ट्रांसफार्मर की वाइंडिंग

दोहरी वाइंडिंग ट्रांसफार्मर के बुनियादी सिद्धांतों की चर्चा में, यह माना जाता है कि ट्रांसफार्मर वाइंडिंग एक प्राथमिक वाइंडिंग और एक माध्यमिक वाइंडिंग से बनी होती है जो एक दूसरे से अलग होती हैं। ट्रांसफार्मर की प्रत्येक वाइंडिंग सेट वाइंडिंग के लौह कोर कॉलम के साथ बेलनाकार और संकेंद्रित होती है, जो मुख्य चुंबकीय प्रवाह के लिए कम चुंबकीय प्रतिरोध मान वाला एक चुंबकीय सर्किट प्रदान करती है। चाहे वह एकल चरण ट्रांसफार्मर संरचना हो या तीन चरण ट्रांसफार्मर संरचना, लौह कोर चुंबकीय सर्किट बंद होना चाहिए और वाइंडिंग को भी घेरना चाहिए। ट्रांसफार्मर के समग्र आकार को निर्धारित करने के अलावा, दो संकेंद्रित वाइंडिंग का आकार आयरन कोर विंडो के आकार को भी निर्धारित करता है, इस प्रकार आयरन कोर के आकार को निर्धारित करता है। लौह कोर का आकार किसी दिए गए विद्युत स्टील पट्टी और चुंबकीय प्रवाह घनत्व के लिए लौह कोर हानि की मात्रा निर्धारित करता है। डिजाइनरों को वाइंडिंग व्यवस्था को यथासंभव कॉम्पैक्ट बनाना चाहिए, और जो कारक वाइंडिंग संरचना की कॉम्पैक्टनेस में बाधा डालते हैं, वे हैं आवश्यक शीतलन तेल मार्ग और इन्सुलेशन स्थान, साथ ही लोड हानि को कम करने के लिए सबसे बड़े संभावित आकार के वायर क्रॉस अनुभागों का उपयोग।

ट्रांसफार्मर का लोड लॉस लोड करंट के कारण होने वाला नुकसान है, जो लोड करंट की दूसरी शक्ति के साथ बदलता रहता है। ट्रांसफार्मर में उत्पन्न लोड हानि को तीन भागों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है: प्रतिरोध हानि; जब वैकल्पिक रिसाव चुंबकीय प्रवाह घुमावदार तार से गुजरता है तो घुमावदार में उत्पन्न एड़ी वर्तमान हानि; लीड, क्लैंप और ईंधन टैंक जैसे घटकों के अंदर लोड से संबंधित भटके हुए वैकल्पिक चुंबकीय प्रवाह के कारण होने वाली तथाकथित भटकी हुई हानियाँ।

वर्तमान स्थिति में, वाइंडिंग में आंशिक नुकसान अभी भी कुल लोड नुकसान पर सबसे अधिक प्रभाव डालता है। जैसा कि नाम से पता चलता है, प्रतिरोध हानि की उत्पत्ति इस तथ्य पर आधारित है कि वाइंडिंग में प्रतिरोध होना चाहिए, इसलिए हानि के इस हिस्से को पूरी तरह से समाप्त नहीं किया जा सकता है। हालाँकि, ट्रांसफार्मर डिजाइनर प्रतिरोध हानि को कम करने के तरीके ढूंढ सकते हैं। ये विधियाँ यथासंभव कम घुमावदार घुमावों का उपयोग करती हैं; तार के प्रत्येक मोड़ का क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र बढ़ाएँ; कम विद्युत प्रतिरोधकता वाली सामग्रियों का उपयोग करें, जो आम तौर पर उच्च चालकता वाले तांबे को संदर्भित करता है।
घुमावदार घुमावों की न्यूनतम संख्या का उपयोग करने का मतलब है कि एक लौह कोर जो उच्चतम संभव कुल चुंबकीय प्रवाह उत्पन्न कर सकता है, का उपयोग किया जाना चाहिए, जिसमें दो पहलू शामिल हैं: सबसे बड़ा संभव लौह कोर क्रॉस अनुभाग का चयन करना और उच्चतम संभव लौह कोर चुंबकीय प्रवाह घनत्व मान का चयन करना। ऐसा करने का परिणाम अनिवार्य रूप से लोहे के कोर (क्लैंप सहित) के आकार में वृद्धि है, जिससे लोहे के कोर का वजन और हानि बढ़ जाती है। लोड हानि में कमी से लौह कोर हानि में वृद्धि होती है, और इसके विपरीत। बेशक, लौह कोर आकार में वृद्धि से प्रतिशत प्रतिक्रिया अभिव्यक्ति में हर भी बढ़ जाता है। इसकी भरपाई करने और प्रतिबाधा मान को अपरिवर्तित बनाए रखने के लिए, वाइंडिंग की अक्षीय ऊंचाई को कम करना आवश्यक है, और साथ ही, वाइंडिंग के घुमावों की संख्या को कम करना (जो लोड हानि को कम कर सकता है)। वाइंडिंग की अक्षीय ऊंचाई में कमी का मतलब है लौह कोर स्तंभ की ऊंचाई में कमी, जो कुछ हद तक लौह कोर आकार में वृद्धि के कारण लौह कोर वजन में वृद्धि की भरपाई करती है। इस प्रकार, एक या दो संरचनात्मक आकार परिवर्तनों के पारस्परिक मुआवजे के कारण, ट्रांसफार्मर के नुकसान में भिन्नता बहुत महत्वपूर्ण नहीं होगी। इसलिए, अन्य कारकों के आधार पर इष्टतम संरचनात्मक आकार का चयन किया जा सकता है, जैसे कि लोड हानि और शून्य लोड हानि का अनुपात या परिवहन ऊंचाई की सीमा (जो लौह कोर की ऊंचाई के आकार से निकटता से संबंधित हैं)।

वाइंडिंग तार के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र को बढ़ाने का परिणाम वाइंडिंग में भंवर धारा हानियों में वृद्धि है (इसके अलावा, यह आयरन कोर विंडो के आकार में भी वृद्धि का कारण बन सकता है, जिसके परिणामस्वरूप आयरन कोर के आकार में समग्र वृद्धि हो सकती है)। भंवर धारा हानि का कारण घुमावदार तारों से गुजरने वाले रिसाव प्रवाह के कारण होता है। घुमावदार तार से गुजरने वाला रिसाव प्रवाह प्रेरित वोल्टेज उत्पन्न करता है, और परिणामी धारा लोड धारा और रिसाव प्रवाह के लिए ऑर्थोगोनल होती है। घुमावदार तार का क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र जितना बड़ा होगा, भंवर धाराओं के प्रति इसकी बाधा उतनी ही कम होगी, जिसके परिणामस्वरूप बड़ी भंवर धाराएं उत्पन्न होंगी। वाइंडिंग के प्रत्येक मोड़ के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र को कम किए बिना एड़ी वर्तमान प्रतिबाधा को बढ़ाने का एकमात्र तरीका तार के प्रत्येक मोड़ को छोटे तार तारों में विभाजित करना और उन्हें एक-दूसरे से अलग करना है, साथ ही उन्हें वाइंडिंग की ऊंचाई के साथ पुन: व्यवस्थित करना है। वाइंडिंग तारों के स्थानांतरण के मुद्दे पर नीचे वाइंडिंग संरचना पर अनुभाग में चर्चा की जाएगी। हालाँकि, वाइंडिंग कर्मचारी वाइंडिंग को घुमाने के लिए छोटे क्रॉस-{9}अनुभागीय तारों का उपयोग करना पसंद करते हैं (क्योंकि छोटे क्रॉस-{10}}अनुभागीय तारों को तार के सांचों पर लपेटना आसान होता है), सामान्य तौर पर, जितने अधिक समानांतर घुमावदार तार होंगे, विनिर्माण लागत उतनी ही अधिक होगी। इसलिए, ट्रांसफार्मर निर्माता आमतौर पर एड़ी वर्तमान घाटे के स्वीकार्य स्तर पर समानांतर घुमावदार तारों की संख्या को सीमित करने की उम्मीद करते हैं। इसके अलावा, इंटर स्ट्रैंड इन्सुलेशन के साथ समानांतर घुमावदार तारों की संख्या में वृद्धि से घुमावदार के कर्तव्य चक्र में कमी आएगी, जो एक अन्य कारक है जिसके लिए समानांतर घुमावदार तारों की संख्या को कम करने की आवश्यकता होती है।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, घुमावदार तारों में एड़ी धाराएं रिसाव प्रवाह के कारण होती हैं, इसलिए रिसाव प्रवाह को कम करने से एड़ी धाराओं का मूल्य कम हो सकता है। जाहिर है, कम प्रतिबाधा वाले ट्रांसफार्मर की वाइंडिंग में भंवर धारा हानि उच्च प्रतिबाधा वाले ट्रांसफार्मर की वाइंडिंग की तुलना में कम होती है। कम रिसाव चुंबकीय प्रतिबाधा मान बड़ी वाइंडिंग की अक्षीय ऊंचाई के अनुरूप है। कहने का तात्पर्य यह है कि, पतली और लंबी वाइंडिंग में छोटी और मोटी वाइंडिंग की तुलना में कम रिसाव प्रवाह होता है, इसलिए पहले वाली वाइंडिंग में छोटी घुमावदार एड़ी धाराएं होती हैं। एक और स्पष्ट मुद्दा यह है कि पतली उच्च वाइंडिंग में अधिकांश रिसाव प्रवाह अक्षीय रिसाव प्रवाह है। यह भी सिद्ध किया जा सकता है कि ऐसे मामले में जहां अधिकांश रिसाव प्रवाह अक्षीय प्रवाह है, रिसाव चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत रेडियल दिशा में घुमावदार तार के आकार को कम करने से एड़ी धाराओं को कम करने का लक्ष्य प्राप्त हो सकता है। छोटी और मोटी घुमावदार संरचनाओं के लिए, रिसाव प्रवाह में एक महत्वपूर्ण रेडियल घटक होगा, खासकर घुमावदार के अंत के पास के क्षेत्र में। इसलिए वाइंडिंग तार को भी अक्षीय दिशा में अधिक और छोटे धागों में विभाजित किया जाना चाहिए (सैद्धांतिक रूप से, यह केवल वाइंडिंग के अंत में आवश्यक है, लेकिन सामान्य तौर पर, वाइंडिंग के बीच में तारों की संख्या को बदलना आसान नहीं है)। घुमावदार एड़ी धाराओं को नियंत्रित करने का एक अन्य तरीका रिसाव प्रवाह की दिशा को सही करने के लिए चुंबकीय परिरक्षण का उपयोग करना है, यह सुनिश्चित करना कि वे डिस्क असेंबली से न गुजरें; यहां तक ​​कि जहां लीकेज फ्लक्स वाइंडिंग से होकर गुजरता है, वहां भी लीकेज फ्लक्स में मुख्य रूप से अक्षीय घटक शामिल होने चाहिए। ये उपाय केवल बड़ी क्षमता वाले उच्च प्रतिबाधा ट्रांसफार्मर पर उपयोग के लिए किफायती हैं।

इस मामले में, घुमावदार एड़ी धारा एक विशेष रूप से महत्वपूर्ण मुद्दा है। ट्रांसफार्मर निर्माताओं ने व्यवहार में पाया है कि भंवर धारा हानियों को प्रतिरोध हानियों के लगभग 25% तक सीमित करना सबसे किफायती दृष्टिकोण है। हालाँकि, उपरोक्त उद्देश्यों को प्राप्त करने के लिए संरचनात्मक जटिलता का आवश्यक स्तर स्थिति के आधार पर भिन्न होता है। कम प्रतिबाधा वाले ट्रांसफार्मर के लिए, अन्य विशेष उपायों की आवश्यकता के बिना एड़ी वर्तमान हानि को प्रतिरोध हानि के 25% से कम तक कम किया जा सकता है।