تلفات ترانسفورماتور
تراتسفورماتورها مانند همه ماشین‌های الکتریکی دیگر دارای بازده صددرصد نیستند. به این معنی که توان خروجی یک ترانسفورماتور اندکی کمتر از توان ورودی آن است. مابه التفاوت این توان در ترانسفورماتور هدر رفته است. در این مقاله انواع تلفات ترانسفورماتور ، نحوه محاسبه آن‌ها و روش‌های کاهش تلفات را بررسی خواهیم کرد.
انواع تلفات ترانسفورماتور:
تلفات ترانسفورماتور شامل تلفات سیم‌پیچ‌ها و تلفات هسته است. البته تلفات کمی هم در دی الکتریک عایق مواد و میدان‌های پراکنده ترانسفورماتور وجود دارد که به دلیل کوچک بودن از آن‌ها صرف‌نظر می‌کنیم.
تلفات اهمی ترانسفورماتور:
شاید تلفات سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور برای خواننده بسیار ملموس‌تر و قابل فهم‌تر باشد. این تلفات ناشی از عبور جریان از سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور است که گرچه رسانا هستند و دارای مقاومت کمی هستند، ولی همان مقاومت کم باعث ایجاد اندکی تلفات در سیم‌پیچ‌ها می‌شود. این تلفات با مقاومت سیم‌ها و مجذور جریان عبوری از آن‌ها رابطه مستقیم دارد. رابطه زیر نحوه محاسبه تلفات سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور که به تلفات اهمی نیز معروف است را بیان می‌کند.
در این رابطه Rp و Rs به ترتیب مقاومت‌های اهمی سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه و Ip و Is به ترتیب مقادیر موثر جریان‌های سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه هستند. مقدار مقاومت سیم‌پیچ به طول و سطح مقطع آن و البته جنس آن وابسه است. به این ترتیب که هرچه طول سیم‌پیچ بیشتر و هرچه سطح مقطع سیم کمتر باشد، سیم‌پیچ مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد. جنس سیم‌ها عموماً از مس است که ضریب هدایت الکتریکی مشخصی دارد. مقاومت یک سیم با طول l و سطح مقطع A و ضریب مقاومت ویژه ρ از رابطه زیر محاسبه می‌گردد.
تلفات هسته ترانسفورماتور:
بخش دیگری از تلفات ترانسفورماتور مربوط به تلفات هسته آن است. تلفات هسته نیز خود شامل تلفات هیسترزیس (Hysteresis Loss) و تلفات جریان گردابی (Eddy Current Loss) است.
تلفات هیسترزیس:
همان‌طور که در مقاله مواد مغناطیسی عنوان شد، هسته‌های مغناطیسی دارای شار پسماند هستند. به این معنی که پس از صفر شدن میدان مغناطیسی، شار مغناطیسی هسته صفر نمی‌شود. برای صفر کردن این شار مغناطیسی مقداری انرژی صرف می‌شود که به صورت حرارت در هسته تلف می‌گردد. این انرژی تلف شده را تحت عنوان تلفات هیسترزیس نامگذاری می‌کنیم.
تلفات هیستزیس ارتباطی با بار خروجی ترانسفورماتور ندارد و به فرکانس و جنس هسته بستگی دارد. در واقع مساحت داخل حلقه هیسترزیس، بیان‌گر تلفات هیسترزیس است که از رابطه زیر محاسبه می‌گردد.
که در این رابطه Kh ثابت هیسترزیس، f فرکانس و Bm چگالی شار بیشینه هسته است.
تلفات جریان گردابی:
تلفات جریان گردابی یا تلفات فوکو بخشی از تلفات ترانسفورماتور را تشکیل می‌دهند. بر اثر اعمال ولتاژ به سیم‌پیچ اولیه، علاوه بر سیم‌پیچ ثانویه در هسته نیز ولتاژ القا می‌شود که در صورت رسانا بودن هسته، به ایجاد جریان‌هایی در هسته منجر می‌شود. این جریان‌ها باعث ایجاد تلفات می‌گردد. برای کاهش این جریان‌ها هسته‌های آهن را به صورت ورق در می‌آورند و سطح ورق‌ها را با ماده نارسانایی می‌پوشانند تا جریان گردابی به ورق آهن محدود شود. در فریت‌ها که نارسانا هستند، تلفات جریان گردابی بسیار محدود است. این تلفات از رابطه زیر محاسبه می‌شوند:
