Straty i wydajność transformatora

 

Definicja straty

• Utrata transformatora odnosi się do procesu przekształcania energii elektrycznej na inne formy energii (głównie ciepło) podczas pracy transformatora.

• Strata jest ważnym wskaźnikiem oceny wydajności transformatora, która bezpośrednio wpływa na wydajność i ekonomię transformatora.

 

Skład straty

 

 

Definicja straty bez obciążenia

Utrata bez obciążenia odnosi się do utraty mocy transformatora, gdy strona pierwotna jest połączona z znamionowym napięciem pod warunkiem braku obciążenia (to znaczy drugorzędna strona jest otwarta). Strata bez obciążenia obejmuje głównie utratę żelaza i niewielką ilość innych strat, takich jak strata dielektryczna i utrata prądu wzbudzenia. Odzwierciedla utratę energii transformatora w warunkach bez obciążenia.

 

Skład utraty bez obciążenia

 

Utrata bez obciążenia składa się z 1- utraty podstawowej

Utrata żelaza, znana również jako utrata rdzenia lub utrata rdzenia, jest utratą energii spowodowaną przez naprzemienne pole magnetyczne w materiale rdzeniowym podczas pracy transformatora. Utrata żelaza obejmuje głównie dwie części: utrata histerezy i utrata wirowa.

Utrata histerezy:

Utrata histerezy jest utratą energii w procesie magnetyzacji i demagnetyzacji materiału rdzenia pod naprzemiennym polem magnetycznym. Gdy kierunek pola magnetycznego zmienia się domeny magnetyczne w materiale rdzeniowym należy zmienić, a w tym procesie nastąpi utrata energii. Utrata histerezy jest związana z obszarem pętli histerezy materiału rdzenia, częstotliwości roboczej i gęstości strumienia magnetycznego

Obecna strata wirowa:

Utrata prądu wirowego to utrata ciepła wygenerowana, gdy prąd (prąd wirowy) indukowany przez żelazny materiał rdzenia przepływa wewnątrz żelaznego rdzenia pod naprzemiennym polem magnetycznym. Przemierzające pole magnetyczne indukuje prąd wirowy w żelaznym rdzeniu, który tworzy pętlę w żelaznym materiale rdzenia i generuje ciepło, powodując utratę energii. Utrata prądu wirowego jest związana z rezystywnością żelaznego materiału rdzenia, grubością laminatu i częstotliwości roboczej.

 

Utrata bez obciążenia składa się z 2- straty dielektrycznej

Straty dielektryczne to utrata energii spowodowana przez materiał izolacyjny w transformatorze pod działaniem naprzemiennego pola elektrycznego. Materiały izolacyjne w transformatorach są często stosowane do izolowania części przewodzących, aby zapobiec krótkim obwodom i innym awarie elektrycznym. Strata dielektryczna występuje głównie wewnątrz materiału izolacyjnego z powodu właściwości dielektrycznych materiału i naprzemiennego pola elektrycznego.

Utrata izolacji:

Jest to główna część straty dielektrycznej. Materiały izolacyjne są stosowane w transformatorach do izolowania uzwojeń, rdzeni żelaza i innych części przewodzących. Przemienne pole elektryczne wewnątrz materiału izolacyjnego spowoduje polaryzację dielektryki i prądu wycieku, a procesy te doprowadzą do utraty energii. Typowe materiały izolacyjne obejmują olej transformatorowy, papier i żywicę.

Utrata efektu pojemności:

Struktura uzwojenia i izolacji transformatora może tworzyć pasożytniczą pojemność. W ramach naprzemiennego pola elektrycznego proces ładowania i rozładowywania tych kondensatorów spowoduje również utratę energii.

Częściowe rozładowanie przy wysokim napięciu

W warunkach wysokiego napięcia może wystąpić częściowe rozładowanie wewnątrz lub na powierzchni materiału izolacyjnego, który jest lokalnym zjawiskiem rozpadu elektrycznego, które prowadzi do utraty energii i stopniowego pogorszenia materiału izolacyjnego.

Straty dielektryczne są zwykle małe, ale mogą wydawać się stosunkowo znaczące w transformatorach wysokiego napięcia. Strata jest związana ze stałą dielektryczną materiału izolacyjnego, styczną kąta utraty (tanδ) oraz napięciem roboczym i częstotliwością transformatora.

Utrata dielektryczna w utraty bez obciążenia transformatora jest stosunkowo niewielka, zwykle między 0. 5% i 2%, ale w transformatorze o wysokim napięciu wymaga szczególnej uwagi i kontroli.

 

Utrata bez obciążenia składa się z 3- Utrata bieżącej wzbudzenia

Utrata prądu wzbudzenia wynika z utraty I²R w uzwojeniu pierwotnym spowodowanym prądem wzbudzenia wymaganym do ustalenia pola magnetycznego w rdzeniu. Nawet jeśli nie ma obciążenia, pierwotna strona nadal potrzebuje określonego prądu, aby utrzymać magnetyzację rdzenia, a ta część prądu powoduje utratę ciepła w oporze uzwojenia.

 

Utrata bez obciążenia składa się z 4- utraty bezpłatnej

Stray strat to straty w transformatorze spowodowanym strumieniem wycieku. Strumień wycieku odnosi się do tych, które nie wyciekają centralnie przez rdzeń transformatora, ale przez inne ścieżki (takie jak komponenty strukturalne transformatora, klipsy, ściany zbiornika itp.). Ponieważ ten strumień upływu wywołuje prądy wirowe w materiale przewodzącym, spowodowana jest utrata energii, a ta część straty nazywa się utratą.

Straty zaciskowe: Straty prądu wirowego wywołane strumieniem wycieku w klipsach transformatorowych (takich jak klipy podstawowe, struktury wsporcze).

Straty ściany czołgu: Straty prądu wirowego wywołane strumieniem wycieku w ścianie zbiornika transformatora. Ponieważ zbiorniki paliwa są zwykle wykonane z metalu, straty prądu wirowego mogą być znaczące w tych konstrukcjach metalowych.

Straty ołowiu i klatki końcowej: Straty prądu wirowego wywołane strumieniem wycieku w przewodach transformatorowych, ramach końcowych i innych metalowych konstrukcjach.

Straty zbłąkane są na ogół niewielką częścią całkowitej utraty transformatora, ale mogą stać się znaczące w transformatorach o dużej pojemności. Dlatego w projektowaniu transformatora ważne jest zmniejszenie wpływu strumienia upływu i zoptymalizowanie projektowania elementów rdzenia i strukturalnych w celu zmniejszenia utraty zbłąkania.

 

 

Definicja utraty obciążenia

• Utrata obciążenia odnosi się do utraty energii elektrycznej spowodowanej przez prąd obciążenia przechodzącego przez uzwojenie transformatora w warunkach pracy obciążenia.

 

Skład utraty obciążenia

 

Utrata obciążenia składa się z utraty miedzi 1-

Miedziana utrata transformatora to utrata oporu w uzwojeniu transformatora (miedzi lub aluminium) z powodu prądu przepływającego przez przewodnik. Jest to główny element utraty obciążenia i znacznie wzrasta wraz ze wzrostem prądu obciążenia.

 

Utrata oporu DC

Strata spowodowana odpornością DC uzwojenia. Formuła jest 

Gdzie jest prąd obciążenia, a R jest oporem uzwojenia.

 

Utrata obciążenia składa się z dodatkowej straty 1-

• Straty magnetyczne wycieków

Utrata prądu wirowego w składnikach strukturalnych (takich jak klipsy, płytki stalowe, ściany pudełkowe itp.) Z powodu strumienia wycieku transformatora.

• Dodatkowe straty miedzi

Dodatkowa strata z powodu nierównomiernego rozkładu obecnego z powodu efektów skóry i efektów bliskości. Efekty te są bardziej wyraźne przy wysokich obciążeniach lub częstotliwościach.

• Straty mechaniczne

Strata z powodu mechanicznych wibracji i hałasu wewnątrz transformatora. Ta część straty w całkowitej straty stanowiła niewielki odsetek.

• Straty sprzętu chłodzącego

W transformatorach zanurzonych olej wentylatory i pompy olejowe używane do chłodzenia zużywają energię elektryczną, a urządzenia te generują straty podczas pracy.

 

 

Wpływ temperatury na stratę

• Brak utraty obciążenia

Wpływ temperatury na utratę bez obciążenia jest niewielki, głównie wpływając na rezystywność materiału rdzenia, ale zmiana jest niewielka. Główny składnik żelaza (utrata histerezy i utrata prądu wirowego) nie jest wrażliwa na zmianę temperatury.

• Utrata obciążenia

Temperatura ma duży wpływ na utratę obciążenia, głównie dlatego, że rezystywność przewodu w utraty obciążenia znacznie wzrasta wraz ze zmianą temperatury. W rezultacie opór uzwojenia wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, tak że utrata miedzi generowana przez prąd przez uzwojenie znacznie wzrasta. Ponieważ utrata miedzi jest głównym składnikiem utraty obciążenia, wpływ wzrostu temperatury na utratę obciążenia jest bardziej oczywisty.

 

Gdzie,

I=prąd obciążenia

R=Resistance

ρ=rezystywność

L=Długość drutu

S=Przekrój przewodu drutu

 

Temperatura odniesienia

Standardowa temperatura odniesienia utraty bez obciążenia transformatora i utraty obciążenia jest zapewnienie spójności testu i oceny wydajności. Standardy międzynarodowe i krajowe zwykle określają temperatury referencyjne dla tych testów.

 

Temperatura odniesienia	IEC	IEEE	CSA
Brak utraty obciążenia	Nie wymaga kalibracji	20 stopni	85 stopni
Po utraty obciążenia	75 stopni	85 stopni	85 stopni

 

Korekta strat

Głównym powodem skorygowania utraty transformatora do standardowej temperatury odniesienia jest zapewnienie porównywalności i spójności wyników testu w różnych warunkach.

Efekt temperatury

Temperatura ma znacząco wpływ na straty transformatora, zwłaszcza straty obciążenia. Rezystancja uzwojenia wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, co powoduje zwiększenie utraty obciążenia. Poprzez poprawienie wartości straty do standardowej temperatury odniesienia, wpływ zmian temperatury można wyeliminować, dzięki czemu wyniki są porównywalne w różnych warunkach testowych

normalizacja

Stosując jednolitą temperaturę odniesienia, taką jak 75 lub 85 stopni, zapewnia spójność i standaryzację wyników testu transformatora wśród producentów, modeli i czasów testowych

 

 

Definicja

• Wydajność transformatora odnosi się do stosunku między mocą wejściową a mocą wyjściową, zwykle wyrażoną jako procent, a uproszczona formuła zrozumienia jest następująca