محاسبه سطح مقطع هسته ترانس

محاسبه سطح مقطع هسته ترانس یکی از عوامل مهم و اساسی برای طراحی و بهبود ترانسفورماتورهای برق است که به کاهش هدررفتن انرژی و افزایش عملکرد ترانسفورماتورها کمک می‌کند. اولین نکته‌ای که دراین‌خصوص باید به آن توجه کرد، محاسبه دقیق سطح مقطع هسته است.

آشنایی با سطح مقطع هسته ترانس

ازآنجایی‌که انرژی نقش زیادی در زندگی ما انسان‌ها دارد و تقریباً هر چیزی در اطراف ما از انرژی تشکیل می‌شود و یا با آن کار می‌کند، بنابراین محاسبه سطح مقطع هسته، طراحی و ساخت ترانسفورماتورها از اهمیت زیادی برخوردار هستند. وظیفه اصلی ترانسفورماتورها تبدیل انرژی از سطحی به سطح دیگر است.

هنگام محاسبه سطح مقطع هسته ترانس و طراحی ترانسفورماتورها، باید به اندازه و شکل هسته توجه شود. هسته باید توانایی انتقال شار مغناطیسی را داشته باشد و از تلفات انرژی و کاهش عملکرد دستگاه جلوگیری کند.

عوامل مختلفی در اندازه هسته نقش دارند، از جمله:

1.چگالی شار مغناطیسی

چگالی شار مغناطیسی در واقع تعداد خطوط مغناطیسی هستند که از یک منطقه عبور می‌کنند که با تسلا یا گوس (واحد اندازه‌گیری شدت میدان مغناطیسی) اندازه‌ گرفته می‌شوند.

2.مواد هسته

انتخاب مواد مورد استفاده در هسته، نقش مهمی در تعیین اندازه آن دارد. با توجه به اینکه هر ماده‌ای دارای خاصیت‌های منحصر به فرد است، بنابراین باید در زمان محاسبه سطح مقطع هسته ترانس و طراحی هسته در انتخاب آن‌ها دقت شود. به عنوان مثال، یک ماده با خاصیت نفوذپذیری بالا می‌تواند قدرت جذب بالایی داشته باشد.

3.جریان مارپیچی در محاسبه سطح مقطع هسته ترانس

جریان مارپیچی که به عنوان “دور_ آمپر” نیز شناخته می‌شود، به صورت، حاصل ضرب جریان‌های جاری مارپیچی در تعداد دورهای آن محاسبه می‌شود. این موضوع در تعیین سطح مقطع مورد نیاز هسته برای کنترل میدان مغناطیسی تولید شده نقش دارد.

4.تلفات هسته

هیسترزیس و جریان گردابی دو نوع از تلفات هسته هستند که به دلیل اتلاف انرژی و جریان‌های القا شده در مواد هسته رخ می‌دهند. این مورد یکی از مهم‌ترین عوامل در زمان محاسبه سطح مقطع هسته ترانس است، زیرا از آنجایی که این تلفات گرما تولید می‌کنند، بنابراین در عملکرد ترانسفورماتورها تأثیر زیادی دارند.

5.افزایش دما در محاسبه سطح مقطع هسته ترانس

افزایش دما برای تعیین اندازه هسته مهم است. عوامل مختلفی از جمله: تلفات هسته، مقاومت جریان، دمای محیط و سیستم خنک کننده ترانسفورماتور سبب افزایش دما می‌شوند. برای جلوگیری از اتلاف گرما و بالا رفتن بیش از حد دما، باید اندازه هسته را به طور صحیح و دقیق محاسبه کرد.

طراحی سطح مقطع هسته ترانس

برای اینکه از تلفات زیاد انرژی جلوگیری شود، طراحی ترانسفورماتور باید به‌درستی و بادقت صورت بگیرد. طراحی سطح مقطع هسته ترانس به شکل زیر است:

-هسته ترانسفورماتورها می‌تواند در اشکال مختلفی همچون مربع، مستطیل یا پلکانی باشد.

-سیم پیچ‌های دایره‌ای شکل وقتی برای توزیع و انتقال انرژی مصرف می‌شوند، باید از هسته‌های مربعی یا پلکانی استفاده شود.

-برای ترانسفورماتورهایی با رابط دستوری، باید سطح مقطع مستطیلی به کار برده شود.

-هنگامی که استفاده از هسته‌های مستطیلی شکلف باید از سیم پیچ‌های مستطیلی نیز استفاده شود.

-هسته‌های مستطیلی برای ترانسفورماتورهایی که اندازه کوچک و فشار کمی دارند، مناسب نیستند.

-در ترانسفورماتورهایی که هسته آن‌ها به شکل مستطیل است، نسبت عمق به عرض هسته ¼ تا 2 است.

-در ترانسفورماتورهایی که رابط دستوری دارند، باید هنگام محاسبه سطح مقطع هسته ترانس، عرض‌های بخش‌های مرکزی را 2 تا 3 برابر عمق هسته در نظر گرفت.

-در هسته‌های مربعی شکل، قطر دایره بزرگتر از قطر هسته‌های پلکانی است.

نحوه ساخت هسته ترانس

ساخت هسته ترانس تأثیر مستقیم و مهمی بر عملکرد ترانسفورماتور دارد. ساخت هسته ترانس به شکل زیر است:

ابتدا یک‌سری از ورقه‌های نازک که جنس سیلیکونی دارند را برش می‌دهند. سپس، آن‌ها را به‌صورت لایه‌لایه و عمود روی‌هم قرار می‌دهند. دلیل عمودی قراردادن ورق‌ها بر روی‌هم، جلوگیری از تلفات مغناطیسی است. پس از آن هسته را با چسب‌های مخصوص محکم‌تر می‌کنند تا از پایداری آن مطمئن شوند.

یکی از دلایل مهم محاسبه سطح مقطع هسته ترانس، کم‌کردن چالش‌ها و مشکلاتی است که متخصصان در زمان ساخت هسته با آن مواجه می‌شوند. به‌عنوان‌مثال، هزینه‌های مواد اولیه از چالش‌های اصلی به شمار می‌رود. از دیگر مشکلات عمده در تولید هسته ترانس تقاضای بالا برای ترانسفورماتورها است، زیرا شبکه‌های انرژی و نصب نیروگاه‌های تجدیدپذیر به‌مرورزمان در حال افزایش هستند.

یک‌سری از معیارها وجود دارند که در زمان ساخت هسته ترانس در نظر گرفته می‌شوند:

-مطمئن بودن

-جلوگیری از افزایش اتلاف آهن در جریان مغناطیسی و ترانسفورماتور

-جلوگیری از بالارفتن بیش از اندازه هزینه‌ ساخت و مواد

-کاهش صدا

جمع‌بندی

در خاتمه، محاسبه سطح مقطع هسته ترانس اهمیت زیادی دارد و بر کارایی ترانسفورماتورهای الکتریکی تأثیر مستقیم می‌گذارد. با‌توجه‌به تاریخچه طولانی این علم و تجربیات متخصصان و دانشمندان، به نظر می‌رسد که با پیشرفت‌های فناوری، ترانسفورماتورها به‌مرورزمان بهبود بیشتری پیدا کرده و کارآمد و پایدارتر عمل خواهند کرد. نسل‌های آینده می‌توانند با کمک فناوری‌های نوین، آینده‌ای روشن برای ترانسفورماتورهای برق به ارمغان آورند.