर्मर में हिस्टेरीसिस हानि और इडी करंट हानि के बारे में थोड़ी अधिक विस्तार से चर्चा करेंगे ताकि ट्रांसफोर्मर में हानियों के विषय को बेहतर ढंग से समझा जा सके।

ट्रांसफोर्मर में हिस्टेरीसिस हानि

ट्रांसफोर्मर में हिस्टेरीसिस हानि को दो तरीकों से समझाया जा सकता है: भौतिक रूप से और गणितीय रूप से।

हिस्टेरीसिस हानि का भौतिक स्पष्टीकरण

ट्रांसफोर्मर का चुंबकीय कोर 'कोल्ड रोल्ड ग्रेन ऑरिएंटेड सिलिकॉन स्टील' से बना होता है। स्टील एक बहुत अच्छा फेरोमैग्नेटिक सामग्री है। यह प्रकार की सामग्रियाँ चुंबकीकरण के लिए बहुत संवेदनशील होती हैं। इसका अर्थ है, जब भी चुंबकीय फ्लक्स गुजरेगा, यह चुंबक की तरह व्यवहार करेगा। फेरोमैग्नेटिक पदार्थों की संरचना में कई डोमेन होते हैं।

डोमेन सामग्री की संरचना में बहुत छोटे क्षेत्र होते हैं, जहाँ सभी द्विध्रुव समान दिशा में समानांतर होते हैं। दूसरे शब्दों में, डोमेन सामग्री की संरचना में यादृच्छिक रूप से स्थित छोटे स्थायी चुंबक की तरह होते हैं।

ये डोमेन सामग्री की संरचना के अंदर ऐसे यादृच्छिक रूप से व्यवस्थित होते हैं कि उक्त सामग्री का शुद्ध परिणामी चुंबकीय क्षेत्र शून्य होता है। जब बाह्य चुंबकीय क्षेत्र (mmf) लगाया जाता है, तो यादृच्छिक रूप से दिशित डोमेन क्षेत्र के समानांतर व्यवस्थित हो जाते हैं।

क्षेत्र हटाने के बाद, अधिकांश डोमेन यादृच्छिक स्थितियों में वापस आ जाते हैं, लेकिन कुछ वहीं व्यवस्थित रहते हैं। इन अपरिवर्तित डोमेनों के कारण, पदार्थ थोड़ा स्थायी रूप से चुंबकीकृत हो जाता है। इस चुंबकत्व को "स्वतः चुंबकत्व" कहा जाता है।

इस चुंबकत्व को निष्क्रिय करने के लिए कुछ विपरीत mmf लगाने की आवश्यकता होती है। ट्रांसफोर्मर कोर में लगाया गया चुंबकीय वेग या mmf वैकल्पिक होता है। प्रत्येक चक्र के दौरान इन डोमेन विपरीतता के कारण, अतिरिक्त कार्य किया जाएगा। इस कारण, विद्युत ऊर्जा का उपभोग होगा जिसे ट्रांसफोर्मर की हिस्टेरीसिस हानि कहा जाता है।

ट्रांसफोर्मर में हिस्टेरीसिस हानि का गणितीय स्पष्टीकरण

हिस्टेरीसिस हानि का निर्धारण

L मीटर परिधि, a m2 क्षेत्रफल और N टर्न अवरोधित तार वाले एक फेरोमैग्नेटिक नमूने के रिंग को ध्यान में रखें, जैसा कि दिए गए चित्र में दिखाया गया है,

आइए मान लें, कोइल में प्रवाहित धारा I एम्पियर है,

चुंबकीय बल,

मान लीजिए, इस समय का फ्लक्स घनत्व B है,

इसलिए, रिंग में कुल फ्लक्स, Φ = BXa Wb

क्योंकि सोलेनॉइड में प्रवाहित धारा वैकल्पिक है, लोहे के रिंग में उत्पन्न फ्लक्स भी वैकल्पिक होता है, इसलिए उत्पन्न विद्युत विभव (e′) निम्न प्रकार व्यक्त किया जाएगा,

लेन्ज के नियम के अनुसार यह उत्पन्न विद्युत विभव धारा के प्रवाह का विरोध करेगा, इसलिए, कोइल में धारा I को बनाए रखने के लिए, स्रोत को एक बराबर और विपरीत विद्युत विभव देना होगा। इसलिए लगाया गया विद्युत विभव,

कुछ समय dt के दौरान उपभोग की गई ऊर्जा, जिसमें फ्लक्स घनत्व बदल गया है,

इस प्रकार, एक पूरे चक्र के दौरान उपभोग की गई कुल कार्य या ऊर्जा,

अब aL रिंग का आयतन है और H.dB ऊपर दिए गए B – H वक्र के तत्कालीन स्ट्रिप का क्षेत्र है,

इसलिए, एक चक्र के दौरान उपभोग की गई ऊर्जा = रिंग का आयतन × हिस्टेरीसिस लूप का क्षेत्र।ट्रांसफोर्मर के मामले में, यह रिंग ट्रांसफोर्मर के चुंबकीय कोर के रूप में माना जा सकता है। इसलिए, किया गया कार्य विद्युत ऊर्जा की ट्रांसफोर्मर कोर में हानि है और इसे ट्रांसफोर्मर में हिस्टेरीसिस हानि के रूप में जाना जाता है।

इडी करंट हानि क्या है?

ट्रांसफोर्मर में, हम प्राथमिक में वैकल्पिक धारा देते हैं, यह वैकल्पिक धारा ट्रांसफोर्मर के कोर में वैकल्पिक चुंबकीय फ्लक्स उत्पन्न करती है और जैसे-जैसे यह फ्लक्स द्वितीयक वाइंडिंग से लिंक होता है, द्वितीयक में विद्युत विभव उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप लोड से जुड़े धारा प्रवाहित होती है।

ट्रांसफोर्मर के कुछ वैकल्पिक फ्लक्स; ट्रांसफोर्मर के अन्य चालक भागों जैसे स्टील कोर या लोहे के शरीर आदि के साथ भी लिंक हो सकते हैं। जैसे-जैसे वैकल्पिक फ्लक्स ट्रांसफोर्मर के इन भागों से लिंक होता है, वहाँ पर एक स्थानीय उत्पन्न विद्युत विभव होगा।

इन विद्युत विभवों के कारण, ट्रा