امپدانس ترانسفورماتور چیست

امپدانس ترانسفورماتور و راکتانس الکتریکی در ترانسفورماتور و البته مقاومت ترانسفورماتور جزو بخش های از یک ترانسفورماتور توزیع، ترانسفورماتور قدرت و انواع دیگر ترانس می باشد که یادگیری بیشتر درباره نحوه عملکرد این اجزا می تواند به مصرف کنندگان در بهره بری بهتر از دستگاه کمک نماید از این رو در اینجا مقاومت و امپدانس ترانسفورماتور چیست مورد بررسی قرار می گیرد.

راکتانس الکتریکی ترانسفورماتور

زمانی که ترانسفورماتور به منبع تغذیه وصل می شود و دارای بار است در واقع دارای شار مغناطیسی است که قادر به اتصال به سیم پیچ اولیه و ثانویه نخواهد بود و تنها بخش کوچکی از شار مغناطیسی به یکی از سیم پیچ ها وصل می شود. به این بخش کوچک شار نشتی گفته می شود و به دلیل بروز این نشتی در ترانسفورماتور یک واکنش یا راکتانسی القایی در سیم پیچ مرتبط با شار اتفاق می افتد. علاوه بر این به این واکنش در ترانسفورماتور، راکتانس الکتریکی ترانسفورماتور گویند. زمانی که این راکتانس با مقاومت ترانسفورماتور همراه می شود امپدانس به وجود می آید و در نتیجه در اثر امپدانس ترانس، افت ولتاژ در هر دو سیم پیچ اولیه و ثانویه رخ می دهد.

مقاومت ترانسفورماتور

به طور کلی برای توضیح مقاومت ترانسفورماتور یا امپدانس ترانسفورماتور می بایست بیان نماییم همانطور که می دانید طرف ثانویه و اولیه در یک ترانسفورماتور قدرت از سیم مسی تهیه شده اند و مس با اینکه رسانای خوبی برای جریان است ولی به رسانایی آن به نسبت کم است. به عبارت بهتر ابر رساناها و رسانایی فوق العاده هر دو مفهومی ادراکی هستند و از این رو در دنیای واقعی وجود ندارد. به همین خاطر هر دو سیم پیچ ها دارای مقداری مقاومت می باشند. مقاومتی که در هر دو سیم پیچ در مقادیر کم وجود دارد را امپدانس ولتاژ ترانسفورماتور می نامند.

فرمول امپدانس ترانسفورماتور

با توجه به این نکته که بیان شد در دو سیم پیچ با اینکه رسانا هستند باز هم مقادیری به عنوان مقاومت ترانس وجود دارند و راکتانس الکتریکی نیز رخ می دهد و همانطور که پیش تر توضیحاتی داده شد زمانی که راکتانس با مقاومت بیشتر در سیم پیچ ها همراه می شود و به عبارتی این دو فاکتور با هم ترکیب می شوند، امپدانس ترانسفورماتور به دست می آید. در صورتی که راکتانس الکتریکی طرف اولیه R1 و طرف ثانویه R2 و همچنین مقاومت اولیه X1 و مقاومت ثانویه X2 باشد، در نتیجه می توان امپدانس را برای هر یک از طریق زیر برای هر دو سیم پیچ اولیه و ثانویه به دست آورد؛

Z1=R1+jX1

Z2=R2+jX2

توجه داشته باشید در عملکرد ترانسفورماتور به صورت موازی تعیین مقادیر امپدانس نقش بسزایی دارد.

شار نشتی در ترانسفورماتور

در حالت ایده و زمانی که ترانسفورماتور ایده آل باشد، در آن صورت تمام شاری که از سیم پیچ اولیه به سمت سیم پیچ ثانویه می رود توسط طرف ثانویه دریافت می گردد ولی در واقعیت این شار الکترومغناطیسی به دلایل مختلف به سیم پیچ اولیه بر میگردد و یک خود القایی ایجاد می شود. درست است که ماکسیمم مقدار شار مغناطیسی از هسته عبور کرده و دو سیم پیچ را به هم مرتبط می کند ولی به طور کلی بخشی از این شار وجود دارد که تنها به یکی از این سیم پیچ ها مرتبط است. این شار نشتی از عایق سیم پیچ ترانسفورماتور و روغن عایقی ترانسفورماتور به جای هسته عبور می کند. همانطور که به آن اشاره کرده ایم به دلیل نشت شار مغناطیسی در ترانس در سیم پیچ های اولیه و ثانویه راکتانس الکتریکی وجود دارد و به آن نشت شار مغناطیسی گفته می شود.
در صورت وجود امپدانس در ترانسفورماتور افت ولتاژ می تواند در سیم پیچ ها بروز نماید که ناشی از ترکیب راکتانس الکتریکی و مقاومت بوده و اگر ولتاژ V1 به سیم پیچ طرف اولیه اعمال گردد، در این صورت مولفه I1X1 می بایست وجود داشته باشد تا نیروی الکترومغناطیسی خود القایی در سیم پیچ اولیه را که در اثر نشت راکتانس به وجود آمده است را متعادل نماید. در نتیجه در اینجا محاسباتی که قبلا آورده ایم به دلیل افت ولتاژ تغییر خواهد کرد و به V1=E1+I1R1+jI1X1 تبدیل شده و برای ولتاژ ثانویه نیز V2=E2-I2R2-jI2X2 خواهیم داشت.
توجه داشته باشید زمانی که سیم پیچ های در دو طرف بر روی اندام مجزای هسته قرار گیرد، احتمال نشت شار افزایش می یابد چرا که فضای بزرگتری برای نشت شار وجود دارد. اگر می توانستیم فضای هر دو سیم پیچ را یکی نماییم نشت شار از بین می رود ولی این کار در واقعیت امکان پذیر نیست و تنها راهی که می تواند کمی این شرایط را بهتر نماید این است که طرف اولیه و ثانویه سیم پیچ ها بر روی هسته ای متحد المرکز قرار گیرند.

پرسشهای پر تکرار امپدانس ترانسفورماتور چیست؟

1. امپدانس ترانسفورماتور در کدام طرف بیشتر است؟ توجه داشته باشید زمانی که درباره ترانسفورماتور کاهنده بحث می کنیم طرف اولیه ولتاژ بیشتری دارد و از این رو مقاومت در سیم پیچ اولیه بیشتر خواهد بود. در صورتی که ترانسفورماتور افزاینده مد نظر باشد، ولتاژ در سیم پیچ ثانویه بیشتر بوده و در نتیجه مقاومت در طرف ثانویه بیشتر خواهد بود.
2. چطور راکتانس الکتریکی از روی فرمول امپدانس ترانسفورماتور محاسبه می شود؟ برای محاسبه راکتانس الکتریکی می بایست بدانیم که طرف اولیه با X1 و طرف ثانویه با X2 مشخص می گردند و از روی فرمولی که برای محاسبه امپدانس در سیم پیچ های اولیه و ثانویه می توان به آسانی راکتانس را محاسبه کرد.
3. چطور امپدانس ترانسفورماتور کاهش یابد؟ برای کاهش راکتانس یا واکنش نشتی می بایست به این نکته توجه شود که شار نشتی توسط راکتانس القایی در مدار معادل ترانسفورماتور مشخص می گردد و برای مقدار فضای مشخصی از هسته که سیم پیچ ها در اضلاع شکل مربع این هسته قرار می گیرند، در صورتی که ارتفاع این هسته مربعی شکل افزایش یابد نشت شار نیز بیشتر شده و هر چقدر طرف اولیه و ثانویه فاصله کمتری از هم داشته باشند، نشت شار کاهش می یابد.
4. نشت شار در امپدانس ترانسفورماتور چه مفهومی دارد؟ تنها در حالت ایده آل تمام شار القایی از سیم پیچ اولیه به ثانویه می رسد، در واقعیت این شار ممکن است از طریق هوا به سیم پیچ اولیه بازگردد و به این حالت نشت شار گفته می شود، در واقع این شار به جای اینکه از هسته عبور کند و به طرف ثانویه برسد، با عبور از روغن ترانسفورماتور و عایق سیم پیچ ها به طرف دیگر می رود.
5. درصد امپدانس ترانسفورماتور چیست؟ درصدی از امپدانس نامی در حالتی است که ترانسفورماتور تحت بار قرار دارد. این فاکتور اهمیت زیادی در محاسبه خطای جریان دارد و مشخص می نماید که آیا دو ترانسفورماتور قابلیت اتصال موازی را دارند یا خیر.