Legyünk valódiak,{0}}a transzformátorok nem varázslatosan alakítják át az összes bemeneti teljesítményt hasznos kimenetté. Az biztos, hogy elég hatékonyak, de mindig van némi energia, ami "elszívódik" és hővé alakul. Ez a hő főként két nagy veszteségből származik:
Alapveszteségek (vasveszteségek)
Rézveszteségek (tekercselési veszteségek)
Ha megérted ezeket a veszteségeket, sokkal jobban járhatsz velükhatékonyság, termikus kialakítás, ésműködési költségek. És őszintén szólva, a transzformátor veszteségei nem csak elméleti dolgok,{1}}ezek a veszteségek közvetlenül befolyásolják, hogy mennyit fizet, és mennyi ideig marad egészséges a berendezés.
A transzformátor-veszteségek típusai
Alapveszteségek (nincs-terhelési veszteség)
A magveszteségek többnyire akkor is fennállnak, ha a transzformátor nincs erősen terhelve. Ezért hívják gyakrannincs-terhelési veszteség-maradnakmeglehetősen állandóterheléssel.
Az alapvető veszteségek általában a következők:
A hiszterézis elvesztése: a mag anyagában lévő mágneses tartományok folyamatos megfordítására használt energia
Örvényáram veszteség: a laminálásokban indukált áramok, amelyek szintén hővé alakulnak
Hogyan mérik a magveszteségeket?
A mérésük aNyitott áramkör (OC) teszt:
A primerre névleges feszültség kerül
A másodlagos maradtnyitott-áramkör
A wattmérő leolvasása megadja a magveszteséget, általában így írják
Hozzávetőleges alapvető-vesztési kapcsolatok
A mérnökök gyakran használnak ilyen egyszerűsített képleteket (jó a trendek megértéséhez, bár a valódi transzformátorok soha nem "tökéletesek"):
Ahol:
Rézveszteségek (terhelési veszteségek)
A réz veszteségei azért következnek be, mert áram folyik át a tekercseken. És amikor áram folyik át az ellenálláson, akkor klasszikus-melegítést kap
.
Kulcsfontosságú pont:A réz veszteségei a terhelőáram négyzetével nőnek, ami azt jelenti, hogy gyorsan fel tudnak lépni, ha a transzformátor erősebben van terhelve.
Hogyan mérik a rézveszteséget?
A segítségével találták meg őketRövidzárlati (SC) teszt:
Az egyik tekercs rövidre van zárva
A feszültség fokozatosan kerül a másik tekercsre, amíg a névleges áram kering
A wattmérő állása ateljes-terhelésű rézveszteség, gyakran hívják
Rézveszteség bármilyen terhelési szinten
Ha a terhelési áram az
és a névleges áram
, akkor:
Tehát igen-ha a transzformátort 50%-ra terheli, a rézveszteség nem felére csökken; mintegy negyedére csökkennek. Ez a „négyzet” hatás teszi a dolgát.
A transzformátor hatásfokának számítása
A transzformátor hatékonysága megmutatja, hogy ténylegesen mennyi hasznos energiát nyer ki a ráfordított mennyiséghez képest, beleértve a veszteségeket is:
Praktikusabb módszer (kVA, PF és terhelési hányad felhasználásával)
Valós{0}}számításoknál elterjedt a kVA névleges érték és a teljesítménytényező (PF) használata. Az egyik gyakorlati forma a következő:
Mikor tetőzik a hatékonyság?
A csúcsteljesítmény általában akkor következik be, ha:
És sok elosztó transzformátorban ez az "édes pont" gyakran a környéken landolA teljes terhelés 50-70%-a. (Nem a természet törvénye, de általános minta.)
Gyakorlati példa (működő forgatókönyv)
Tegyük fel, hogy van egy500 kVA, 11 kV/415 Velosztó transzformátor a gyártó vizsgálati adataival:
Rézveszteség adott terhelésnél
Ha a terhelés az
, akkor:
Például 50%-os terhelésnél:
Ez elég közel van a magveszteséghez (1,8 kW), ami megmagyarázza, hogy a hatásfok gyakran az adott terhelési szint környékén a legmagasabb.
Veszteségek és hatékonyság különböző terheléseknél (Unity PF)
(Használja az unity PF-et, mint az eredeti példában.)
| terhelés (%) | Terhelés kVA | Réz veszteség (kW) | Teljes veszteség (kW) | Teljesítmény (kW) | Hatékonyság (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 25 | 125 | 0.39 | 2.19 | 125 | 98.27 |
| 50 | 250 | 1.55 | 3.35 | 250 | 98.68 |
| 75 | 375 | 3.49 | 5.29 | 375 | 98.61 |
| 100 | 500 | 6.20 | 8.00 | 500 | 98.43 |
A transzformátor veszteségeket befolyásoló tényezők
A veszteségek nem csak „történnek”-, hanem egy csomó tervezési és működési részlet befolyásolja, mint például:
Maganyag
A jobb anyagok (mint például a kiváló -minőségű szilíciumacél vagy az amorf ötvözetek) általában csökkentik a hiszterézist.
Tervezési fluxussűrűség
Alacsonyabb
segíti a magveszteséget-de nagyobb magméretet igényelhet.
Tekercsellenállás
A vastagabb vezetékek/kisebb ellenállás általában csökkenti a rézveszteséget.
Hőmérséklet
Az ellenállás a hőmérséklettel nő, így a rézveszteség is nő. (Gyakran szabványosra korrigálják, például 75 fokra, az IEC/IEEE-egyezményektől függően.)
Harmonikusok a terhelésben
A nem{0}}lineáris terhelések extra örvényáramokat és szórt veszteségeket okozhatnak,-így a „tényleges veszteség” rosszabb lehet, mint amit egy szép tiszta szinuszos terhelés mellett várna.
Tipikus veszteségeloszlás (ökölszabály)
A különböző típusú/méretű transzformátorok általában eltérően osztják meg a veszteségeket. Egy általános durva útmutató a következő:
Kisebb elosztó transzformátorok: magveszteség ~25-40%, réz ~60-75% lehet
Teljesítmény (nagyobb) transzformátorok: magveszteség ~30-50%, réz ~50-70%
Ez is a tervezéstől függően változik,{0}}de hasznos gondolati kép.
Összefoglaló- / Következtetés
Ha pontosan kiszámítja a transzformátor veszteségeit, okosabb döntéseket hozhat a következőkről:
hogyan kell méretezni a transzformátort,
hogyan lehet hatékonyan betölteni,
és hogyan kell megtervezni a karbantartást, mielőtt a dolgok költségessé válnának.
Az OC- és SC-tesztek szilárd valós{0}}adatokat adnak, de a modern transzformátortervezés gyakran túlmutat ezen,-végeselem-elemzést használva például a szórt veszteségek és a forró{2}}hőmérséklet becslésére (ahol a meghibásodás kockázata általában rejtőzik).
Az emelkedő villamosenergia-árak és a világszerte szigorodó hatékonysági követelmények (gondoljunk csak a DOE/EU{0}}stílusú kezdeményezésekre) miatt a veszteségek minimalizálása már nem csak „szép”-, hanem valódi gazdasági és környezetvédelmi prioritás.
A lényeg:mindig ellenőrizze az adattábla adatait, és kövesse az olyan szabványokat, mint plIEC 60076amikor hiteles veszteségértékekre van szüksége.
