Transzformátor veszteségek és hatékonyság

 

A veszteség meghatározása

• A transzformátor vesztesége arra utal, hogy az elektromos energiát az energia más formáira (főleg hőre) konvertálják a transzformátor működése során.

• A veszteség a transzformátor teljesítményének értékelésének fontos mutatója, amely közvetlenül befolyásolja a transzformátor hatékonyságát és gazdaságát.

 

A veszteség összetétele

 

 

A terhelés nélküli veszteség meghatározása

A terhelés nélküli veszteség a transzformátor energiaveszteségére utal, ha az elsődleges oldalt a névleges feszültséggel kombinálják, nem terhelés esetén (azaz a másodlagos oldal nyitva van). A terhelés nélküli veszteség elsősorban a vasveszteséget és a kis mennyiségű egyéb veszteséget, például a dielektromos veszteséget és a gerjesztési áram veszteséget tartalmazza. Ez tükrözi a transzformátor energiaveszteségét terhelés nélküli körülmények között.

 

A terhelés nélküli veszteség összetétele

 

A terhelés nélküli veszteség 1- magveszteségből áll

A vasveszteség, más néven magveszteség vagy magvesztés, az energiavesztés, amelyet a mag anyagának váltakozó mágneses mezője okoz a transzformátor működése során. A vasveszteség elsősorban két részből áll: hiszterézis veszteség és örvényáram -veszteség.

Hiszterézis veszteség:

A hiszterézis veszteség az energiaveszteség az alapanyag mágnesesítésének és a váltakozó mágneses mezőben történő mágnesesítésének folyamatában. Amikor a mágneses mező iránya megváltozik, a mag anyagának mágneses tartományait átrendezni kell, és ebben a folyamatban energiaveszteség lesz. A hiszterézis veszteség a mag anyag hiszterézis hurkának, a működési frekvenciájának és a mágneses fluxus sűrűségének területéhez kapcsolódik

Eddy jelenlegi veszteség:

Az örvényáram -veszteség az a hőveszteség, amelyet akkor okoznak, amikor a vasmag anyag által kiváltott áram (örvényáram) a váltakozó mágneses mező alatt a vasmag belsejében áramlik. A váltakozó mágneses mező az örvényáramot indukálja a vasmagban, amely hurkot képez a vasmag anyagában és hőt generál, ami energiavesztést eredményez. Az örvényáram -veszteség a vasmag anyagának ellenállásával, a laminátum vastagságával és a munkaviszonyokkal kapcsolatos.

 

A terhelés nélküli veszteség 2- dielektromos veszteségből áll

A dielektromos veszteségek az energiaveszteség, amelyet a transzformátorban lévő szigetelő anyag okoz váltakozó elektromos mező hatására. A transzformátorok szigetelőanyagokat gyakran használják a vezetőképes alkatrészek izolálására, hogy megakadályozzák a rövidzárlatokat és más elektromos hibákat. A dielektromos veszteség elsősorban a szigetelő anyag belsejében fordul elő, az anyag dielektromos tulajdonságai és a váltakozó elektromos mező miatt.

Szigetelési veszteség:

Ez a dielektromos veszteség fő része. A szigetelő anyagokat a transzformátorokban használják a tekercsek, a vasmagok és más vezetőképes alkatrészek izolálására. A szigetelő anyagon belüli váltakozó elektromos mező a dielektrikum és az aktuális szivárgás polarizációját okozza, és ezek a folyamatok energiaveszteséget eredményeznek. Általános szigetelő anyagok közé tartozik a transzformátorolaj, a papír és a gyanta.

Kapacitási hatásvesztés:

A transzformátor kanyargós és szigetelési struktúrája parazita kapacitást képezhet. A váltakozó elektromos mező alatt ezen kondenzátorok töltési és kisülési folyamata szintén energiavesztést okoz.

Részleges kisülés nagyfeszültségnél

Nagyfeszültségű körülmények között részleges kisülés fordulhat elő a szigetelő anyag belsejében vagy felületén, amely egy helyi elektromos bontási jelenség, amely energiaveszteséghez és a szigetelő anyag fokozatos romlásához vezet.

A dielektromos veszteségek általában kicsik, de viszonylag szignifikánsnak tűnhetnek a nagyfeszültségű transzformátorokban. A veszteség a szigetelő anyag dielektromos állandójával, a veszteségszög (tanδ) érintőjével, valamint a transzformátor működési feszültségével és frekvenciájával kapcsolatos.

A transzformátor terhelés nélküli veszteségének dielektromos vesztesége viszonylag kicsi, általában 0. 5% és 2% között, de a nagyfeszültségű transzformátorban különös figyelmet és ellenőrzést igényel.

 

A terhelés nélküli veszteség 3- gerjesztési áram veszteségből áll

A gerjesztési áram veszteségét az elsődleges tekercsben az I²R veszteség okozza, amelyet a magban a mágneses mező megállapításához szükséges gerjesztési áram okoz. Még ha nincs terhelés is, az elsődleges oldalnak továbbra is szüksége van egy bizonyos áramra a mag mágnesezésének fenntartásához, és az áramnak ez a része hőveszteséget okoz a tekercselő ellenálláson.

 

A terhelés nélküli veszteség 4- kóbor veszteségből áll

A kóbor veszteségek a szivárgás fluxus által okozott transzformátor veszteségei. A szivárgási fluxus azokra utal, amelyek nem központilag szivárognak át a transzformátor magján, hanem más utakon keresztül (például a transzformátor szerkezeti alkatrészei, klipek, tartályfalak stb.). Mivel ezek a szivárgási fluxus örvényáramot indukál a vezetőképes anyagban, az energiavesztést okozzák, és a veszteség ezt a részét kóbor veszteségnek nevezzük.

Szorítás veszteségek: Örvényáram -veszteségek, amelyeket a transzformátor klipekben szivárgási fluxus indukált (például magklipek, támogató struktúrák).

Tartályfalveszteség: Örvényáram -veszteségek, amelyeket a transzformátor tartályfalában szivárgási fluxus indukál. Mivel az üzemanyagtartályok általában fémből készülnek, az örvényáram -veszteségek ezekben a fémszerkezetekben jelentősek lehetnek.

Ólom és végkeret veszteségek: Örvényáram -veszteségek, amelyeket a transzformátor vezetékeiben, a végkeretekben és más fémszerkezetekben szivárgási fluxus indukál.

A kóbor veszteségek általában a transzformátor teljes veszteségének kis része, de jelentős lehet a nagy kapacitású transzformátorokban. Ezért a transzformátor kialakításában fontos, hogy csökkentsük a szivárgás fluxusának hatását, és optimalizáljuk a mag- és szerkezeti alkatrészek tervezését a kóbor veszteség csökkentése érdekében.

 

 

A terhelésvesztés meghatározása

• A terhelésveszteség az elektromos energiaveszteségre vonatkozik, amelyet a terhelési üzemben áthaladó terhelési áram okoz a terhelési körülmények között.

 

A terhelésveszteség összetétele

 

A terhelési veszteség 1- rézveszteségből áll

A transzformátor rézvesztesége az ellenállás elvesztése a transzformátor (réz vagy alumínium) kanyarodásában a vezetőn keresztüli áramlás miatt. Ez a terhelésveszteség egyik fő alkotóeleme, és jelentősen növekszik, amikor a terhelési áram növekszik.

 

DC ellenállás veszteség

A kanyargós DC -ellenállás által okozott veszteség. A képlet az 

Ahol én vagyok a terhelési áram, és R a kanyargós ellenállás.

 

A terhelési veszteség 1- további veszteségből áll

• Szivárgás mágneses veszteségek

A transzformátor szivárgási fluxusának köszönhetően az örvényáram -veszteség a szerkezeti alkatrészekben (például klipek, acéllemezek, dobozfalak stb.).

• További rézveszteségek

További veszteség az egyenetlen áram eloszlás miatt a bőrhatások és a közelségi hatások miatt. Ezek a hatások nagyobb terheléseknél vagy frekvenciákon kiemeltek.

• Mechanikai veszteségek

Veszteség a mechanikus rezgés és a zaj miatt a transzformátoron belül. A teljes veszteségnek ez a veszteségnek ez a része kis arányt jelentett.

• Hűtőberendezések vesztesége

Az olajjal kötött transzformátorokban a hűtéshez használt ventilátorok és olajszivattyúk elektromos energiát fogyasztanak, és ezek az eszközök veszteségeket okoznak a működés közben.

 

 

A hőmérséklet hatása a veszteségre

• Nincs terhelési veszteség

A hőmérsékletnek a terhelés nélküli veszteségre gyakorolt ​​hatása kicsi, elsősorban a mag anyag ellenállását befolyásolja, de a változás kevés. A fő alkotóelem vasvesztesége (hiszterézis veszteség és örvényáram -veszteség) nem érzékeny a hőmérséklet változására.

• Betöltési veszteség

A hőmérséklet nagy hatással van a terhelésvesztésre, főleg azért, mert a vezető ellenállása a terhelési veszteségben jelentősen növekszik a hőmérséklet változásával. Ennek eredményeként a tekercselési ellenállás növekszik a hőmérséklet növekedésével, így az áram által a tekercselés során előforduló rézvesztés jelentősen növekszik. Mivel a rézveszteség a terhelésveszteség fő alkotóeleme, a hőmérséklet -növekedés hatása a terhelésvesztésre nyilvánvalóbb.

 

Ahol,

I=terhelési áram

R=ellenállás

ρ=ellenállás

L=huzal hossza

S=A huzal keresztmetszeti területe

 

Referenciahőmérséklet

A transzformátor terhelés nélküli veszteségének és terhelésveszteségének standard referencia-hőmérséklete a teszt és a teljesítmény értékelésének konzisztenciájának biztosítása. A nemzetközi és a nemzeti szabványok általában meghatározzák a referencia -hőmérsékleteket ezekre a tesztekre.

 

Referenciahőmérséklet	IEC	IEEE	CSA
Nincs terhelésvesztés	Nincs szükség kalibrálásra	20 fokozat	85 fok
Terhelésveszteséggel	75 fok	85 fok	85 fok

 

Veszteségkorrekció

A transzformátor elvesztésének a standard referenciahőmérsékleten történő kijavításának fő oka a teszt eredményeinek összehasonlíthatóságának és konzisztenciájának biztosítása különböző körülmények között.

Hőmérsékleti hatás

A transzformátor veszteségeket, különösen a terhelési veszteségeket, a hőmérséklet szignifikánsan befolyásolja. A tekercselési ellenállás növekszik a hőmérséklet növekedésével, ami növeli a terhelésvesztést. A veszteség értékének a szokásos referenciahőmérsékletre történő kijavításával a hőmérséklet -változások hatása kiküszöbölhető, így az eredmények összehasonlíthatók különböző vizsgálati körülmények között

szabványosítás

Egységes referenciahőmérséklet, például 75 vagy 85 fokos felhasználás biztosítja a transzformátor teszt eredményeinek konzisztenciáját és szabványosítását a gyártók, a modellek és a tesztidők között

 

 

Meghatározás

• A transzformátor hatékonysága a bemeneti teljesítmény és a kimeneti teljesítmény arányára utal, amelyet általában százalékban fejeznek ki, és az egyszerűsített megértési képlet a következő