ترانسفورماتور افزاینده تک فاز: اصول طراحی، مواد نوین هسته، روش های کاهش جریان هجومی و کاربردها در سیستم های خورشیدی و ریلی

ترانسفورماتور افزاینده تک فاز به عنوان یکی از تجهیزات کلیدی در سیستم های ریلی برقی، اینورترهای خورشیدی، منابع تغذیه بدون وقفه و تجهیزات تست ولتاژ بالا، وظیفه ی افزایش ولتاژ جریان متناوب را با حفظ توان ظاهری بر عهده دارد و از اولین نمونه ی تجاری استنلی (۱۸۸۵) تا ترانسفورماتورهای پیشرفته با هسته ی نانوکریستالین و روغن گیاهی تحولی چشمگیر را تجربه کرده است. این مقاله با مرور پیشینه ی پژوهشی از نظریه ی اشتینمتز (۱۹۰۰) تا ترانسفورماتورهای فرکانس بالای زیمنس (۲۰۱۹) و همچنین تحلیل داده های تجربی گزارش شده توسط تاناکا و یاماموتو (۱۹۵۵)، اسمیت و جانسون (۱۹۶۰)، ABB (۱۹۸۰)، مک لایمن (۱۹۹۰)، هیتاچی (۲۰۰۰)، رحیمی و حسینی (۲۰۱۰) و گوستاوسن (۲۰۱۵)، نشان می دهد که هسته های فولاد آمورف تلفات بی باری را تا ۷۰ درصد نسبت به فولاد سیلیسیم جهت دار کاهش می دهند و در ترانسفورماتور ۲۵ کیلوولت آمپر، بازده از ۹۶.۸ به ۹۸.۱ درصد افزایش یافته و نویز صوتی از ۴۸ به ۳۶ دسی بل کاهش یافته است. هسته های نانوکریستالین در فرکانس ۲۰ کیلوهرتز تلفات ویژه ۶ وات بر کیلوگرم در مقایسه با ۲۵ وات بر کیلوگرم فولاد آمورف دارند. روش وصل در لحظه ی عبور ولتاژ از صفر با دقت ۰.۱ میلی ثانیه، پیک جریان هجومی را از ۱۰.۸ برابر جریان نامی به ۴.۲ برابر کاهش می دهد. روغن گیاهی با نقطه اشتعال ۳۳۵ درجه سانتی گراد، ولتاژ شکست ۸۲ کیلوولت و قابلیت تجزیه پذیری ۹۷ درصد، جایگزینی ایمن و سازگار با محیط زیست برای روغن معدنی است. در بارهای هارمونیکی با اعوجاج ۲۵ درصد، سیم پیچ های لیتز تلفات مس اضافی را از ۱.۸ به ۱.۲ برابر کاهش می دهند. نتیجه گیری اصلی بر ضرورت گذار به هسته های نانوکریستالین و آمورف، روغن های گیاهی، سیم پیچ های لیتز و سیستم های وصل هوشمند برای کاهش جریان هجومی 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 ابررسانا، سیستم وصل هوشمند مبتنی بر شبکه عصبی و بازنگری استاندارد IEEE C۵۷.۱۲.۰۰ می باشد.

کلیدواژه ها:

ترانسفورماتور افزاینده تک فاز ، هسته آمورف ، نانوکریستالین ، جریان هجومی ، روغن گیاهی ، سیم لیتز ، فرکانس بالا ، بازده