بخشی از مقاله
چکیده
ترانسفورماتور بدون تماس یک شکاف هوایی بزرگ ، اندوکتانس القایی کوچگ و اندوکتانس نشتی بزرگ در مقایسه با ترانسفورماتور اصولی و با قاعده دارد . این مقاله بر نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل ، طراحی بهینه سیم پیچ های ترانسفورماتور بدون تماس با استفاده از مبدل های رزونانسی تمرکز می کند که در این صورت می توان تا حد زیادی در انتقال انرژی بهینه سازی ایجاد نمود .
بر خلاف ترانسفورماتور سنتی با اتصال بسته و محصور ، ترانسفورماتور بدون تماس با سیم پیچ ثانویه و اولیه جداگانه استفاده می شود . لذا ترانسفورماتور بدون تماس با مبدل رزونانس سری می تواند جریان گردشی را کاهش داده و بهره وری سیستم بهبود یابد . با این حال از این مقاله می توان در طراحی و ساخت سیستم های انتقال بدون تماس با بهینه بودن قابل توجه استفاده نمود . این در حالی است که لازمه ی ایجاد سیستم انتقال بدون تماس - بی سیم - ، طراحی مدل ترانسفورماتور بهینه است . بنابراین اگر این سیتم بتواند پایه ریزی گردد در چند سال آینده می توان شاهد حذف سیم ها و کابل های برق باشیم که این کمک بزرگی به حفظ محیط زیست و جلوگیری از اغتشاش بصری و همچنین جلوگیری از نازیبایی چهره طبیعت را به ارمغان خواهد آورد .
.1 مقدمه
امروزه انتقال توان بدون تماس به طور گسترده ای در حال بررسی و توسعه هستند . انتقال توان بدون تماس با استفاده از اتصال القایی بدون تماس مکانیکی مزایایی از قبیل ایزولاسیون الکتریکی، ایمنی، تعمیر و نگهداری کم، قابلیت اطمینان، نیرومندی و عمر طولانی دارد. لذا آن یک نقش حیاتی در آینده انتقال توان ایفا می کند که دیگر نیازی به تماس مکانیکی با منبع انرژی نمی باشد . کاربرد بالقوه انتقال بدون تماس می تواند از محدوده کاربرد های خانگی با توان کم تا سیستم های صنعتی با توان بالا باشد . لذا کاندیداهای آینده نگر زیادی برای استفاده از این فن آوری وجود دارند مانند پزشکی، دریایی، حمل و نقل و شارژ باتری برنامه های کاربردی دیگر که در آن اتصالات فیزیکی خطرناک است . علاوه بر این، برای تامین توان در محیط های سخت مانند معادن کاربرد ضروری دارد .
در کاربرد های متعارف، یک ترانسفورماتور برای ایزولاسیون گالوانیکی بین منبع و بار مورد استفاده قرار می گیرد . آن بر اساس سیم پیچی دقیق با ضریب اتصال مغناطیسی بالا بین سیم پیچ اولیه و ثانویه می باشد . ترانسفورماتور بدون تماس یک ترانسفورماتور با سیم پیچ آزاد با سیم پیچ اولیه و ثانویه جدا می باشد . از آنجا که دو سیم پیچ ترانسفورماتور از نظر فیزیکی بوسیله یک شکاف هوایی از هم جدا هستند ، این شکاف هوا به یک اتصال کم کارآمد و اندوکتانس نشتی بالا منجر به تبدیل توان ضعیف می گردد . به منظور به حداقل رساندن تلفات سوئیچینگ مبدل و برای جبران اندوکتانس نشتی بالای ترانسفورماتور، خازن های جبرانساز در کاربرد های انتقال توان بدون تماس استفاده می شود .
این مقاله با بحث در مورد اصول مبدل رزونانس سری آغاز می شود . پس از آن تجزیه و تحلیل و طراحی ترانسفورماتور بدون تماس مورد بحث قرار می گیرد . سپس مقایساتی بین شکاف های هوایی مختلف به منظور اعتبار طراحی و محاسبات تحلیلی سیم پیچ ترانسفورماتور صورت می پذیرد .
.2 اصول مبدل رزونانس سری با ترانسفورماتور بدون تماس
شکل 1 نشان دهنده یک مبدل تمام پل dc-dc با استفاده ازترانسفورماتور بدون تماس می باشد .
شکل . 1 مبدل رزونانس سری
اینورتر قدرت فرکانس بالا از طریق ترانسفورماتور بدون تماس بواسطه اتصال آزاد توان ورودی را به بار انتقال می دهد . یک جبرانساز رزونانس سری و یکسو کننده وجود دارد . همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، رابطه بین فرکانس سوئیچینگ و فرکانس رزونانس را می توان به سه مورد تقسیم نمود : .
عملکرد مبدل در حالت بار خازنی که در آن زاویه فاز جریان خروجی اینورتر در مدار رزونانس منجر به ولتاژ خروجی اینورتر می شود این در زمانی است که فرکانس سوئیچینگ کمتر از فرکانس رزونانس می باشد در این مورد دیودهای ضد موازی دستگاه سوئیچینگ مجبورند خاموش شوند در حالیکه هدایت صورت می پذیرد .
در نتیجه جریان بازیابی معکوس بالا جاری شده و دستگاه سوئیچینگ می تواند آسیب ببیند . هنگامی که فرکانس سوئیچینگ سیستم با فرکانس رزونانس مبدل برابر است عملکرد درحالت بار مقاومتی است که در آن زاویه فاز جریان خروجی اینورتر در مدار رزونانس با زاویه فاز ولتاژ خروجی اینورتر برابر است . در این مورد سوئیچ ها در جریان صفر خاموش هستند که تلفات سوئیچینگ را کاهش داده و بازده بالا می تواند حاصل شود . اما چون شکاف هوایی ترانسفورماتور بدون تماس متفاوت است ، حفظ فرکانس سوئیچینگ برابر با فرکانس رزونانس دشوار است
در مورد فرکانس سوئیچینگ بالاتر از فرکانس رزونانس ، عملکرد مبدل در حالت بار اندوکتیو است که در آن زاویه فاز جریان خروجی اینورتر در مدار رزونانس جاری بوده و عقب تر از ولتاژخروجی اینورتر می باشد . در این مورد تلفات روشن شدن سوئیچ ها تولید می شود لذا تلفات خاموش شدن را می توان با بکارگیری خازن شنت کاهش داد.بنابراین در سیستم طراحی و آزمایش، فرکانس سوئیچینگ برابر با فرکانس رزونانس قرار می گیرد .
شکل . 2 شکل موج مشخصه فرکانس رزونانس با توجه به فرکانس سوئیچینگ و رزونانس
