سیم پیچ‌ها در ترانسفورماتور
سیم‌پیچ‌ها: سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور معمولاً از سیم مسی و گاهی از آلومینیوم ساخته می‌شوند. انواع سیم‌پیچ‌های مورد استفاده در ترانسفورماتورها به شرح زیر است:
- سیم‌پیچ استوانه‌ای: این سیم‌پیچ به صورت لایه‌های مختلف (یک لایه، دو لایه و چند لایه) با بوبین پیوسته ساخته می‌شود.
- سیم‌پیچ دیسکی: در این نوع سیم‌پیچی، هادی‌ها به صورت کویل‌های مسطح پیچیده می‌شوند. در مواردی که چندین هادی به صورت موازی پیچیده می‌شوند، هادی‌های دورتر از محور نسبت به هادی‌های نزدیک‌تر طول بیشتری دارند. برای ایجاد تعادل در این طول‌ها، آنها را ترانسپوزه می‌کنند که موجب توزیع یکنواخت جریان بین هادی‌های موازی و کاهش تلفات ناشی از جریان‌های گردابی می‌شود در این نوع سیم‌پیچی، برای یکنواختی توزیع ولتاژ روی بخش‌های ورودی سیم‌پیچ، از حلقه‌های یکنواخت‌کننده خازنی استفاده می‌شود. این حلقه‌ها ظرفیت خازنی ورودی را افزایش داده و میدان الکتریکی را در دوره‌های انتهایی متعادل می‌کنند.
- سیم‌پیچ مارپیچ (حلزونی): در این نوع سیم‌پیچی، دورهای سیم‌پیچ یک خط مارپیچ را دنبال می‌کنند و هر دور شامل چندین هادی نواری است که در جهت شعاعی روی هم قرار می‌گیرند. برای متعادل‌سازی مقاومت و رکتانس هادی‌ها و کاهش تلفات ناشی از جریان‌های گردابی، هادی‌ها نیز ترانسپوزه می‌شوند.
سیم‌پیچ مارپیچ در انواع منفرد، مقعر، دوبل و چهارتایی وجود دارد. این نوع سیم‌پیچ معمولاً تعداد دور کمتری دارد و برای جریان‌های بزرگ در سمت فشار ضعیف (ترانسفورماتورهای نیروگاهی) مناسب است. همچنین در بحث هسته، به دو نوع ستونی و زرهی اشاره شد. سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور در هسته ستونی و هسته زرهی، نیروهای مختلفی را تحمل می‌کنند که میزان این نیروها در سیم‌پیچ‌های هسته ستونی بیشتر است.
در این نوع سیم‌پیچی، نیروی شعاعی به صورت کششی و فشاری (به سمت داخل) و نیروی محوری نیز از نوع کششی و فشاری به سیم‌پیچ وارد می‌شود. در ترانسفورماتورهای با هسته زرهی، نیروی شعاعی در لبه‌های سیم‌پیچ و نیروی محوری که معمولاً به صورت فشاری است، بر سیم‌پیچ تأثیر می‌گذارد.
عوامل مختلفی ممکن است باعث بروز عیب در سیم‌پیچ‌ها و در نتیجه در ترانسفورماتور شوند که برخی از آنها عبارتند از:
- عدم استحکام عایق روی هادی‌ها ممکن است باعث شکم دادن عایق به یک سمت شود که در این صورت اتصال کوتاه بین حلقه‌های سیم‌پیچ ایجاد می‌شود.
- وجود لبه‌های تیز روی هادی‌های مسی ممکن است منجر به اتصال کوتاه بین حلقه‌های مجاور شود.
- رطوبت موجود ممکن است باعث ایجاد اتصال کوتاه بین دورهای سیم‌پیچ گردد.
- در فرآیند خشک‌سازی ترانسفورماتور، اگر دقت کافی به عمل نیاید، بخار و رطوبت ممکن است باعث آسیب به عایق بین دورهای کناری شود.
- اتصالات نامناسب بین سیم‌پیچ‌ها می‌تواند به داغ شدن و یونیزاسیون موضعی روغن منجر شود.
- امواج گذرا تأثیرات منفی بر روی ترانسفورماتور و سیم‌پیچ‌ها دارند و ممکن است منجر به اتصال کوتاه با زمین و سوراخ شدن عایق‌ها شوند. برخی از تأثیرات امواج گذرا شامل موارد زیر است: A) در هنگام کلید زنی یا اصابت صاعقه، تغییرات امپدانس موجی در نقطه انتقال بین ترانسفورماتور و خط منجر به ایجاد موج‌های رفت و برگشت ولتاژ و جریان می‌شود که ممکن است ولتاژ روی سیم‌پیچ‌ها به شدت افزایش یابد. B) اضافه ولتاژ در تپ‌های ترانسفورماتور به دلیل وجود امواج گذرا ممکن است در هر نقطه‌ای که امپدانس موجی در طول سیم‌پیچی تغییر کند، ایجاد شود. C) هنگام قطع مدار القایی، مانند اولیه ترانسفورماتور، در صورتی که ثانویه باز باشد، جریان مغناطیسی تمایل به صفر شدن ناگهانی دارد که این امر باعث ایجاد اضافه ولتاژ بزرگی می‌شود.
- اضافه بارهای طولانی‌مدت می‌توانند گرما تولید کنند که این امر منجر به از بین رفتن عایق هادی‌ها و اتصال کوتاه‌های حلقه‌ای می‌شود. همچنین گرمای بیش از حد در روغن ممکن است منجر به تولید لجن گردد.
