تجزیه و تحلیل مزایا و راه حل‌های ترانسفورماتورهای توزیع تک فاز در مقایسه با ترانسفورماتورهای سنتی

۱. اصول ساختاری و مزایای کارایی​

۱.۱ تفاوت‌های ساختاری تأثیرگذار بر کارایی​
تبدیل‌کننده‌های تک‌فاز و سه‌فاز دارای تفاوت‌های ساختاری قابل توجه هستند. تبدیل‌کننده‌های تک‌فاز معمولاً از ساختار نوع E یا ​هسته پیچیده​ استفاده می‌کنند، در حالی که تبدیل‌کننده‌های سه‌فاز از هسته سه‌فاز یا ساختار گروهی استفاده می‌کنند. این تغییرات ساختاری به طور مستقیم بر کارایی تأثیر می‌گذارد:

• هسته پیچیده در تبدیل‌کننده‌های تک‌فاز توزیع جریان مغناطیسی را بهینه می‌کند، ​هم‌ریخت‌های مرتبه بالا​ و زیان‌های مرتبط با آن را کاهش می‌دهد.
• داده‌ها نشان می‌دهند که تبدیل‌کننده‌های تک‌فاز هسته‌پیچیده ​۱۰٪ تا ۲۵٪ زیان بی‌بار کمتر​ و ​حدود ۵۰٪ جریان بی‌بار کمتر​ نسبت به تبدیل‌کننده‌های سه‌فاز لایه‌ای سنتی دارند و سطح نویز به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

۱.۲ اصل عملیاتی کاهش زیان‌ها​

• تبدیل‌کننده‌های تک‌فاز فقط جریان متناوب تک‌فاز را پردازش می‌کنند، که با حذف تفاوت‌های فازی و مشکلات تعادل پتانسیل مغناطیسی موجود در سیستم‌های سه‌فاز، طراحی را ساده می‌کند.
• در تبدیل‌کننده‌های سه‌فاز، بارهای نامتوازن ​زیان‌های اضافی​ ایجاد می‌کنند: میدان‌های مغناطیسی چرخان در اتصالات هسته و نشت جریان عرضی در دامنه‌های لایه‌بندی زیان انرژی را افزایش می‌دهند.
• تبدیل‌کننده‌های تک‌فاز از این مشکلات به دلیل ​مسیرهای مغناطیسی مستقل​ اجتناب می‌کنند و کارایی عملیاتی را افزایش می‌دهند.

۱.۳ مدل تأمین برق بهینه‌سازی زیان‌های خط​

• تبدیل‌کننده‌های تک‌فاز مدل تأمین برق ​​"ظرفیت کوچک، توزیع متراکم، شعاع کوتاه"​​ را امکان‌پذیر می‌کنند. با نصب در نزدیکی مراکز بار، شعاع تأمین برق با ولتاژ پایین را کاهش می‌دهند و زیان‌های خط را کاهش می‌دهند.
• در کاربردهای عملی از ​نصب تعلیق تک ستونی​ استفاده می‌شود که هزینه مواد را صرفه‌جویی می‌کند و کارایی نصب را افزایش می‌دهد - ایده‌آل برای به‌روزرسانی شبکه‌های روستایی و حاشیه شهری.

۲. مزایای استفاده از مواد و هزینه‌های تولید​

۲.۱ صرفه‌جویی در مواد و کاهش هزینه‌ها​

• تبدیل‌کننده‌های تک‌فاز از ​۲۰٪ کمتر مواد هسته​ و ​۱۰٪ کمتر مس​ نسبت به واحد‌های سه‌فاز معادل ظرفیت استفاده می‌کنند.
• این مورد هزینه‌های تولید را تا ​۲۰٪ تا ۳۰٪​​ کاهش می‌دهد.

۲.۲ مطالعه موردی: به‌روزرسانی شبکه روستایی​

• در شهرستان شیشیان، پس از اتخاذ تبدیل‌کننده‌های تک‌فاز:
• هزینه‌های ساخت خطوط ولتاژ پایین تا ​حدود ۲۰٪​​ کاهش یافت.
• هزینه‌های ساخت منطقه زیر‌ایستگاه تا ​حدود ۶۶٪​​ کاهش یافت.
• اگرچه سرمایه‌گذاری اولیه کمی بالاتر است (مثلاً ¥5,000 برای 50kVA تک‌فاز در مقابل ¥4,500 برای سه‌فاز)، هزینه‌های Life Cycle Cost (LCC)​​ در ۱۰ سال به طور قابل توجهی کمتر است: ¥22,585 (تک‌فاز) در مقابل ¥57,623 (سه‌فاز).

۲.۳ مدل‌های تأمین برق مقرون به صرفه​

• سیستم‌های تک‌فاز از ​خط‌های ولتاژ بالا دو‌سیمه​ (۱۰٪ صرفه‌جویی) و ​خط‌های ولتاژ پایین دو یا سه‌سیمه​ (۱۵٪ صرفه‌جویی) استفاده می‌کنند که هزینه‌های مهندسی را کاهش می‌دهند.
• ایده‌آل برای شبکه‌های روستایی با خطوط طولانی و بارهای پخش‌شده.

۲.۴ مزایای تولید​

• ساختار ساده‌تر امکان تولید انبوه را فراهم می‌کند و از فناوری‌های پیشرفته مانند هسته‌های آلیاژی بدون ساختار بلوری استفاده می‌کند که هزینه‌ها را بیشتر کاهش می‌دهد.

۳. تحلیل قابلیت استفاده در سناریوهای مختلف​

۴. پیشنهادات برای کاربرد منطقی​

۴.۱ انتخاب ظرفیت​

• ​اصول اساسی: "ظرفیت کوچک، توزیع متراکم":
• مناطق روستایی: ≤20kVA؛ مناطق شهری: ≤100kVA.
• ​سیم‌کشی:
• ≤40kVA: یک مدار؛ ≥50kVA: دو مدار؛ اولویت به ​سیستم تک‌فاز سه‌سیمه​.
• ​فرمول: P=kf⋅Kt⋅∑PN=Kx⋅∑PNP = k_f \cdot K_t \cdot \sum P_N = K_x \cdot \sum P_NP=kf​⋅Kt​⋅∑PN​=Kx​⋅∑PN​ (که kfk_fkf​: عامل بار؛ KtK_tKt​: عامل همزمانی).

۴.۲ روش‌های نصب​

• ​مستقل: برای دهکده‌های پراکنده؛ اطمینان از نزدیکی به بارها.
• ​شاخه‌ای: برای تغییر انعطاف‌پذیر برق.
• ​اصلی: برای مناطق سه‌فاز بدون بارهای سه‌فاز.
• اولویت به ​نصب تک‌ستونی​ برای صرفه‌جویی در فضا و نگهداری آسان.

۴.۳ تأمین برق هیبریدی​

• بارهای تک‌فاز ≤15٪ از بارهای سه‌فاز: جمع‌بندی مستقیم؛ در غیر این صورت، تبدیل به بارهای سه‌فاز معادل.
• ​تطابق بار:
• تک‌فاز: بارهای مسکونی؛ سه‌فاز: موتورهای صنعتی.
• نوسانات فصلی: از ​تبدیل‌کننده‌های قابل تنظیم ظرفیت تحت بار​ استفاده کنید.

۴.۴ عملیات و نگهداری​

• ​نظارت هوشمند: جمع‌آوری و اندازه‌گیری داده‌های دور.
• ​دستگاه‌های محافظ:
• طرف ولتاژ بالا: PRWG یا HPRW6.
• محافظت از برق: از جاذبه‌های ضدبلایای الکتریکی مرکب بدون شکاف.
• طرف ولتاژ پایین: ​سوئیچ‌های جداکننده + سوئیچ‌های برشی قالب‌دار​ برای ایمنی.

۴.۵ ملاحظات اقتصادی​

• ​مزیت LCC: هزینه‌های بلندمدت کمتر با وجود سرمایه‌گذاری اولیه بالاتر (مثلاً ¥22,585 در مقابل ¥57,623 در ۱۰ سال).

۵. روندهای آینده و چشم‌اندازها​

• ​نوآوری‌های مواد:
• آلیاژهای بدون ساختار بلوری و هسته‌های پیچیده زیان‌های بی‌بار را به ترتیب ​۷۰٪ تا ۸۰٪​​ و ​۱۰٪ تا ۱۵٪​​ کاهش خواهند داد.
• ​یکپارچگی شبکه هوشمند:
• نظارت با IoT و بهینه‌سازی مبتنی بر هوش مصنوعی مدیریت زنده را افزایش می‌دهند.
• ​هماهنگی با انرژی‌های تجدیدپذیر:
• تسهیل یکپارچگی PV/باد توزیعی روستایی، جذب انرژی را بهبود می‌بخشد.
• ​استانداردسازی:
• رهنمودهایی مانند اصول فنی به‌روزرسانی شبکه برق روستایی نرمال‌سازی موارد استفاده را تقویت می‌کنند.