• اثر بارگذاری حرارتی

ترانسفورماتور یک وسیله تغییردهنده ولتاژ می‌باشد که معمولاً متشکل از یک سیم‌پیچ اولیه و یک سیم‌پیچ ثانویه بوده که توسط یک هسته مغناطیسی به هم ارتباط دارند]۲۷[. ترانسفورماتورهای قدرت سه فاز در سیستم انتقال و توزیع طبق اصولی مشابه ساخته می‌شوند و در آن‌ها به عایق‌هایی به شکل روغن و کاغذ برای جدا کردن اختلاف پتانسیل بین فازها نیاز می‌باشد. تلفات در ترانسفورماتور سه فاز، به اندازه‌ای حرارت به وجود می‌آورد که باید سیستم خنک‌کنندگی به آن اضافه شود. برای درک بهتر موضوع حرارتی ترانسفورماتور قدرت، باید نگاهی دقیق‌تر به این موضوع داشت.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

• هسته و سیم‌پیچ

هسته ترانسفورماتور به طور عمودی یا افقی انباشته شده از ورقه های لایه لایه نازک آهنی می‌باشد که در نهایت به شکل یوغ^[۹] و ستون^[۱۰] همان‌طور که در شکل (۳-۱۵) دیده می‌شود در می‌آیند.

شکل ۳-۱۵ : هسته ترانسفورماتور سه فاز
وظیفه اصلی هسته ترانسفورماتور فراهم کردن یک مسیر با مقاومت مغناطیسی کم برای شاری که سیم‌پیچ اولیه و ثانویه را به هم مرتبط می‌کند، می‌باشد. به طور ایده آل یک مسیر شار با مقاومت صفر مابین دو سیم‌پیچ لازم است، ولی به واسطه لایه های آهنی که هسته را تشکیل می‌دهند هسته ترانسفورماتور دچار تلفات می‌شود که در نهایت تولید حرارت می‌کند. این تلفات هسته را می‌توان به دو بخش تلفات جریان گردابی و هیسترزیس طبقه‌بندی کرد.

• عایق

هر زمان اختلاف پتانسیلی بین دو نقطه وجود داشته باشد برای جلوگیری از عبور جریان بین آن دو نقطه، به عایق نیاز می‌باشد. در یک خط انتقال سه فاز هوایی با های بدون روکش لازم است از فاصله هوایی به عنوان عایق استفاده شود تا از شارش جریان جلوگیری گردد. اما در ترانسفورماتورهای قدرت ایجاد فاصله هوایی بین هادی‌های فاز راه موثری برای حفظ اختلاف پتانسیل نیست. بدین ترتیب کاغذ به عنوان یک عایق به دلیل نزدیکی هادی‌ها به هم در ترانسفورماتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاغذ بهترین ماده عایقی است که امروزه به دلیل خواص استقامت دی الکتریکی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. عایق کاغذ در یک ترانسفورماتور بین سیم‌پیچ‌های یک فاز، سیم‌پیچ با زمین و سیم‌پیچ‌های فازهای مختلف قرار داده می‌شود. قسمت‌های دیگری از ترانسفورماتور مانند دیواره مخزن ترانسفورماتور با سیم‌پیچ نیز اختلاف پتانسیل را متحمل می‌گردد که آن نیز به شکلی دیگر از عایق نیاز دارد. به منظور کم کردن فضای ترانسفورماتور این فاصله باید به مقدار ممکن کوچک باشد. شرکت های سازنده ترانسفورماتور این فاصله را با بهره گرفتن از روغن پر می‌کنند. روغن نه تنها به عنوان یک عایق می‌باشد بلکه می‌تواند به عنوان یک خنک‌کننده در داخل ترانسفورماتور عمل کند. بنابراین عایق ترانسفورماتور قلب طراحی ترانسفورماتور می‌باشد و عملکرد بهینه ترانسفورماتور در مدت بارگذاری وابسته به صحت عایق آن می‌باشد. تلفات ترانسفورماتور یکی از عوامل اصلی تأثیرگذار روی این صحت می‌باشد]۱۵[.

• تلفات توان در ترانسفورماتورها

هرچند ترانسفورماتورها وسیله های بسیار کارآمدی هستند که ۹۵-۹۹% انرژی ورودی‌شان را انتقال می‌دهند، ولی مقداری از انرژی‌شان در مدت تبدیل ولتاژ تلف می‌شود]۲۶[. تلفات در ترانسفورماتورهای قدرت می‌تواند به تلفات بی‌باری و تلفات بار طبقه‌بندی گردد.

• تلفات بی‌باری

در هنگام بی‌باری سیم‌پیچ اولیه یک ترانسفورماتور تحریک‌شده همانند یک عنصر القایی شبیه یک راکتور شنت عمل می‌کند. برای در حالت تحریک نگه‌داشتن ترانسفورماتور، جریان تحریک متناوب از سیستم کشیده می‌شود، که به تولید شار متقابل در سیم‌پیچ اولیه منجر خواهد شد. این شار متقابل توسط هسته در یک فرکانس مشخص شارش می‌شود. این شار دو نوع تلفات را به وجود می‌آورد: تلفات گردابی و تلفات هیسترزیس.
ولتاژ القایی در لایه ها که توسط شار متناوب تولید شده، جریان‌های نامطلوب در داخل لایه ها را به وجود می‌آورد. این‌ جریان، جریان گردابی خوانده می‌شود که به قدرت خروجی ترانسفورماتور انتقال پیدا نمی‌کند و به صورت حرارت این انرژی تلف می‌شود. نیروی مغناطیسی متناوب هسته سبب خواهد شد ترکیب مولکولی هسته آهنی خود را با تغییرات میدان تطبیق دهند. انرژی آزاد شده از معکوس شدن های پی در پی دو قطبی های مغناطیسی هسته به عنوان تلفات هیسترزیس خوانده می‌شود.

• تلفات بار