ترانسفورماتورها: اصول عملکرد، انواع، مواد نوین هسته، تلفات، سیستم های خنک کنندگی و فناوری های نوظهور

ترانسفورماتورها به عنوان یکی از حیاتی ترین ماشین های الکتریکی ساکن، وظیفه ی تغییر سطح ولتاژ در سیستم های قدرت، انتقال انرژی با حداقل تلفات، ایزولاسیون گالوانیکی و تطبیق امپدانس را بر عهده دارند و از نخستین نمونه های تجاری استنلی (۱۸۸۵) تا ترانسفورماتورهای پیشرفته با هسته فولاد آمورف، ترانسفورماتورهای حالت جامد و ترانسفورماتورهای هوشمند با پایش وضعیت مبتنی بر هوش مصنوعی تحولی عمیق را تجربه کرده اند. این مقاله با مرور پیشینه ی پژوهشی از اختراع ترانسفورماتور عملی گائولارد و گیبز (۱۸۸۲) تا ترانسفورماتور دیجیتال زیمنس (۲۰۲۰) و همچنین تحلیل داده های تجربی گزارش شده توسط استنلی (۱۸۸۵)، اشتینمتز (۱۹۰۰)، دیک و همکاران (۱۹۹۰)، ABB (۱۹۷۰)، دووال (۲۰۰۵)، ABB (۲۰۱۵)، زیمنس (۲۰۱۰)، هیتاچی (۲۰۱۸) و زیمنس (۲۰۲۰)، نشان می دهد که فولاد آمورف تلفات بی باری را تا ۷۰ درصد نسبت به فولاد سیلیسیم جهت دار کاهش می دهد و در ترانسفورماتور ۱۰۰۰ کیلوولت آمپر، تلفات بی باری از ۱۸۰۰ وات به ۵۴۰ وات رسیده و بازده از ۹۹.۰ به ۹۹.۴ درصد افزایش یافته است. ترانسفورماتورهای حالت جامد با فرکانس کاری ۲۰ کیلوهرتز حجم یک سوم و وزن نصف ترانسفورماتورهای معمولی دارند. ترانسفورماتورهای فرکانس بالا با هسته نانوکریستالین چگالی توان ۵ کیلووات بر کیلوگرم در فرکانس ۵۰ کیلوهرتز ارائه می دهند. روغن گیاهی با نقطه اشتعال ۳۳۰ درجه سانتی گراد و قابلیت تجزیه پذیری ۹۷ درصد، جایگزینی ایمن و سازگار با محیط زیست است. تحلیل پاسخ فرکانسی جابجایی ۲ میلی متری سیم پیچ را با دقت ۹۲ درصد و مثلث دووال خطاهای داخلی را با دقت ۹۲ درصد شناسایی می کند. ترانسفورماتورهای دیجیتال با سنسورهای فیبر نوری دقت ۰.۵ درجه سانتی گراد و قابلیت پیش بینی خطا با دقت ۹۵ درصد را فراهم می کنند. نتیجه گیری اصلی بر ضرورت گذار به ترانسفورماتورهای حالت جامد و فرکانس بالا، ترانسفورماتورهای هوشمند با پایش وضعیت، هسته های نانوکریستالین و فولاد آمورف، و روغن های گیاهی و عایق های نانوکامپوزیتی 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، ترانسفورماتورهای حالت جامد ۱۰ مگاولت آمپر، سنسورهای فیبر نوری با دقت ۰.۲ درجه سانتی گراد و بازنگری استاندارد IEC ۶۰۰۷۶ می باشد.

Keywords:

ترانسفورماتور , هسته فولاد سیلیسیم , هسته آمورف , ترانسفورماتور حالت جامد , تلفات بی باری , روغن گیاهی , تحلیل گاز حل شده , پایش وضعیت