Budimo pravi-transformatori ne pretvaraju magično svu ulaznu snagu u koristan izlaz. Prilično su efikasni, naravno, ali uvijek postoji nešto energije koja se "upija" i pretvara u toplinu. Ta toplota uglavnom dolazi iz dve velike kante gubitaka:
Gubici jezgre (gubici gvožđa)
Gubici u bakru (gubici u namotajima)
Ako razumete ove gubitke, sa njima možete mnogo boljeefikasnost, termički dizajn, itekući troškovi. I iskreno, gubici transformatora nisu samo teoretska stvar-ti gubici direktno utiču na to koliko plaćate i koliko dugo oprema ostaje zdrava.
Vrste gubitaka transformatora
Gubici jezgre (bez-gubitka opterećenja)
Gubici u jezgri su uglavnom prisutni čak i kada transformator nije jako opterećen. Zato ih često zovunema-gubitaka opterećenja-ostajuprilično konstantansa opterećenjem.
Osnovni gubici obično uključuju:
Gubitak histereze: energija koja se koristi za stalno okretanje magnetnih domena u materijalu jezgra
Gubitak vrtložne struje: struje inducirane u laminatima, koje se također pretvaraju u toplinu
Kako se mjere gubici u jezgru?
One se mjere pomoćuTest otvorenog kola (OC).:
Nazivni napon se primjenjuje na primar
Sekundarno je lijevootvoreno{0}}uključeno
Očitavanje vatmetra daje gubitak jezgre, obično zapisan kao
Približni odnosi{0}}gubitka
Inženjeri često koriste pojednostavljene formule poput ovih (dobro za razumijevanje trendova, iako pravi transformatori nikada nisu "savršeni"):
gdje:
Gubici bakra (gubici opterećenja)
Gubici bakra nastaju jer struja teče kroz namotaje. I kad god struja teče kroz otpor, dobijate-klasično grijanje
.
Ključna tačka:gubici bakra rastu s kvadratom struje opterećenja, što znači da se mogu brzo povećati kada je transformator jače opterećen.
Kako se mjere gubici bakra?
Pronađeni su pomoćuTest kratkog spoja (SC).:
Jedan namotaj je kratko spojen
Napon se postepeno primjenjuje na drugi namotaj sve dok nazivna struja ne cirkulira
Očitavanje vatmetra jegubitak bakra pri punom-opterećenju, često nazivan
Gubitak bakra na bilo kojem nivou opterećenja
Ako je struja opterećenja
a nazivna struja je
, zatim:
Dakle, da-ako opteretite transformator na 50%, gubici bakra se ne prepolovljuju; padaju na otprilike četvrtinu. To je efekat "kvadrata" koji radi svoje.
Proračun efikasnosti transformatora
Efikasnost transformatora vam govori koliko korisne snage zapravo dobijate, u poređenju sa onim što potrošite uključujući gubitke:
Praktičniji način (koristeći kVA, PF i udio opterećenja)
U stvarnim-izračunima, uobičajeno je koristiti kVA ocjenu i faktor snage (PF). Jedan praktični oblik je:
Kada efikasnost dostiže vrhunac?
Vrhunska efikasnost se obično dešava kada:
I u mnogim distributivnim transformatorima, ta "slatka tačka" se često nalazi50–70% punog opterećenja. (Nije zakon prirode, ali je uobičajen obrazac.)
Praktični primjer (radni scenarij)
Recimo da imamo a500 kVA, 11 kV/415 Vdistributivni transformator sa podacima o ispitivanju proizvođača:
Gubitak bakra pri datom opterećenju
Ako je opterećenje
, zatim:
Na primjer, pri 50% opterećenja:
To je prilično blizu gubitku u jezgru (1,8 kW), što objašnjava zašto je efikasnost često najveća oko tog nivoa opterećenja.
Gubici i efikasnost pri različitim opterećenjima (Unity PF)
(Koristite jedinstvo PF kao u vašem originalnom primjeru.)
| Opterećenje (%) | Opterećenje kVA | Gubitak bakra (kW) | Ukupni gubitak (kW) | Snaga (kW) | Efikasnost (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
Faktori koji utiču na gubitke transformatora
Gubici se ne "desavaju"-na njih utiče gomila detalja dizajna i rada, kao što su:
Materijal jezgra
Bolji materijali (kao -silicijumski čelik ili amorfne legure) obično smanjuju histerezu.
Projektna gustina fluksa
Niže
pomaže gubitke jezgre-ali može zahtijevati veću veličinu jezgre.
Otpor namotaja
Deblji provodnici / manji otpor općenito smanjuju gubitke bakra.
Temperatura
Otpor raste s temperaturom, tako da rastu i gubici bakra. (Često se koriguje na standard, kao što je 75 stepeni, u zavisnosti od IEC/IEEE konvencija.)
Harmonici u opterećenju
Ne-linearna opterećenja mogu dodati dodatne vrtložne struje i lutajuće gubitke-tako da "stvarni gubitak" može biti gori od onoga što biste očekivali sa lijepim čistim sinusnim opterećenjem.
Tipična distribucija gubitaka (pravilo palca)
Različite vrste/veličine transformatora imaju tendenciju da različito dijele gubitke. Uobičajeni grubi vodič je:
Manji razvodni transformatori: gubitak jezgre može biti ~25–40%, bakar ~60–75%
Energetski (veći) transformatori: gubitak jezgre ~30–50%, bakar ~50–70%
Opet, razlikuje se ovisno o dizajnu-ali to je korisna mentalna slika.
Zaključak-Zaključak/Zaključak
Ako precizno izračunate gubitke transformatora, možete donijeti pametnije odluke o:
kako odrediti veličinu transformatora,
kako ga efikasno učitati,
i kako planirati održavanje prije nego što stvari postanu skupe.
OC i SC testovi daju solidne podatke iz stvarnog-svijeta, ali moderno inženjerstvo transformatora često ide dalje od toga-koristeći analizu konačnih elemenata za procjenu stvari kao što su izgubljeni gubici i temperature vrućih-tačaka (gdje se rizik od kvara obično skriva).
Uz rastuće cijene električne energije i veće zahtjeve za efikasnošću širom svijeta (mislite na inicijative u stilu DOE/EU{0}}), minimiziranje gubitaka više nije samo "lijepo imati"-već je pravi ekonomski i ekološki prioritet.
Zaključak:uvijek provjerite podatke na natpisnoj pločici i slijedite standarde kao što suIEC 60076kada su vam potrebne certificirane vrijednosti gubitaka.
