راندمان ترانسفورماتور چیست؟

ترانسفورماتورها یکی از مهمترین رابط ها بین یک منبع تغذیه و یک سیستم الکتریکی می باشد. در نتیجه آنچه روی عملکرد یک دستگاه و طول عمر آن تاثیر مستقیم می گذارد، ترانسفورماتور و راندمان ترانسفورماتور است. به طور کلی راندمان ترانسفورماتور بین 95 تا 99 درصد می باشد. برای ترانسفورماتور قدرت که از نظر حجم و اندازه جزو ترانسفورماتورهای بزرگ به حساب می آید، دستگاه دارای تلفات بسیار کم بوده که قابلیت ارائه راندمان 99.7 درصد را به ترانسفورماتور قدرت می دهد. البته لازم به ذکر است که سنجشهای مقادیر ورودی و خروجی زمانی که ترانسفورماتور در حال کار است انجام نمی شود چرا که منجر به خطای 1 تا 2 درصدی در هنگام خواندن وات متر می شود. به همین خاطر برای محاسبه راندمان، آزمون و تست هایی از جمله آزمایش حالت بی باری و آزمایش اتصال کوتاه برای اندازه گیری تلفات هسته و سیم پیچ ها در یک ترانسفورماتور مورد استفاده قرار می گیرند. توجه داشته باشید که تلفات هسته بستگی به ولتاژ نامی ترانسفورماتور و تلفات مسی در سیم پیچ ها به سطح جریانی که از سیم پیچ اولیه و ثانویه ترانسفورماتور عبور می کند بستگی دارد. از این رو راندمان ترانسفورماتور یکی از موارد بسیار مهم برای عملکرد دستگاه می باشد چرا که بیانگر شرایطی است که ولتاژ و فرکانس به صورت دائمی وجود دارند.

آنچه روی به کارگیری سیستم خنک کنندگی ترانسفورماتور اثر می گذارد، افزایش دمایی است که در اثر ویژگی های روغن ترانسفورماتور و طول عمر روغن بروز می نماید. از طرفی این افزایش دما و حرارت می تواند روی درجه تجهیزاتی که در ساخت ترانسفورماتور استفاده می شود، اثر گذارد. راندمان ترانسفورماتور از طریق تقسیم قدرت خروجی تقسیم بر قدرت خروجی به علاوه تلفات در صد به دست می آید. قدرت خروجی نتیجه کسری از بار نامی بر حسب ولت آمپر و ضریب توان بار می باشد. تلفات نیز جمع تلفات مسی در سیم پیچ ها، تلفات آهنی هسته، تلفات دی الکتریک و البته تلفات بار سرگردان را شامل می شود. لازم به ذکر است که تلفات آهن شامل تلفات هیسترزیس و تلفات جریان گردابی در ترانسفورماتور می شود. این تلفات به تراکم شار مغناطیسی که در هسته وجود دارد وابسته است. تلفات دی الکتریک در درون روغن ترانسفورماتور اتفاق می افتد و برای ترانسفورماتورهایی که ولتاژ پایینی دارند نادیده گرفته می شوند. شار سرگردان در محفظه فلزی، مخزن، و غیر بروز می کند و جریان های گردابی را به وجود می آورند و بستگی به مقدار جریان دارند.

محاسبه راندمان ترانسفورماتور

مدار معادل ترانسفورماتور که به عنوان طرف اولیه یا سیم پیچ اولیه در زیر نشان داده شده است. Rc به معنی تلفات هسته است و با استفاده از آزمایش اتصال کوتاه می تواند مقاومت معادل را در سیم پیچ مسی دریافت.

بر اساس محاسباتی که از طریق فرمول راندمان ترانسفورماتور ایران ترانسفو به دست می آید، راندمان ماکسیمم زمانی اتفاق می افتد که تلفات متغیر با تلفات ثابت برابر شوند. از آنجایی که تلفات مسی بستگی به بار دارد در نتیجه جزو تلفات متغیر به حساب می آید و تلفات هسته نیز جزو تلفات ثابت به شمار می رود. به این معنی است که می توان با انتخاب اجزای تشکیل دهنده ترانسفورماتور در حالت بارداری ترانسفورماتور تلفات متغیر و ثابت درستی داشته باشد. با این حال به این خاطر که تلفات مسی در مقایسه با تلفات هسته به دفعات بیشترند، در نتیجه به سختی رسیدن به ماکزیمم راندمان ترانسفورماتور امکان پذیر است. می توانید راندمان را در درصد های مختلف در حالت بار در ترانسفورماتور در زیر مشاهده نمایید. میتوان از روی شکل به این نتیجه رسید که راندمان بهینه یا حداکثر راندمان زمانی رخ می دهد که ضریب توان واحد اتفاق بیافتد و ماکسیمم راندمان همچنین در بار یکسان صرف نظر از ضریب توان در بار بروز می نماید.

راندمان ترانسفورماتور توزیع

برای ترانسفورماتور توزیع، راندمان بر حسب انرژی الکتریکی محاسبه می شود. بر خلاف ترانسفورماتور قدرت که راندمان بر اساس باردار بودن و غیر باردار بودن ترانسفورماتور محاسبه می شود، در ترانسفورماتور توزیع سطح بار در طی 24 ساعت شبانه روز در حال نوسان است. از آنجایی که تلفات هسته جزو تلفات مستقل به حساب می آید، راندمان شبانه روزی تنها به تلفات مس بستگی دارد. در واقع این راندمان از نسبت انرژی خروجی به نسبت انرژی ورودی در چرخه 24 ساعت سنجیده می شود. زمانی راندمان انرژی حداکثر خواهد بود که تراکم شار مغناطیسی هسته به مقادیر کم محدود شود، چرا که تلفات هسته بستگی به تراکم شار مغناطیسی دارد.

پرسشهای مکرر پیرامون راندمان ترانسفورماتور چیست؟

1. چطور راندمان ترانسفورماتور اندازه گرفته می شود؟ برای محاسبه راندمان ترانسفورماتور توان خروجی بر توان ورودی تقسیم می شود. برای مثال زمانی که توان خروجی 1245 وات باشد و توان ورودی 1320 باشد، با تقسیم این دو عدد بر روی هم می توان به راندمان 0.95 رسید.
2. چرا راندمان ترانسفورماتور زیاد است؟ از آنجایی که ترانسفورماتور یک دستگاه استاتیک یا ثابت است، هیچ جزئی در ترانسفورماتور متحرک نیست و در نتیجه تلفات مکانیکی و یا استهلاکی در دستگاه وجود ندارد و راندمان نیز افزایش می یابد. در نتیجه نیاز است که در توان بالاتر، نیاز است که راندمان بالاتری برای دستگاه وجود داشته باشد، چرا که تلفات انرژی در قدرتهای بالا بیشتر خواهد بود.
3. تلفات معمول در ترانسفورماتور چیست؟ تلفات ترانسفورماتور ترکیبی از تلفات هسته و تلفات سیم پیچ ها می باشد. تلفات سیم پیچ، بین 0.5 تا 1.5 و 2 درصد متغیر است. در حالت کلی برای یک ترانسفورماتور 75 کیلو ولت آمپر تلفات کل در توان 1000 وات در بار 35 درصد، 1.3 درصد خواهد بود.
4. چرا راندمان ترانسفورماتور 100 درصد نیست؟ از آنجایی که تلفات متغیر از جمله تلفات مسی و تلفات ثابت از جمله تلفات هسته منجر به کامل نبودن راندمان به صورت 100% می شود.
5. چرا درجه ترانسفورماتور به صورت کیلو ولت آمپر بیان می شود و نه کیلو وات؟ تلفات مسی بستگی به جریان دارند که از سیم پیچ های ترانسفورماتور عبور می نماید در حالی که تلفت آهنی یا تلفات هسته و یا حتی تلفات مقره ها بستگی به ولتاژ دارند. به همین خاطر است که درجه ترانسفورماتور به صورت ولت آمپر یا کیلو ولت آمپر نشان داده می شود.