تلفات برق در ترانسفورماتور توزیع نوع خشک چقدر است؟

به عنوان تامین کننده ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک، من با سوالات متعددی در مورد تلفات برق در این دستگاه های الکتریکی مهم مواجه شده ام. درک این تلفات هم برای تولیدکنندگان و هم برای کاربران نهایی ضروری است، زیرا مستقیماً بر کارایی، هزینه - اثربخشی و ردپای محیطی ترانسفورماتور تأثیر می گذارد. در این وبلاگ، انواع تلفات برق در ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک را بررسی خواهم کرد.

تلفات اصلی

تلفات هسته، همچنین به عنوان تلفات آهن شناخته می شود، یک نوع اساسی از افت توان در ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک است. این تلفات در هسته ترانسفورماتور رخ می دهد که معمولاً از فولاد سیلیکونی چند لایه ساخته شده است. هسته در طول کار ترانسفورماتور در معرض میدان های مغناطیسی متناوب قرار می گیرد و این باعث دو جزء اصلی تلفات هسته می شود: تلفات هیسترزیس و تلفات جریان گردابی.

از دست دادن هیسترزیس

از دست دادن پسماند نتیجه خواص مغناطیسی ماده هسته است. هنگامی که یک میدان مغناطیسی متناوب به هسته اعمال می شود، حوزه های مغناطیسی درون ماده هسته به طور مداوم خود را مجدداً تنظیم می کنند. این فرآیند تنظیم مجدد کاملاً کارآمد نیست و انرژی به شکل گرما تلف می شود. مقدار از دست دادن پسماند بستگی به نوع ماده هسته، فرکانس جریان متناوب و حداکثر چگالی شار مغناطیسی دارد.

مواد با حلقه پسماند باریک، مانند فولاد سیلیکونی درجه بالا، تلفات پسماند کمتری دارند. برای ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک، سازندگان اغلب مواد هسته ای را انتخاب می کنند که تلفات هیسترزیس را به حداقل می رساند تا بازده کلی را بهبود بخشد. فرمول از دست دادن پسماند ($P_h$) با معادله اشتاینمتز به دست می‌آید: $P_h = k_h f B_m^n V$، که $k_h$ ثابت Steinmetz است، $f$ فرکانس، $B_m$ حداکثر چگالی شار مغناطیسی، $n$، هسته اشتاین‌متز، نما $V$ است.

از دست دادن جریان گردابی

تلفات جریان گردابی یکی دیگر از اجزای تلفات هسته است. هنگامی که میدان مغناطیسی متناوب در هسته جریان‌های در گردشی را که به عنوان جریان گردابی شناخته می‌شوند، در مواد هسته القا می‌کند، انرژی به دلیل مقاومت هسته به صورت گرما تلف می‌شود. برای کاهش تلفات جریان گردابی، هسته از ورق های چند لایه فولاد سیلیکونی ساخته شده است. لمینیت ها از یکدیگر عایق هستند که مقاومت مسیر را برای جریان های گردابی افزایش می دهد و در نتیجه از بزرگی این جریان ها می کاهد.

فرمول تلفات جریان گردابی ($P_e$) $P_e=k_e f^2 B_m^2 t^2 V$ است، که در آن $k_e$ یک ثابت مربوط به ماده هسته است، $t$ ضخامت لایه‌ها، و سایر متغیرها همان معنایی دارند که در فرمول تلفات پسماند وجود دارد. با انتخاب دقیق ضخامت لایه ها و مواد هسته، سازندگان می توانند تلفات جریان گردابی را در ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک به طور موثر کنترل کنند.

تلفات مس

تلفات مس که تلفات بار نیز نامیده می شود در سیم پیچ های ترانسفورماتور رخ می دهد. این تلفات به دلیل مقاومت هادی های مسی استفاده شده در سیم پیچ ها می باشد. هنگامی که جریان از سیم پیچ ها عبور می کند، طبق قانون ژول، توان به صورت گرما تلف می شود، $P = I^2R$، که $I$ جریان عبوری از سیم پیچ و $R$ مقاومت سیم پیچ است.

مقدار تلفات مس به جریان بار بستگی دارد. با افزایش بار روی ترانسفورماتور، جریان عبوری از سیم پیچ ها نیز افزایش می یابد و تلفات مس نیز افزایش می یابد. تلفات مس متناسب با مجذور جریان بار است. در یک ترانسفورماتور توزیع نوع خشک، سیم پیچ ها به گونه ای طراحی شده اند که مقاومت کمی داشته باشند تا تلفات مس را به حداقل برسانند. این را می توان با استفاده از مس با رسانایی بالا و با بهینه سازی سطح مقطع هادی ها به دست آورد.

توجه به این نکته مهم است که تلفات مس با بار متفاوت است. در صورت بی باری، تلفات مس ناچیز است زیرا جریان عبوری از سیم پیچ ها بسیار کم است. با این حال، هنگامی که ترانسفورماتور به ظرفیت بار کامل خود نزدیک می شود، تلفات مس می تواند به بخش قابل توجهی از تلفات کل توان تبدیل شود.

ضررهای سرگردان

تعیین مقدار تلفات سرگردان در مقایسه با تلفات هسته و مس دشوارتر است. این تلفات به دلیل نشت میدان های مغناطیسی خارج از هسته و سیم پیچ ها ایجاد می شود. میدان های مغناطیسی نشتی می توانند جریان هایی را در مواد رسانای مجاور مانند مخزن ترانسفورماتور، اجزای ساختاری و شینه ها القا کنند. این جریان های القایی منجر به اتلاف توان به صورت گرما می شود.

تلفات سرگردان همچنین شامل تلفات ناشی از توزیع یکنواخت جریان در سیم پیچ ها می شود. در ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک بزرگ، جریان ممکن است به طور مساوی در سطح مقطع هادی ها، به ویژه در فرکانس های بالا، توزیع نشود. این توزیع غیر یکنواخت جریان منجر به تلفات برق اضافی می شود.

برای کاهش تلفات سرگردان، تولیدکنندگان از تکنیک های مختلفی استفاده می کنند. به عنوان مثال، آنها ممکن است از محافظ مغناطیسی در اطراف ترانسفورماتور برای مهار میدان های مغناطیسی نشتی استفاده کنند. علاوه بر این، طراحی سیم پیچ ها برای اطمینان از توزیع یکنواخت جریان جریان بهینه شده است.

تلفات دی الکتریک

تلفات دی الکتریک در مواد عایق مورد استفاده در ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک رخ می دهد. مواد عایق در حین کار ترانسفورماتور تحت یک میدان الکتریکی قرار می گیرند. هنگامی که یک میدان الکتریکی متناوب اعمال می شود، مولکول های موجود در مواد عایق تحت چرخه های پلاریزاسیون و دپلاریزاسیون قرار می گیرند. این فرآیند کاملاً کارآمد نیست و انرژی به صورت گرما تلف می شود.

مقدار تلفات دی الکتریک به نوع ماده عایق، فرکانس ولتاژ اعمال شده و شدت میدان الکتریکی بستگی دارد. در ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک برای به حداقل رساندن این تلفات از مواد عایق با کیفیت بالا با ضریب تلفات دی الکتریک کم استفاده می شود. به عنوان مثال، رزین اپوکسی یک ماده عایق رایج در ترانسفورماتورهای نوع خشک است زیرا تلفات دی الکتریک نسبتاً کمی دارد.

تاثیر تلفات برق

تلفات توان در ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک چندین تأثیر قابل توجه دارد. اولا، آنها راندمان کلی ترانسفورماتور را کاهش می دهند. یک ترانسفورماتور با کارایی کمتر به توان ورودی بیشتری برای ارائه همان مقدار توان خروجی نیاز دارد که منجر به مصرف انرژی بیشتر و افزایش هزینه های عملیاتی برای کاربر نهایی می شود.

ثانیا، تلفات برق تولید گرما می کند. گرمای بیش از حد می تواند مواد عایق موجود در ترانسفورماتور را تخریب کند و طول عمر آن را کاهش دهد و خطر خرابی را افزایش دهد. برای جلوگیری از گرمای بیش از حد، ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک مجهز به سیستم های خنک کننده مانند فن یا هیت سینک هستند. با این حال، این سیستم‌های خنک‌کننده نیز انرژی بیشتری مصرف می‌کنند و به انرژی مورد نیاز کلی می‌افزایند.

از منظر زیست محیطی، تلفات انرژی بیشتر به معنای هدر رفتن انرژی بیشتر است که اگر برق از سوخت های فسیلی تولید شود، به افزایش انتشار گازهای گلخانه ای کمک می کند. بنابراین، به حداقل رساندن تلفات برق در ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک نه تنها برای کاربر نهایی بلکه برای محیط زیست نیز مفید است.

به حداقل رساندن تلفات برق

ما به عنوان تامین کننده ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک، اقدامات مختلفی را برای به حداقل رساندن تلفات برق در محصولات خود انجام می دهیم. ما از مواد هسته با کیفیت بالا با هیسترزیس کم و تلفات جریان گردابی استفاده می کنیم. مهندسان ما با دقت سیم پیچ ها را طوری طراحی می کنند که دارای مقاومت کم و توزیع جریان یکنواخت باشند و تلفات مس را کاهش دهند.

ما همچنین در تحقیق و توسعه برای بهبود مواد عایق و کاهش تلفات دی الکتریک سرمایه گذاری می کنیم. علاوه بر این، ما از تکنیک های ساخت پیشرفته برای اطمینان از مونتاژ مناسب ترانسفورماتور استفاده می کنیم که به کاهش تلفات سرگردان کمک می کند.

مثلا ماترانسفورماتور نوع خشک 11kvبا جدیدترین فناوری ها طراحی شده است تا تلفات برق را به حداقل برساند. از فولاد سیلیکونی درجه بالا برای هسته و مس با رسانایی بالا برای سیم پیچ ها استفاده می کند. سیستم عایق به دقت مهندسی شده است تا تلفات دی الکتریک کم داشته باشد و طراحی کلی تلفات سرگردان را کاهش می دهد.

نتیجه گیری

در نتیجه، تلفات توان در ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک یک موضوع پیچیده است که شامل تلفات هسته، تلفات مس، تلفات سرگردان و تلفات دی الکتریک است. درک این ضررها هم برای تولیدکنندگان و هم برای کاربران نهایی بسیار مهم است. به عنوان یک تامین کننده، ما متعهد به ارائه ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک با راندمان بالا هستیم که تلفات برق را به حداقل می رساند، هزینه های عملیاتی را کاهش می دهد و اثرات زیست محیطی کمتری دارد.

اگر در بازار ترانسفورماتور توزیع نوع خشک هستید و می خواهید در مورد اینکه چگونه محصولات ما می توانند به شما در صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه ها کمک کنند بیشتر بدانید، از شما دعوت می کنیم برای بحث در مورد خرید با ما تماس بگیرید. ما تیمی از کارشناسان داریم که می توانند اطلاعات دقیق و راه حل های سفارشی را بر اساس نیازهای خاص شما در اختیار شما قرار دهند.

مراجع

• گروور، FW (1946). محاسبات اندوکتانس: فرمول ها و جداول کاری. انتشارات دوور.
• چپمن، اس جی (2012). اصول ماشین آلات الکتریکی مک گراو - آموزش و پرورش هیل.
• انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA). (2016). خشک - نوع توزیع و ترانسفورماتور قدرت.