اتوترانسفورماتور افزاینده تک فاز: اصول طراحی، مزایای اقتصادی و فنی، مواد نوین هسته، روش های حفاظتی و کاربردهای صنعتی

اتوترانسفورماتور افزاینده تک فاز به عنوان یکی از کارآمدترین طرح های ترانسفورماتوری، با بهره گیری از یک سیم پیچ مشترک برای هر دو سمت اولیه و ثانویه، کاهش قابل توجهی در وزن، حجم، تلفات و هزینه نسبت به ترانسفورماتورهای دو سیم پیچ معمولی ارائه می دهد و برای کاربردهایی که ایزولاسیون گالوانیکی ضروری نیست، انتخابی برتر محسوب می شود. این مقاله با مرور پیشینه ی پژوهشی از اولین اتوترانسفورماتور عملی استنلی (۱۸۸۵) تا اتوترانسفورماتورهای فرکانس بالای هیتاچی (۲۰۱۸) و همچنین تحلیل داده های تجربی گزارش شده توسط جانسون و اسمیت (۱۹۴۰)، اسلیمون (۱۹۶۰)، بابیش و همکاران (۱۹۹۰)، ABB (۲۰۰۰)، سای و همکاران (۲۰۱۰)، هیتاچی (۲۰۱۸) و گوستاوسن (۲۰۲۰)، نشان می دهد که برای نسبت تبدیل ۲:۱، وزن و تلفات اتوترانسفورماتور حدود ۵۰ درصد و برای نسبت تبدیل ۵:۱، وزن و تلفات حدود ۸۰ درصد ترانسفورماتور معمولی معادل است. بازده اتوترانسفورماتورهای افزاینده تک فاز در توان نامی بین ۹۸ تا ۹۹.۵ درصد و برای نسبت تبدیل نزدیک به واحد تا ۹۹.۸ درصد می رسد. هسته های فولاد آمورف تلفات بی باری را تا ۸۰ درصد نسبت به فولاد سیلیسیم جهت دار کاهش می دهند و در یک اتوترانسفورماتور ۵۰ کیلوولت آمپر، تلفات بی باری از ۹۵ وات به ۱۹ وات رسیده و بازده از ۹۷.۹ به ۹۹.۲ درصد افزایش یافته است. هسته های نانوکریستالین در فرکانس ۲۰ کیلوهرتز تلفات ویژه ۵.۵ وات بر کیلوگرم در مقایسه با ۲۳ وات بر کیلوگرم فولاد آمورف دارند. جریان اتصال کوتاه در اتوترانسفورماتورها می تواند تا ۲۳ برابر جریان نامی باشد که ۲ برابر ترانسفورماتور معمولی است. روش وصل هوشمند در لحظه ی صفر ولتاژ، پیک جریان هجومی را از ۱۶.۸ به ۷.۲ برابر جریان نامی کاهش می دهد. در کاربردهای ریلی، اتوترانسفورماتورهای افزاینده افت ولتاژ را از ۱۲.۴ به ۴.۲ درصد کاهش و ظرفیت حمل جریان خط را ۳۵ درصد افزایش می دهند. نتیجه گیری اصلی بر ضرورت گذار به هسته های نانوکریستالین و آمورف، سیستم های حفاظتی سریع و تپ چنجرهای الکترونیکی تاکید دارد. در ادامه، شانزده پیشنهاد در چهار دسته ی پژوهشی، فنی-طراحی، هنجاری-استانداردسازی و آموزشی-ترویجی ارائه شده است که شامل آلیاژهای نانوکریستالین جدید، راکتورهای محدودکننده جریان خطا، سیستم حفاظت دیفرانسیل سریع و بازنگری استاندارد IEC ۶۰۰۷۶-۶ می باشد.

Keywords:

اتوترانسفورماتور افزاینده تک فاز , سیم پیچ مشترک , نسبت تبدیل , هسته آمورف , نانوکریستالین , جریان اتصال کوتاه , وصل هوشمند , حفاظت دیفرانسیل