چرا در یک ترانسفورماتور ایده‌آل، زیان‌های مسی معمولاً کمتر از زیان‌های آهنی است؟

اتلاف مسی و آهنی در یک ترانسفورماتور ایده‌آل

در مدل نظری یک ترانسفورماتور ایده‌آل، فرض می‌کنیم که هیچ اتلافی وجود ندارد، به عبارت دیگر هر دو اتلاف مسی و آهنی صفر هستند. با این حال، اگر یک ترانسفورماتور ایده‌آل را از دیدگاه واقع‌بافتنی‌تر در نظر بگیریم، می‌توانیم استدلال کنیم که اتلاف مسی و آهنی آن باید نظری بسیار کم باشد. به طور خاص، اتلاف مسی یک ترانسفورماتور ایده‌آل معمولاً کمتر از اتلاف آهنی آن در نظر گرفته می‌شود، عمدتاً به دلایل زیر:

• تعریف اتلاف مسی: اتلاف مسی، انرژی از دست رفته به دلیل مقاومت پیچش‌های ترانسفورماتور (معمولاً هادی‌های مس) در حین جریان الکتریکی است. بر اساس قانون جول، حرارت تولید می‌شود و این بخش از اتلاف انرژی به عنوان اتلاف مسی شناخته می‌شود.

• تعریف اتلاف آهنی: اتلاف آهنی شامل اتلاف گردابه‌ای و اتلاف هیستریسی که توسط هسته آهنی ترانسفورماتور در یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد می‌شوند. حتی در شرایط ایده‌آل، این اتلاف‌ها به دلیل ویژگی‌های ذاتی مواد هسته آهنی همچنان وجود دارند.

• عملکرد ایده‌آل: در یک ترانسفورماتور ایده‌آل، مقاومت پیچش‌ها می‌تواند به عنوان بی‌نهایت کوچک در نظر گرفته شود، که منجر به اتلاف مسی قابل صرف نظر می‌شود. با این حال، اتلاف آهنی همچنان وجود دارد، زیرا مرتبط با ویژگی‌های مواد هسته و عملکرد میدان مغناطیسی متناوب است که نمی‌تواند حتی در یک سناریوی ایده‌آل کاملاً حذف شود.

اتلاف‌های مسی و آهنی در ترانسفورماتورهای واقعی

در ترانسفورماتورهای عملی، وضعیت متفاوت است. در حالی که می‌توانیم با استفاده از مواد با کیفیت بالا و طراحی‌های پیشرفته اتلاف‌ها را به حداقل برسانیم، اما اتلاف‌های مسی و آهنی غیرقابل اجتناب هستند. در ادامه برخی از ویژگی‌های اتلاف‌های مسی و آهنی در ترانسفورماتورهای واقعی آورده شده است:

• تأثیر واقعی اتلاف مسی: در ترانسفورماتورهای عملی، اتلاف مسی به دلیل مقاومت پیچش‌ها و مستقیماً متناسب با مجذور جریان است. این بدان معناست که با افزایش بار و جریان، اتلاف مسی نیز به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.

• تأثیر واقعی اتلاف‌های آهنی: اتلاف‌های آهنی واقعی در ترانسفورماتورها شامل اتلاف گردابه‌ای و اتلاف هیستریسی است. اتلاف گردابه‌ای به دلیل تولید گردابه‌های الکتریکی در هسته آهنی به دلیل میدان مغناطیسی متناوب ایجاد می‌شود، در حالی که اتلاف هیستریسی ناشی از اتلاف انرژی در مواد هسته آهنی در طول فرآیند مغناطیس‌سازی و دی‌مغناطیس‌سازی مکرر است.

• مقایسه اتلاف مسی و آهنی: در ترانسفورماتورهای عملی، مقادیر مشخص اتلاف مسی و آهنی به عوامل مختلفی از جمله طراحی ترانسفورماتور، شرایط بار، فرکانس عملیاتی و غیره بستگی دارد. در برخی موارد، اتلاف مسی ممکن است بیشتر از اتلاف آهنی باشد، در حالی که در شرایط دیگر، اتلاف آهنی ممکن است بیشتر باشد. معمولاً، برای ترانسفورماتورهای تحت بار سبک یا بدون بار، اتلاف آهنی غالب است، در حالی که برای ترانسفورماتورهای تحت بار سنگین، اتلاف مسی ممکن است بیشتر باشد.

نتیجه‌گیری

به طور خلاصه، اتلاف مسی در یک ترانسفورماتور ایده‌آل معمولاً کمتر از اتلاف آهنی است، زیرا اتلاف مسی نظری به صفر نزدیک می‌شود، در حالی که اتلاف آهنی به دلیل ویژگی‌های مواد هسته آهنی نمی‌تواند کاملاً حذف شود. در ترانسفورماتورهای عملی، هر دو اتلاف مسی و آهنی وجود دارند و مقادیر مشخص آن‌ها به عوامل مختلفی بستگی دارد. اهمیت اتلاف‌های مسی و آهنی ممکن است در شرایط عملیاتی مختلف متفاوت باشد.