ترانسفورماتور نوع خشک

ترانسفورماتورهای نوع خشک با استفاده از مواد مختلفی ساخته می شوند که هر کدام به دلیل خواص الکتریکی، مکانیکی و حرارتی خود برای اطمینان از عملکرد و قابلیت اطمینان بهینه انتخاب می شوند. مواد اولیه مورد استفاده در ترانسفورماتورهای نوع خشک عبارتند از:

لمینیت های فولادی:هسته ترانسفورماتور معمولا از ورقه های فولادی سیلیکونی ساخته شده است. اینها روی هم چیده شده اند تا مسیری پیوسته برای شار مغناطیسی تشکیل دهند. استفاده از فولاد سیلیکونی افت هیسترزیس را کاهش می دهد و خواص مغناطیسی بهتری را ارائه می دهد. لایه‌بندی‌ها نازک هستند تا تلفات جریان گردابی را به حداقل برسانند، این تلفات زمانی رخ می‌دهد که میدان‌های مغناطیسی متناوب باعث القای جریان در ماده هسته می‌شوند.

مواد سیم پیچ:هادی های مورد استفاده برای سیم پیچ های اولیه و ثانویه به دلیل رسانایی عالی معمولا از مس یا آلومینیوم ساخته می شوند. مس رساناتر است اما گرانتر از آلومینیوم است. آلومینیوم سبکتر و مقرون به صرفه است اما تلفات مقاومتی بالاتری دارد.

مواد عایق:عایق کاری در ترانسفورماتورهای نوع خشک برای جلوگیری از اتصال کوتاه و تضمین عایق الکتریکی بسیار مهم است. موادی مانند Nomex (نوعی کاغذ آرامید)، Mylar (پلی اتیلن ترفتالات دو محوره) و انواع مختلف فیلم های پلی استر برای عایق کاری بین پیچ ها، بین لایه ها و بین سیم پیچ ها و هسته استفاده می شود. رزین اپوکسی نیز معمولاً برای فرآیندهای VPI (اشباع فشار خلاء) یا کپسوله‌سازی برای تهیه یک ماتریس عایق جامد استفاده می‌شود.

جذب کننده تنفس و رطوبت:در برخی از طرح ها، سیلیکاژل به عنوان یک خشک کننده برای جذب رطوبتی که ممکن است از طریق حرکت هوا وارد ترانسفورماتور شود، استفاده می شود. این به محافظت از اجزای داخلی در برابر رطوبت و رطوبت کمک می کند.

عناصر خنک کننده:بسته به روش خنک کننده، ممکن است از رادیاتورهای غیرفعال یا فن های خنک کننده فعال استفاده شود. رادیاتورها معمولاً از آلومینیوم یا مس برای اتلاف گرما کارآمد ساخته می شوند. فن ها، در صورت استفاده، معمولا از پلاستیک یا آلیاژهای فلزی ساخته می شوند.

مصالح سازه ای:محفظه، مخزن یا چارچوبی که هسته و سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور را در خود جای می‌دهد معمولاً از ورق فلزی، اغلب فولاد گالوانیزه یا آلومینیوم ساخته می‌شود تا از ترانسفورماتور در برابر عوامل محیطی محافظت کند و یکپارچگی ساختاری را فراهم کند.

سخت افزار ترمینال:ترمینال های مورد استفاده برای اتصال ترانسفورماتور به شبکه برق معمولاً از فلزاتی مانند مس یا برنج برای هدایت الکتریکی خوب ساخته می شوند.

وسایل حفاظتی در برابر جریان اضافه:اینها می‌توانند شامل قطع کننده‌های مدار یا فیوزهای ساخته شده از موادی باشند که ذوب می‌شوند یا در سطوح جریان از پیش تعیین‌شده ذوب می‌شوند، مانند مس قلع-روکش شده برای عنصر فیوز یا نوارهای دو فلزی برای حفاظت از اضافه بار حرارتی.

طراحی یک ترانسفورماتور خشک-به عوامل مختلفی بستگی دارد که بر عملکرد، کارایی و دوام آن تأثیر می‌گذارند. برخی از فاکتورهای مهمی که هنگام طراحی یک ترانسفورماتور نوع خشک باید در نظر گرفته شود عبارتند از:

انتخاب نوع عایق:نوع عایق درجه حرارت، مقاومت دی الکتریک، مقاومت مکانیکی و مقاومت در برابر شوک حرارتی ترانسفورماتور را تعیین می کند. عموماً از مواد عایق کلاس-F و H برای ترانسفورماتورهای نوع خشک-استفاده می‌شود، زیرا می‌توانند دماهای بالا (به ترتیب تا 155 درجه و 180 درجه) را تحمل کنند و خواص الکتریکی و مکانیکی خوبی دارند. مواد عایق رایج عبارتند از لاک، رزین اپوکسی، رزین پلی استر و غیره.

انتخاب مواد سیم پیچ:مواد سیم پیچ هدایت، مقاومت، تلفات و استحکام مکانیکی ترانسفورماتور را تعیین می کند. به طور کلی، مس و آلومینیوم به عنوان مواد سیم پیچ برای ترانسفورماتورهای نوع خشک استفاده می‌شوند زیرا رسانایی بالا و هزینه پایین دارند. مس رسانایی و استحکام مکانیکی بهتری نسبت به آلومینیوم دارد، اما گران‌تر و سنگین‌تر است. برای همان رتبه فعلی، مس به سطح مقطع کمتری- از آلومینیوم نیاز دارد.

انتخاب مواد هسته با افت پسماند کم:مواد هسته چگالی شار مغناطیسی، نفوذپذیری، افت پسماند و تلفات جریان گردابی ترانسفورماتور را تعیین می کند. ماده هسته باید دارای نفوذپذیری بالا و تلفات پسماند کم باشد تا تلفات بدون بار را کاهش دهد و کارایی ترانسفورماتور را بهبود بخشد. مواد هسته متداول عبارتند از فولاد سیلیکونی، فولاد نورد سرد دانه گرا (CRGO)، فلز آمورف و غیره.

مقررات:تنظیم ترانسفورماتور نسبت افت ولتاژ در بار کامل به ولتاژ بدون بار- است. این مقررات نشان دهنده توانایی ترانسفورماتور برای حفظ ولتاژ خروجی ثابت در شرایط بار متغیر است. تنظیم به امپدانس و مقاومت ترانسفورماتور بستگی دارد. امپدانس و مقاومت کم منجر به تنظیم کم و تنظیم بهتر ولتاژ می شود. راکتانس نشتی یک ترانسفورماتور از نوع خشک باید در طول طراحی در 2% نگه داشته شود تا به تنظیم کم برسد.

امید به زندگی:طول عمر یک ترانسفورماتور زمان مورد انتظاری است که ترانسفورماتور می تواند بدون خرابی یا تخریب کار کند. طول عمر بستگی به خرابی عایق سیم پیچ در اثر افزایش دما، رطوبت، گرد و غبار، خوردگی یا عوامل دیگر دارد. کلاس عایق و کیفیت ترانسفورماتور نوع خشک- باید به گونه ای انتخاب شود که در برابر دماهای بالا و محیط های خشن بدون تخریب مقاومت کند. افزایش دمای ترانسفورماتور نباید از حد تعیین شده توسط کلاس عایق تجاوز کند.

ضرر و زیان:تلفات یک ترانسفورماتور تفاوت بین توان ورودی و خروجی است. تلفات شامل عدم تلفات بار-و تلفات بار است. تلفات بدون بار مستقل از بار است و شامل تلفات هسته و تلفات جریان گردابی است. تلفات بار متناسب با بار بوده و شامل تلفات مس و سرگردانی می شود. تلفات بر راندمان، گرمایش و سرمایش ترانسفورماتور تأثیر می گذارد. مواد هسته، مواد سیم پیچ، مواد عایق و پارامترهای طراحی باید انتخاب شوند تا تلفات به حداقل برسد و کارایی ترانسفورماتور نوع خشک-به حداکثر برسد.

اضافه بار:اضافه بار ترانسفورماتور شرایطی است که ترانسفورماتور فراتر از ظرفیت نامی یا محدودیت دمایی خود کار می کند. اضافه بار باعث گرم شدن بیش از حد، خرابی عایق، اتصال کوتاه یا آتش سوزی در ترانسفورماتور می شود. اضافه بار می تواند ناشی از تقاضای بار بیش از حد، هارمونیک ها، خطاها یا دمای محیط باشد. ترانسفورماتور نوع خشک{3}}باید با حاشیه کافی طراحی شود تا بتواند بارهای اضافه را بدون آسیب رساندن به اجزا یا عملکرد آن تحمل کند. ترانسفورماتور نوع خشک باید مجهز به یک فن-سیستم خنک کننده یا سیستم تهویه مطبوع{7}}برای دفع گرمای تولید شده در اثر بارهای اضافی باشد.

K-عامل:ضریب K-معیار توانایی یک ترانسفورماتور برای مقاومت در برابر گرمای تولید شده توسط جریان‌های غیر سینوسی در سیم‌پیچ‌های آن است. جریان های غیر سینوسی توسط دستگاه های الکترونیکی مختلفی ایجاد می شوند که هارمونیک هایی را در شکل موج های ولتاژ و جریان تولید می کنند. هارمونیک ها تلفات، گرمایش و اعوجاج ترانسفورماتور را افزایش می دهند. یک ضریب K- بالا نشان می‌دهد که ترانسفورماتور می‌تواند سطوح بالاتری از هارمونیک‌ها را بدون گرم شدن بیش از حد یا تخریب انجام دهد. ترانسفورماتور نوع خشک-باید با ضریب K-بالا طراحی شود تا عمر طولانی{10} و عملکرد قابل اعتماد در برنامه‌هایی که شامل جریان‌های غیر سینوسی هستند ارائه کند.