از دست دادن سرگردان در یک ترانسفورماتور سه فاز اصلی حلقه ای یک جنبه حیاتی است که به طور قابل توجهی بر عملکرد، کارایی و کارایی کلی آن تأثیر می گذارد. به عنوان تامین کننده ترانسفورماتورهای سه فاز اصلی حلقه، درک و رسیدگی به تلفات سرگردان برای ارائه محصولات با کیفیت بالا به مشتریان خود بسیار مهم است.
درک ضرر سرگردان
تلفات سرگردان به تلفات برق در ترانسفورماتور اشاره دارد که در خارج از مدار مغناطیسی اصلی و سیم پیچ ها رخ می دهد. بر خلاف تلفات مس شناخته شده (تلفات I²R در سیم پیچ ها) و تلفات هسته (هسترزیس و تلفات جریان گردابی در هسته)، تلفات سرگردان پیچیده تر و تعیین کمیت دقیق تر است.
در یک ترانسفورماتور سه فاز اصلی حلقه ای، تلفات سرگردان را می توان به چند دسته تقسیم کرد. یکی از منابع اصلی تلفات جریان گردابی در بخش های ساختاری ترانسفورماتور است. این قطعات ساختاری مانند مخزن، گیره ها و پیچ ها در معرض میدان های مغناطیسی نشتی تولید شده توسط سیم پیچ ها هستند. هنگامی که میدان مغناطیسی نشتی به این مواد رسانا نفوذ می کند، جریان های گردابی القا می شود که به نوبه خود گرما ایجاد می کند و منجر به تلفات برق می شود.
یکی دیگر از عوامل مهم در تلفات سرگردان، تلفات جریان گردشی به صورت موازی است - سیم پیچ ها یا هادی های متصل. در یک ترانسفورماتور سه فاز، اگر امپدانس مسیرهای موازی کاملاً متعادل نباشد، جریان های در گردش بین این مسیرها جریان می یابد. این جریانهای در گردش منجر به اتلاف انرژی اضافی میشوند و تلفات سرگردان را افزایش میدهند.
عوامل موثر بر فقدان ولگرد
میدان مغناطیسی نشتی
بزرگی میدان مغناطیسی نشتی یک عامل کلیدی موثر بر تلفات سرگردان است. یک میدان مغناطیسی نشتی قویتر، جریانهای گردابی بزرگتری را در بخشهای ساختاری ایجاد میکند، در نتیجه تلفات سرگردان را افزایش میدهد. طراحی سیم پیچ های ترانسفورماتور، مانند آرایش سیم پیچ، تعداد دور و فاصله فیزیکی بین سیم پیچ ها، می تواند تأثیر قابل توجهی بر میدان مغناطیسی نشتی داشته باشد. به عنوان مثال، یک طراحی سیم پیچ فشرده تر ممکن است میدان مغناطیسی نشتی و در نتیجه تلفات سرگردان را کاهش دهد.
خواص مواد
رسانایی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی مواد ساختاری مورد استفاده در ترانسفورماتور نیز نقش مهمی ایفا می کند. موادی که رسانایی الکتریکی بالایی دارند، وقتی در معرض میدان مغناطیسی قرار میگیرند، جریانهای گردابی بزرگتری خواهند داشت. به طور مشابه، مواد با نفوذپذیری مغناطیسی بالا می توانند نفوذ میدان مغناطیسی را افزایش داده و منجر به افزایش تلفات سرگردان شوند. بنابراین، انتخاب مواد مناسب با رسانایی الکتریکی کم و نفوذپذیری مغناطیسی می تواند به کاهش تلفات سرگردان کمک کند.
شرایط بارگذاری
بار روی ترانسفورماتور بر تلفات سرگردان نیز تأثیر می گذارد. با افزایش جریان بار، میدان مغناطیسی نشتی نیز به نسبت افزایش می یابد. این منجر به تلفات جریان گردابی بیشتر در قطعات سازه و تلفات جریان گردشی در هادی های موازی متصل می شود. در شرایط بار بالا، تلفات سرگردان می تواند به بخش قابل توجهی از کل تلفات در ترانسفورماتور تبدیل شود.
اندازه گیری ضرر و زیان ولگرد
اندازه گیری دقیق تلفات سرگردان به دلیل ماهیت پیچیده آنها یک کار چالش برانگیز است. یکی از روش های رایج اندازه گیری مستقیم افزایش دما در بخش های ساختاری ترانسفورماتور است. با اندازه گیری اختلاف دما بین شرایط بدون بار و بار کامل و دانستن خواص حرارتی مواد، توان تلف شده به صورت گرما (یعنی تلفات سرگردان) را می توان تخمین زد.
روش دیگر استفاده از نرم افزار تحلیل اجزا محدود (FEA) است. FEA می تواند توزیع میدان مغناطیسی را در ترانسفورماتور شبیه سازی کند و جریان های گردابی القایی و جریان های گردشی را در قسمت های مختلف محاسبه کند. این روش پیشبینی دقیقتر و دقیقتری از تلفات سرگردان را ارائه میکند، اما به نرمافزار پیشرفته و منابع محاسباتی قابل توجهی نیاز دارد.
تاثیر ضرر سرگردان بر عملکرد ترانسفورماتور
کارایی
تلفات سرگردان به طور مستقیم بازده ترانسفورماتور را کاهش می دهد. از آنجایی که راندمان به عنوان نسبت توان خروجی به توان ورودی تعریف میشود، هر گونه افزایش در تلفات سرگردان، توان خروجی را برای یک توان ورودی معین کاهش میدهد و در نتیجه بازده کمتری را به همراه خواهد داشت. یک ترانسفورماتور با تلفات سرگردان زیاد انرژی الکتریکی بیشتری را در حین کار مصرف می کند که منجر به هزینه های عملیاتی بالاتر برای کاربر نهایی می شود.
افزایش دما
گرمای تولید شده توسط تلفات سرگردان باعث افزایش دمای ترانسفورماتور می شود. افزایش بیش از حد دما می تواند مواد عایق مورد استفاده در ترانسفورماتور را تخریب کند و طول عمر آنها را کاهش دهد و خطر خرابی عایق را افزایش دهد. این می تواند منجر به تعمیرات پرهزینه یا حتی تعویض زودرس ترانسفورماتور شود.
سر و صدا
تلفات سرگردان نیز می تواند به نویز ایجاد شده توسط ترانسفورماتور کمک کند. ارتعاش قطعات سازه به دلیل تعامل بین میدان مغناطیسی و جریان های گردابی القایی می تواند نویز قابل شنیدن تولید کند. سر و صدای سطح بالا می تواند در مناطق مسکونی یا تجاری که ترانسفورماتور در آن نصب شده است مزاحم باشد.
راهکارهایی برای کاهش تلفات سرگردان
بهینه سازی طراحی سیم پیچ
همانطور که قبلا ذکر شد، طراحی سیم پیچ تاثیر قابل توجهی بر میدان مغناطیسی نشتی دارد. با بهینه سازی آرایش سیم پیچ، مانند استفاده از سیم پیچ های متحدالمرکز یا سیم پیچ های درهم، میدان مغناطیسی نشتی را می توان کاهش داد. علاوه بر این، انتخاب مناسب تعداد دور و اندازه هادی می تواند به تعادل امپدانس سیم پیچ های موازی متصل شده کمک کند و تلفات جریان در گردش را به حداقل برساند.
استفاده از مواد کم تلفات
انتخاب موادی با رسانایی الکتریکی کم و نفوذپذیری مغناطیسی برای قطعات ساختاری ترانسفورماتور می تواند به طور موثری تلفات سرگردان را کاهش دهد. به عنوان مثال، استفاده از فولاد ضد زنگ غیر مغناطیسی یا آلومینیوم برای مخزن و گیره ها به جای مواد فرومغناطیسی می تواند تلفات جریان گردابی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
محافظ مغناطیسی
نصب سپرهای مغناطیسی در اطراف مناطق دارای میدان مغناطیسی با نشتی بالا می تواند به تغییر جهت میدان مغناطیسی و کاهش نفوذ آن به قسمت های ساختاری کمک کند. سپرهای مغناطیسی معمولاً از موادی با نفوذپذیری مغناطیسی بالا مانند فلز مو ساخته می شوند. سپرهای مغناطیسی با جذب و انحراف میدان مغناطیسی می توانند از القای جریان های گردابی بزرگ در مواد رسانای اطراف جلوگیری کنند.
پیشنهادات ما به عنوان یک تامین کننده
به عنوان تامین کننده ترانسفورماتورهای سه فاز اصلی حلقه، ما متعهد هستیم که تلفات سرگردان را در محصولات خود به حداقل برسانیم. تیم مهندسی ما از تکنیک های طراحی پیشرفته و ابزارهای شبیه سازی برای بهینه سازی طراحی سیم پیچ و کاهش میدان مغناطیسی نشتی استفاده می کند. ما با دقت مواد با کیفیت بالا با رسانایی الکتریکی کم و نفوذپذیری مغناطیسی را برای ساخت قطعات ساختاری ترانسفورماتور انتخاب می کنیم.
ما انواع مدل های ترانسفورماتور از جملهترانسفورماتور نصب شده روی پد جلو مرده،ترانسفورماتور نصب پد 3 فاز تغذیه حلقه، وترانسفورماتور سه فاز پد غوطه ور در روغن. هر یک از این مدل ها به گونه ای طراحی شده اند که نیازهای خاص مشتریان ما را برآورده کنند و در عین حال از تلفات سرگردان کم و راندمان بالا اطمینان حاصل کنند.
اگر به دنبال ترانسفورماتور سه فاز اصلی حلقه ای هستید، از شما دعوت می کنیم تا برای بحث دقیق در مورد نیازهای خود با ما تماس بگیرید. کارشناسان فنی ما آماده ارائه مشاوره حرفه ای و راه حل های سفارشی به شما هستند. با انتخاب ترانسفورماتورهای ما، می توانید از کاهش مصرف انرژی، هزینه های عملیاتی کمتر و عمر طولانی تر بهره مند شوید.
مراجع
- گروور، FW (1946). محاسبات اندوکتانس: فرمول ها و جداول کاری. انتشارات دوور.
- مک لیمن، سی دبلیو (2004). کتابچه راهنمای طراحی ترانسفورماتور و سلف. مطبوعات CRC.
- کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC). (2019). IEC 60076 - 2: ترانسفورماتورهای قدرت - قسمت 2: افزایش دما.