Výpočet ztrát transformátorů: Praktický průvodce-přátelský k lidem

Buďme skuteční-transformátory magicky nepřeměňují veškerý vstupní výkon na užitečný výstup. Jsou docela účinné, jistě, ale vždy se najde nějaká energie, která se „nasákne“ a změní se v teplo. Toto teplo pochází hlavně ze dvou velkých ztrát:

Ztráty jádra (ztráty železa)

Ztráty mědi (ztráty ve vinutí)

Pokud těmto ztrátám rozumíte, můžete to udělat mnohem lépeúčinnost, tepelný designaprovozní náklady. A upřímně řečeno, ztráty transformátorů nejsou jen teoretickou záležitostí-tyto ztráty přímo ovlivňují, kolik zaplatíte a jak dlouho zůstane zařízení v pořádku.

Ztráty jádra (žádné-ztráty zatížení)

Ztráty jádra jsou většinou tam, i když transformátor není příliš zatížen. Proto se jim často říkážádné-ztráty zatížení-zůstanoupoměrně konstantníse zátěží.

Ztráty jádra obvykle zahrnují:

Ztráta hystereze: energie používaná k neustálému převracení magnetických domén v materiálu jádra

Ztráta vířivých proudů: proudy indukované v lamelách, které se také mění v teplo

Jak se měří ztráty jádra?

Měří se pomocíTest otevřeného okruhu (OC).:

Na primární je přivedeno jmenovité napětí

Sekundární je ponechánotevřený-okruh

Hodnota wattmetru vám udává ztrátu jádra, obvykle zapsanou jako

Přibližné základní{0}}ztrátové vztahy

Inženýři často používají zjednodušené vzorce, jako jsou tyto (dobré pro pochopení trendů, ačkoli skutečné transformátory nejsou nikdy „dokonalé“):

Kde:

Ztráty mědi (ztráty zatížení)

Ke ztrátám mědi dochází, protože vinutím protéká proud. A kdykoli proud protéká odporem, získáte klasické-topení.

Klíčový bod:ztráty mědi rostou s druhou mocninou zatěžovacího proudu, což znamená, že se mohou při větším zatížení transformátoru rychle rozběhnout.

Jak se měří ztráty mědi?

Jsou nalezeny pomocíZkouška zkratu (SC).:

Jedno vinutí je zkratované

Napětí je postupně přiváděno na druhé vinutí, dokud nebude cirkulovat jmenovitý proud

Hodnota wattmetru jeztráta mědi při plném-zátěži, často nazývané

Ztráta mědi při jakékoli úrovni zatížení

Pokud je zatěžovací prouda jmenovitý proud je, pak:

Takže ano,-pokud zatížíte transformátor na 50 %, ztráty mědi se nesníží na polovinu; klesnou asi na čtvrtinu. To je ten "čtvercový" efekt, který dělá své.

Účinnost transformátoru vám říká, kolik užitečné energie skutečně získáváte v porovnání s tím, co utratíte včetně ztrát:

Praktičtější způsob (pomocí kVA, PF a frakce zatížení)

Ve skutečných-výpočtech je běžné používat hodnocení kVA a účiník (PF). Jedna praktická forma je:

Kdy účinnost dosahuje vrcholu?

Špičková účinnost obvykle nastane, když:

A v mnoha distribučních transformátorech tato "sladká skvrna" často přistane50–70 % plného zatížení. (Není to zákon přírody, ale je to běžný vzorec.)

Řekněme, že máme a500 kVA, 11 kV/415 Vdistribuční transformátor s testovacími daty výrobce:

Ztráta mědi při daném zatížení

Pokud je zátěž, pak:

Například při 50% zatížení:

To je docela blízko ztrátě jádra (1,8 kW), což vysvětluje, proč je účinnost často nejvyšší kolem této úrovně zatížení.

Ztráty a účinnost při různých zatíženích (Unity PF)

(Použití unity PF jako ve vašem původním příkladu.)

Ztráty se jen tak „nestávají“-, jsou ovlivněny řadou konstrukčních a provozních detailů, jako jsou:

Materiál jádra
Lepší materiály (jako -kvalitní silikonová ocel nebo amorfní slitiny) obvykle hysterezi snižují.

Návrhová hustota toku
Spodnípomáhá ztrátám jádra{0}}ale může vyžadovat větší velikost jádra.

Odpor vinutí
Silnější vodiče / nižší odpor obecně snižují ztráty mědi.

Teplota
Odpor se zvyšuje s teplotou, takže ztráty mědi rostou také. (Často korigováno na standard, například 75 stupňů, v závislosti na konvencích IEC/IEEE.)

Harmonické v zátěži
Ne{0}}lineární zátěže mohou přidávat další vířivé proudy a bludné ztráty-, takže „skutečná ztráta“ může být horší, než byste očekávali u pěkné čisté sinusové zátěže.

Různé typy/velikosti transformátorů mají tendenci dělit ztráty různě. Běžný hrubý návod je:

Menší distribuční transformátory: ztráta jádra může být ~25–40 %, měď ~60–75 %

Výkonové (větší) transformátory: ztráta jádra ~30–50 %, měď ~50–70 %

Opět se liší podle návrhu-, ale je to užitečný mentální obrázek.

Pokud přesně vypočítáte ztráty transformátoru, můžete se chytřeji rozhodovat o:

jak dimenzovat transformátor,

jak to efektivně nabíjet,

a jak plánovat údržbu, než se věci prodraží.

Testy OC a SC poskytují spolehlivá skutečná{0}}data, ale moderní konstrukce transformátorů to často překračuje-pomocí analýzy konečných prvků k odhadu věcí, jako jsou ztráty způsobené rozptylem a teplota-horkých míst (kde se rizika selhání obvykle skrývají).

S rostoucími cenami elektřiny a celosvětově vyššími požadavky na účinnost (např. iniciativy ve stylu DOE/EU-) již není minimalizace ztrát jen „příjemné“-je skutečnou ekonomickou a ekologickou prioritou.

Sečteno a podtrženo:vždy zkontrolujte údaje na typovém štítku a dodržujte normy jakoIEC 60076když potřebujete ověřené hodnoty ztrát.

Kontaktujte nyní