کارایی ترانسفورماتور

آشنایی با کارایی ترانسفورماتور

ترانسفورماتورها مهم‌ترین پیوند بین سیستم‌های تأمین و بار را تشکیل می‌دهند. کارایی ترانسفورماتور مستقیماً بر عملکرد و سن آن تأثیر می‌گذارد. به طور کلی، کارایی ترانسفورماتور در محدوده ۹۵ تا ۹۹ درصد است. برای ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ با تلفات بسیار کم، کارایی می‌تواند تا ۹۹.۷ درصد برسد. اندازه‌گیری‌های ورودی و خروجی ترانسفورماتور تحت شرایط بارگذاری انجام نمی‌شود زیرا خواندن‌های وات‌متر حتماً دارای خطاهای ۱ تا ۲ درصد هستند. بنابراین برای محاسبات کارایی، از تست‌های OC و SC برای محاسبه تلفات هسته و پیچشی ترانسفورماتور استفاده می‌شود. تلفات هسته به ولتاژ اسمی ترانسفورماتور بستگی دارد و تلفات مس به جریان‌های عبوری از پیچش‌های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور بستگی دارد. بنابراین کارایی ترانسفورماتور برای عملکرد آن تحت شرایط ولتاژ و فرکانس ثابت بسیار مهم است. افزایش دما در ترانسفورماتور به دلیل تولید گرما، عمر روغن ترانسفورماتور و نوع روش خنک‌سازی را تعیین می‌کند. افزایش دما محدودیت‌هایی برای ظرفیت تجهیزات ایجاد می‌کند. کارایی ترانسفورماتور به صورت ساده به صورت زیر بیان می‌شود:

• توان خروجی حاصل ضرب کسری بار اسمی (ولت-آمپر) و عامل توان بار است

• تلفات مجموع تلفات مس در پیچش‌ها + تلفات آهن + تلفات دی الکتریک + تلفات بار جانبی است.

• تلفات آهن شامل تلفات هیستریسیس و جریان‌های القایی در ترانسفورماتور است. این تلفات به چگالی مغناطیسی داخل هسته بستگی دارد. ریاضیاً،
  تلفات هیستریسیس :
  
  تلفات جریان‌های القایی :
  
  که kh و ke ثابت‌هایی هستند، Bmax چگالی مغناطیسی قله‌ای است، f فرکانس منبع است و t ضخامت هسته است. توان 'n' در تلفات هیستریسیس ثابت استاینتمتز است که مقدار آن تقریباً ۲ است.
  

• تلفات دی الکتریک در داخل روغن ترانسفورماتور اتفاق می‌افتد. برای ترانسفورماتورهای ولتاژ پایین، این تلفات می‌تواند نادیده گرفته شود.

• فلوکس تسربیحی به قاب فلزی، مخزن و غیره متصل می‌شود تا جریان‌های القایی ایجاد کند و در سراسر ترانسفورماتور وجود دارد که به آن تلفات بار جانبی گفته می‌شود. این تلفات به جریان بار بستگی دارد و به عنوان مقاومت سری با واکنش تسربیحی نمایش داده می‌شود.

محاسبه کارایی ترانسفورماتور

مدار معادل ترانسفورماتور به سمت اولیه در زیر نشان داده شده است. در اینجا Rc برای تلفات هسته حساب می‌شود. با استفاده از تست کوتاه‌مدار (SC)، می‌توانیم مقاومت معادل را برای تلفات مسی پیدا کنیم

بیایید x% را به عنوان درصد بار کامل یا اسمی 'S' (وا) تعریف کنیم و Pcufl(وات) را به عنوان تلفات مسی بار کامل و cosθ را به عنوان عامل توان بار تعریف کنیم. همچنین Pi (وات) را به عنوان تلفات هسته تعریف می‌کنیم. چون تلفات مسی و آهنی تلفات‌های اصلی در ترانسفورماتور هستند، فقط این دو نوع تلفات در محاسبه کارایی در نظر گرفته می‌شوند. بنابراین کارایی ترانسفورماتور می‌تواند به صورت زیر نوشته شود :

که در آن، x2Pcufl = تلفات مسی (Pcu) در هر بارگذاری x% از بار کامل.
کارایی ماکسیمم (ηmax) زمانی رخ می‌دهد که تلفات متغیر برابر با تلفات ثابت شود. چون تلفات مسی به بار بستگی دارد، بنابراین یک تلفات متغیر است. و تلفات هسته به عنوان تلفات ثابت در نظر گرفته می‌شود. بنابراین شرط کارایی ماکسیمم به صورت زیر است :

حالا می‌توانیم کارایی ماکسیمم را به صورت زیر بنویسیم:

این نشان می‌دهد که می‌توانیم با انتخاب مناسب تلفات ثابت و متغیر، کارایی ماکسیمم را در بار کامل به دست آوریم. با این حال، به دلیل اینکه تلفات مسی بسیار بیشتر از تلفات ثابت هسته‌ای هستند، دستیابی به کارایی ماکسیمم دشوار است.
تغییر کارایی با بارگذاری می‌تواند با نمودار زیر نشان داده شود :