توضیح تلفات ترانسفورماتور: تلفات بیباری در مقابل تلفات بار
تلفات بیباری و تلفات بار در ترانسفورماتور، دو شکل اصلی تلفات انرژی در طول عملکرد آن هستند. در ادامه توضیح مفصلی در مورد نحوه تولید، توزیع و اتلاف آنها در ترانسفورماتور ارائه شده است.
تلفات بیباری زمانی رخ میدهد که سیمپیچ اولیه ترانسفورماتور در شرایط بیباری تنها جریان تحریک کمی را حمل کند. در این زمان، تلفات مس ناچیز است و بخش عمده تلفات در هسته رخ میدهد که به عنوان تلفات آهن شناخته میشود. تلفات آهن شامل تلفات هیسترزیس و تلفات جریان گردابی است. تلفات هیسترزیس ناشی از جابجایی مداوم دامنههای مغناطیسی درون هسته تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی متناوب است که انرژی مصرف میکند و گرما تولید میکند. تلفات جریان گردابی به این دلیل رخ میدهد که خود هسته رسانا است. هنگامی که در معرض یک میدان مغناطیسی در حال تغییر قرار میگیرد، یک نیروی الکتروموتوری در صفحات عمود بر خطوط میدان مغناطیسی القا میشود و حلقههای بستهای را تشکیل میدهد که جریانهایی - معروف به جریانهای گردابی - تولید میکنند که به دلیل مقاومت ماده هسته گرما تولید میکنند.
تلفات بیباری عمدتاً در هسته متمرکز است، زیرا هسته جزء اصلی مدار مغناطیسی است و تلفات هیسترزیس و جریان گردابی هر دو در داخل ماده آن رخ میدهند. علاوه بر این، مقدار کمی تلفات مسی در سیمپیچ اولیه به دلیل جریان بیباری ایجاد میشود، اما این مقدار معمولاً ناچیز است. گرمای تولید شده توسط تلفات بیباری در درجه اول از طریق هدایت حرارتی و تابش از هسته به محیط اطراف دفع میشود. هسته در تماس با روغن ترانسفورماتور یا هوا است و گرما را به روغن یا هوا منتقل میکند. سپس این گرما از طریق همرفت طبیعی روغن یا جریان هوا دفع میشود و در نهایت در محیط اطراف دفع میشود.
تلفات بار شامل تلفات پایه مس و تلفات اضافی است. تلفات پایه مس، تلفات ناشی از مقاومت در سیمپیچها هنگام عبور جریان بار از آنها است. طبق قانون ژول، هنگامی که جریان از یک هادی عبور میکند، گرما تولید میشود و تلفات توان متناسب با مجذور جریان است. تلفات اضافی شامل تلفات جریان گردابی در سیمپیچها، تلفات جریان گردشی، تلفات سرگردان در اجزای سازهای و غیره است که با مجذور جریان و مجذور فرکانس متناسب هستند.
تلفات بار عمدتاً در سیمپیچها و هسته توزیع میشود. جریان بار در سیمپیچها باعث تلفات مسی میشود، در حالی که هسته نیز به دلیل شار نشتی ناشی از جریان بار، مقداری تلفات را تجربه میکند، اگرچه این مقدار در مقایسه با تلفات مسی در سیمپیچها نسبتاً کم است. علاوه بر این، شار نشتی ناشی از جریان بار باعث تلفات سرگردان در اجزای سازه فلزی خارج از سیمپیچها میشود.
گرمای تولید شده در اثر اتلاف بار، تا حدی از طریق رسانش حرارتی از سیمپیچها به روغن ترانسفورماتور منتقل شده و سپس از طریق همرفت طبیعی یا گردش اجباری روغن از آن خارج میشود. بخش دیگری از طریق رسانش حرارتی و تابش از هسته و اجزای سازهای به محیط اطراف دفع میشود. در ترانسفورماتورهای بزرگ، خنکسازی با گردش اجباری روغن یا روشهای مشابه اغلب برای افزایش اتلاف گرما، بهبود راندمان عملیاتی و قابلیت اطمینان ترانسفورماتور به کار میرود.