محاسبه تلفات در یک ترانسفورماتور قدرت یک کار حیاتی برای اپراتورهای سیستم قدرت و مصرف کنندگان است. به عنوان یک تامین کننده ترانسفورماتور قدرت، درک این تلفات و توانایی برقراری ارتباط نحوه محاسبه آنها برای ارائه محصولات و خدمات با کیفیت بالا ضروری است. در این وبلاگ، انواع مختلف تلفات در ترانسفورماتورهای قدرت، روش‌های محاسبه آنها و اینکه چرا این محاسبات بسیار حیاتی هستند را بررسی خواهیم کرد.
انواع تلفات در ترانسفورماتورهای قدرت
دو نوع اصلی تلفات در ترانسفورماتورهای قدرت وجود دارد: تلفات بدون بار و تلفات بار.
تلفات بدون بار (تلفات اصلی)
تلفات بدون بار، که به عنوان تلفات هسته نیز شناخته می شود، حتی زمانی رخ می دهد که ترانسفورماتور هیچ باری را تامین نمی کند. این تلفات عمدتاً به دلیل دو عامل است: افت هیسترزیس و افت جریان گردابی.
از دست دادن هیسترزیس:
از دست دادن هیسترزیس در اثر مغناطش و مغناطیس زدایی مکرر هسته ترانسفورماتور ایجاد می شود. هنگامی که یک جریان متناوب از سیم پیچ اولیه عبور می کند، میدان مغناطیسی در هسته به طور مداوم تغییر جهت می دهد. مولکول های موجود در ماده هسته در برابر این تغییر در مغناطش مقاومت می کنند و انرژی به شکل گرما تلف می شود. فرمول از دست دادن هیسترزیس ($P_h$) با معادله اشتاینمتز به دست می‌آید:
[P_h = k_h f B_m^{n} V]
که در آن (k_h) ثابت پسماند Steinmetz است، (f) فرکانس جریان متناوب، (B_m) حداکثر چگالی شار در هسته، (n) شار Steinmetz است (معمولا بین 1.5 تا 2.5)، و (V) حجم ماده هسته است.
از دست دادن جریان گردابی:
از دست دادن جریان گردابی به دلیل جریان های القایی (جریان های گردابی) است که در هسته جریان دارند. تغییر میدان مغناطیسی در هسته باعث ایجاد جریان های در گردش در مواد هسته رسانا می شود. این جریان ها در حلقه های بسته جریان می یابند و باعث از دست دادن توان به صورت گرما می شوند. فرمول تلفات جریان گردابی ($P_e$) به صورت زیر است:
[P_e=k_e f^{2} B_m^{2} t^{2} V]
که در آن (k_e) ثابت جریان گردابی است، (t) ضخامت لایه‌های هسته است. مجموع تلفات بدون بار ((P_{nl})) مجموع تلفات هیسترزیس و تلفات جریان گردابی است، یعنی (P_{nl}=P_h + P_e).
تلفات بار (تلفات مس)
تلفات بار یا تلفات مس زمانی رخ می دهد که ترانسفورماتور بار را تامین کند. این تلفات ناشی از مقاومت سیم پیچ های ترانسفورماتور است. وقتی جریان از سیم پیچ ها عبور می کند، طبق قانون ژول، نیرو به صورت گرما تلف می شود. فرمول تلفات مس ($P_{cu}$) این است:
[P_{cu}=I^{2}R]
که در آن (I) جریان عبوری از سیم پیچ و (R) مقاومت سیم پیچ است. از آنجایی که جریان در سیم پیچ ها به بار بستگی دارد، تلفات مس با بار تغییر می کند.
محاسبه کل ضرر و زیان
مجموع تلفات ((P_{کل})) در یک ترانسفورماتور قدرت مجموع تلفات بدون بار و تلفات بار است:
[P_{total}=P_{nl}+P_{cu}]
برای محاسبه دقیق زیان کل، باید مراحل زیر را در نظر بگیریم:
مرحله 1: تعیین تلفات بدون بار
ما به عنوان یک تامین کننده ترانسفورماتور قدرت، تست های بدون بار را در طول فرآیند تولید برای اندازه گیری تلفات بدون بار انجام می دهیم. در آزمایش بدون بار، سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور در مدار باز می ماند و یک ولتاژ نامی به سیم پیچ اولیه اعمال می شود. برق ورودی به سیم پیچ اولیه در این شرایط برابر با تلفات بدون بار است. این مقدار در مشخصات فنی ترانسفورماتور ارائه شده است.
مرحله 2: ضریب بار را تعیین کنید
ضریب بار ((LF)) نسبت بار متوسط به حداکثر بار در یک دوره معین است. این یک پارامتر مهم در محاسبه تلفات بار است زیرا بار روی ترانسفورماتور معمولاً در طول زمان تغییر می کند.
[LF=\frac{\text{Average Load}}{\text{Maximum Load}}]
مرحله 3: محاسبه تلفات بار
ابتدا باید تلفات بار نامی ((P_{cu - rated})) ترانسفورماتور را بدانیم که از طریق آزمایشات در حین ساخت نیز مشخص می شود. تلفات بار در یک سطح بار معین را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:
[P_{cu}=P_{cu - rated}\times(\frac{S}{S_{rated}})^{2}]
که در آن (S) توان ظاهری واقعی بار و (S_{rated}) قدرت ظاهری نامی ترانسفورماتور است.
مرحله 4: مجموع ضررها را محاسبه کنید
هنگامی که تلفات بدون بار ((P_{nl})) و تلفات بار ((P_{cu})) را داریم، می‌توانیم کل تلفات را با استفاده از فرمول (P_{total}=P_{nl}+P_{cu}) محاسبه کنیم.
اهمیت محاسبه ضرر
محاسبه دقیق تلفات در ترانسفورماتور قدرت به چند دلیل از اهمیت بالایی برخوردار است:
بهره وری انرژی
با درک تلفات، اپراتورهای سیستم قدرت می توانند اقداماتی را برای بهبود بازده انرژی ترانسفورماتور انجام دهند. به عنوان مثال، استفاده از مواد هسته با کیفیت بالا با تلفات پسماند کم و جریان گردابی می تواند تلفات بدون بار را کاهش دهد. به طور مشابه، بهینه سازی طراحی سیم پیچ برای کاهش مقاومت می تواند تلفات مس را کاهش دهد. این نه تنها باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود، بلکه هزینه های عملیاتی را نیز کاهش می دهد.
اندازه ترانسفورماتور
محاسبه تلفات به اندازه مناسب ترانسفورماتور کمک می کند. اگر تلفات دست کم گرفته شود، ترانسفورماتور ممکن است بیش از حد گرم شود و منجر به کاهش طول عمر و خرابی های احتمالی شود. از سوی دیگر، برآورد بیش از حد تلفات ممکن است منجر به یک ترانسفورماتور بزرگ شود که گرانتر و کارآمدتر است.
تاثیر زیست محیطی
کاهش تلفات ترانسفورماتور به این معنی است که انرژی کمتری به عنوان گرما هدر می رود که به نوبه خود تقاضا برای تولید برق را کاهش می دهد. این امر با کاهش انتشار گازهای گلخانه ای مرتبط با تولید برق، تأثیر مثبتی بر محیط زیست دارد.
محصولات ترانسفورماتور با کیفیت بالا ما
ما به عنوان یک تامین کننده پیشرو ترانسفورماتور قدرت، طیف گسترده ای از ترانسفورماتورهای با کیفیت بالا را ارائه می دهیمترانسفورماتور فرکانس بالا ولتاژ بالا،ترانسفورماتور آلیاژی آمورف SH15، وترانسفورماتور آلیاژی آمورف. این ترانسفورماتورها با تکنولوژی پیشرفته برای به حداقل رساندن تلفات و بهبود بهره وری انرژی طراحی شده اند.
برای مثال ترانسفورماتورهای آلیاژی آمورف ما از مواد آلیاژی آمورف در هسته استفاده می کنند. این مواد دارای تلفات هیسترزیس و جریان گردابی بسیار کم هستند که در نتیجه تلفات بدون بار بسیار کمتری نسبت به ترانسفورماتورهای سنتی دارند. این آنها را برای کاربردهایی که ترانسفورماتور در بارهای سبک برای مدت طولانی کار می کند ایده آل می کند.
برای تهیه با ما تماس بگیرید
اگر به ترانسفورماتورهای قدرت ما علاقه مند هستید یا به اطلاعات بیشتری در مورد محاسبه تلفات و راه حل های کارآمد انرژی نیاز دارید، توصیه می کنیم با ما تماس بگیرید. ما تیمی متشکل از مهندسان و نمایندگان فروش مجرب داریم که می توانند اطلاعات دقیق محصول، پشتیبانی فنی و راه حل های سفارشی را برای رفع نیازهای خاص شما در اختیار شما قرار دهند. چه یک شرکت برق، چه کاربر صنعتی یا یک پیمانکار برق باشید، ما متعهد هستیم که بهترین محصولات و خدمات را به شما ارائه دهیم.
مراجع
- اصول ماشین آلات الکتریکی، استیون جی چاپمن
- تجزیه و تحلیل و طراحی سیستم قدرت، J. Duncan Glover، Mulukutla S. Sarma، Thomas J. Overbye