صاعقه گیر آذرخش

تلفات انرژی در ترانسفورماتور:

ترانسفورماتورهای ایده‌آل (ideal transformers) هیچ تلفات انرژی ندارند.

ترانسفورماتورهای واقعی نیز جزو پربازده‌ترین تجهیزات الکتریکی محسوب می‌شوند.

به طوری که نمونه‌های آزمایشی ترانسفورماتورهایی که با کمک ابر‌رسانا (super conductor) ساخته شده‌اند به راندمان ۹۹٫۸۵٪ نیز دست یافته‌اند.

به طور کلی همانند دیگر تجهیزات، ترانسفورماتورهای بزرگ‌تر دارای بازده بالاتری هستند.

ترانسفورماتورهای توزیع برق دارای بازدهی در حدود ۹۵٪ هستند.

در حالی که ترانسفورماتورهای کوچک مانند ترانسفورماتورهای موجود در منابع تغذیه کوچک بازدهی در حدود ۸۵٪ دارند.

تلفات در ترانسفورماتورها با تغییر جریان بار تغییر می‌‌کند.

و می‌توان آن را به صورت:

تلفات بی‌باری (no-load loss)

و تلفات تمام باری (full-load loss) بیان کرد.

مقاومت سیم‌پیچ باعث بیش‌ترین تلفات می‌شود که در حالت تلفات بی‌بار به بیش از ۹۹٪ می‌رسد.

تلفات بی‌باری بسیار قابل ملاحظه است، به طوری که حتی ترانسفورماتورهای در حالت خلاص دارای نشتی در برق ورودی و هزینه جاری هستند.

طراحی ترانسفورماتورها برای تلفات کم‌تر نیازمند هسته بزرگ‌تر از جنس مناسب فولاد سیلیکونی (silicon steel) و یا حتی فولاد غیر شبکه‌ای (amorphous steel) و سیم‌کشی ضخیم‌تر می‌باشد که همه این‌ها هزینه اولیه (initial cost) را افزایش می‌دهند.

به شکلی که باید بین هزینه اولیه و هزینه نگه‌داری (running cost) یک محاسبه اقتصادی (trade-off) انجام گیرد.

تلفات انرژی ترانسفورماتور با توجه به عوامل به وجود آورنده یا محل اتلاف انرژی به شکل زیر دسته‌بندی می‌شوند:

مقاومت سیم‌پیچ‌ها (winding resistance)

جریانی که در یک رسانای الکتریکی وجود دارد، با توجه به میزان مقاومت الکتریکی (electrical resistance) می‌تواند موجب به وجود آمدن حرارت مقاومتی (resistive heating) در محل عبور جریان شود.

در فرکانس‌های (frequency) بالاتر، اثر سطحی (skin effect) و اثر مجاورت (proximity effect) نیز می‌توانند تلفات بیش‌تری را در ترانسفورماتور به وجود آورند.

تلفات پس‌ماند یا هیسترزیس (hysteresis losses)

هر بار که جهت میدان مغناطیسی عوض می‌شود با توجه به جنس هسته، مقدار کمی انرژی در هسته باقی می‌ماند که این انرژی پس‌ماند به هدر می‌رود.

برای یک هسته با جنس ثابت این نوع تلفات با میزان فرکانس تناسب دارد و تابعی است از دانسیته فلاکس حداکثری که از هسته عبور می‌کند.

جریان گردابی (eddy currents)

معمولا مواد فرومغناطیس رسانای الکتریکی (electrical conductor) خوبی نیز هستند.

بنابراین هسته ترانسفورماتور می‌تواند مانند یک مدار اتصال کوتاه (short circuit) عمل کند.

جریان‌های گردابی درون هسته در صفحاتی عمود بر فلاکس حرکت می‌کنند و باعث گرمایش مقاومتی (resistive heating) در هسته می‌شوند.

جریان گردابی در هسته با مجذور فرکانس منبع رابطه مستقیم و با مجذور ضخامت ورق هسته رابطه معکوس دارد.

برای کاهش تلفات گردابی، هسته را به جای یک تکه به شکل لایه‌لایه (laminated) می‌سازند و آنها را نسبت به یکدیگر عایق می‌کنند.

تغییر شکل بر اثر مغناطیس (magnetostriction)

شار مغناطیسی در یک ماده فرومغناطیس موجب انبساط و انقباض و حرکت نسبی ورقه‌های رسانا نسبت به هم می‌شود.

به این اثر تغییر شکل بر اثر میدان مغناطیسی (Magnetostriction) می‌گویند.

در صورت محکم نبودن این ورقه‌ها این اثر می‌تواند موجب ایجاد صدای وز وز در هنگام کار کردن ترانسفورماتور شود.

این اثر می‌تواند موجب به وجود آمدن گرما در اثر اصطکاک بین صفحات نیز شود.

تلفات مکانیکی (mechanical losses)

در یک ترانسفورماتور علاوه بر تغییر شکل بر اثر مغناطیس، میدان مغناطیسی باعث به وجود آمدن یک نیروی نوسانی بین سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه می‌شود.

این نیرو باعث ایجاد ارتعاش در قطعات فلزی کناری می‌شود که باعث افزایش صدای ترانس و مصرف انرژی می‌شود.

تلفات سرگردانی (stray losses)

نشتی القایی (leakage inductance) به خودی خود تلفات زیادی دارد زیرا انرژی فراهم شده برای میدان مغناطیسی آن در نیم سیکل بعدی به ورودی برمی‌گردد.

البته هر فلاکس نشتی که با مواد رسانای مجاور مانند سازه نگه‌دارنده ترانسفورماتور برخورد کند باعث افزایش جریان گردابی و به حرارت تبدیل می‌شود.

همچنین تلفات تابشی نیز به دلیل میدان مغناطیسی نوسانی به وجود می‌آید که معمولا ناچیز است.