تلفات ترانسفورماتور | تلفات مس نسبت به تلفات آهن و نکات کاهش

در حین عملکرد، ترانسفورماتورها انواع مختلفی از تلفات را تجربه می‌کنند که عموماً به دو نوع اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند: تلفات مس و تلفات آهن.

تلفات مس

تلفات مس، که همچنین به عنوان تلفات I²R شناخته می‌شود، ناشی از مقاومت الکتریکی پیچک‌های ترانسفورماتور است که معمولاً از مس ساخته می‌شوند. وقتی جریان از طریق پیچک‌ها می‌گذرد، انرژی به صورت گرما پخش می‌شود. این تلفات متناسب با مجذور جریان بار (I²R) هستند، به این معنی که با افزایش سطح جریان، این تلفات به طور قابل توجهی افزایش می‌یابند.

برای کاهش تلفات مس:

• از رساناهای ضخیم‌تر یا مواد با رسانایی الکتریکی بالاتر برای کاهش مقاومت پیچک‌ها استفاده کنید.

• ترانسفورماتور را در بار بهینه یا نزدیک به آن عملیاتی کنید تا از جریان بیش از حد جلوگیری شود.

• با کاهش باردهی غیرضروری و بهینه‌سازی طراحی سیستم، کارایی عملیاتی کلی را بهبود بخشید.

تلفات آهن

تلفات آهن، یا تلفات هسته، در هسته مغناطیسی ترانسفورماتور به دلیل جریان مغناطیسی متناوب رخ می‌دهند. این تلفات مستقل از بار هستند و تحت شرایط عادی عملیاتی نسبتاً ثابت می‌مانند. تلفات آهن شامل دو مؤلفه است:

• تلفات هیسترزیس: این تلفات ناشی از مغناطیس‌پذیری و دمغ‌پذیری مکرر مواد هسته تحت جریان متناوب است. انرژی به صورت گرما از دست می‌رود به دلیل اصطکاک داخلی دامنه‌های مغناطیسی. استفاده از مواد هسته با حلقه هیسترزیس تنگ—مانند فولاد سیلیکونی مجهز به دانه‌های متعامد—می‌تواند این تلفات را به طور قابل توجهی کاهش دهد.

• تلفات گردابه‌ای: میدان‌های مغناطیسی متناوب جریان‌های چرخشی (جریان‌های گردابه‌ای) را در داخل هسته القاء می‌کنند که منجر به گرمایش مقاومتی می‌شود. این تلفات با ساخت هسته از لایه‌های نازک و عایق‌بندی شده که موازی با جریان مغناطیسی هستند، که مسیر جریان‌های گردابه‌ای را محدود می‌کنند، کاهش می‌یابند. طراحی‌های پیشرفته هسته و مواد با مقاومت بالا نیز به کاهش تلفات گردابه‌ای کمک می‌کنند.

استراتژی‌های کاهش تلفات ترانسفورماتور

کاهش تلفات ترانسفورماتور کارایی را افزایش می‌دهد، هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهد و عمر تجهیزات را افزایش می‌بخشد. اقدامات کلیدی شامل:

• انتخاب ترانسفورماتورهای با کارایی بالا: ترانسفورماتورهای مدرن با کارایی بالا از مواد پیشرفته و طراحی‌های بهینه استفاده می‌کنند تا هر دو نوع تلفات مس و آهن را به حداقل برسانند.

• بهینه‌سازی طراحی: انتخاب دقیق مواد هسته، پیکربندی پیچک‌ها و سیستم‌های خنک‌سازی می‌تواند تلفات کلی را به طور قابل توجهی کاهش دهد.

• اجرای نگهداری منظم: بازرسی‌های روتین و نگهداری—مانند تمیز کردن پیچک‌ها، بررسی سیستم‌های خنک‌سازی و حفظ کیفیت روغن در ترانسفورماتورهای پر از روغن—عملکرد کارآمد را تضمین می‌کنند.

• اجتناب از بارگذاری بیش از حد: بارگذاری بیش از حد تلفات مس و استرس حرارتی را افزایش می‌دهد، که منجر به تخریب سریع‌تر عایق و کاهش قابلیت اطمینان می‌شود.

• تطابق ظرفیت با بار: اندازه‌گیری صحیح ترانسفورماتور با تقاضای بار واقعی از عدم کارایی در بارهای کم و کاهش تلفات بدون بار جلوگیری می‌کند.

به طور خلاصه، کاهش تلفات ترانسفورماتور برای صرفه‌جویی در انرژی و عملکرد قابل اعتماد سیستم‌های برق ضروری است. بنابراین، کاهش تلفات باید یکی از نکات کلیدی در انتخاب، طراحی و عملیات مداوم ترانسفورماتورها باشد.