Calcularea pierderilor din transformator: un ghid practic, prietenos- uman

Să fim reali-transformatorii nu convertesc în mod magic toată puterea de intrare în ieșire utilă. Sunt destul de eficiente, sigur, dar există întotdeauna ceva energie care este „absorbită” și transformată în căldură. Căldura provine în principal din două găleți mari de pierderi:

Pierderi de miez (pierderi de fier)

Pierderi de cupru (pierderi de bobinaj)

Dacă înțelegeți aceste pierderi, vă puteți descurca mult mai bineeficienţă, design termic, șicosturile de funcționare. Și sincer, pierderile transformatoarelor nu sunt doar un lucru teoretic-aceea pierderi afectează direct cât plătiți și cât timp echipamentul rămâne sănătos.

Pierderi de bază (Fără-pierderi de încărcare)

Pierderile în miez sunt în mare parte acolo chiar și atunci când transformatorul nu este încărcat puternic. De aceea sunt adesea numitifără-pierderi de încărcare-ei rămândestul de constantăcu sarcina.

Pierderile de bază includ de obicei:

Pierderea histerezisului: energie folosită pentru a continua să răsturneze domeniile magnetice din materialul de bază

Pierdere cu curent turbionar: curenți induși în laminări, care se transformă și în căldură

Cum se măsoară pierderile de bază?

Ele sunt măsurate folosindTest de circuit deschis (OC).:

Tensiunea nominală este aplicată la primar

Secundarul este lăsatdeschis-circuitat

Citirea wattmetrului vă oferă pierderea de miez, de obicei scrisă ca

Relații aproximative de-pierderi de bază

Inginerii folosesc adesea formule simplificate ca acestea (bun pentru înțelegerea tendințelor, deși transformatoarele reale nu sunt niciodată „perfecte”):

Unde:

Pierderi de cupru (pierderi de sarcină)

Pierderile de cupru au loc deoarece curentul trece prin înfășurări. Și ori de câte ori curentul trece prin rezistență, obțineți încălzirea-clasică.

Punct cheie:pierderile de cupru cresc cu pătratul curentului de sarcină, ceea ce înseamnă că pot crește rapid atunci când transformatorul este încărcat mai greu.

Cum se măsoară pierderile de cupru?

Ele sunt găsite folosindTest de scurtcircuit (SC).:

O înfășurare este scurtcircuitată

Tensiunea este aplicată treptat celeilalte înfășurări până când curentul nominal circulă

Citirea wattmetrului estepierdere de cupru la{0}}încărcare completă, numit adesea

Pierderi de cupru la orice nivel de sarcină

Dacă curentul de sarcină esteiar curentul nominal este, atunci:

Deci da-dacă încărcați transformatorul la 50%, pierderile de cupru nu se înjumătățesc; scad la aproximativ un sfert. Acesta este efectul „pătrat” care își face treaba.

Eficiența transformatorului vă spune câtă putere utilă obțineți de fapt, în comparație cu ceea ce cheltuiți, inclusiv pierderile:

O modalitate mai practică (folosind kVA, PF și fracția de sarcină)

În calculele reale-, este obișnuit să se utilizeze ratingul kVA și factorul de putere (PF). O formă practică este:

Când atinge vârful eficienței?

Eficiența maximă apare de obicei atunci când:

Și în multe transformatoare de distribuție, acel „punct dulce” aterizează adesea în jur50-70% din sarcina maximă. (Nu este o lege a naturii, dar este un model comun.)

Să presupunem că avem un500 kVA, 11 kV/415 Vtransformator de distribuție cu datele de testare ale producătorului:

Pierderea de cupru la o sarcină dată

Dacă sarcina este, apoi:

De exemplu, la încărcare de 50%:

Aceasta este destul de aproape de pierderea de bază (1,8 kW), ceea ce explică de ce eficiența este adesea cea mai mare în jurul nivelului de încărcare.

Pierderi și eficiență la sarcini diferite (Unity PF)

(Folosind unity PF ca în exemplul original.)

Pierderile nu doar „se întâmplă”,-ci sunt influențate de o mulțime de detalii de design și operare, cum ar fi:

Material de bază
Materialele mai bune (cum ar fi oțelul cu siliciu de înaltă calitate-sau aliajele amorfe) reduc de obicei histerezisul.

Densitatea de flux de proiectare
Mai josajută la pierderile de miez-dar poate necesita o dimensiune mai mare a miezului.

Rezistenta la infasurare
Conductoarele mai groase / rezistența mai mică reduc în general pierderile de cupru.

Temperatură
Rezistența crește odată cu temperatura, astfel încât și pierderile de cupru cresc. (Adesea corectat la un standard, cum ar fi 75 de grade, în funcție de convențiile IEC/IEEE.)

Armonice în sarcină
Sarcinile ne-liniare pot adăuga curenți turbionari suplimentari și pierderi parazite-deci „pierderea reală” poate fi mai mare decât ceea ce v-ați aștepta cu o sarcină sinusoidală curată.

Diferite tipuri/dimensiuni de transformatoare tind să împartă pierderile în mod diferit. Un ghid brut comun este:

Transformatoare de distribuție mai mici: pierderea miezului poate fi de ~25–40%, cupru ~60–75%

Transformatoare de putere (mai mari).: pierdere miez ~30–50%, cupru ~50–70%

Din nou, variază în funcție de design-dar este o imagine mentală utilă.

Dacă calculați pierderile la transformator cu precizie, puteți lua decizii mai inteligente cu privire la:

cum să dimensionezi transformatorul,

cum să-l încărcați eficient,

și cum să planificați întreținerea înainte ca lucrurile să devină costisitoare.

Testele OC și SC oferă date solide din lumea reală-, dar ingineria modernă a transformatoarelor depășește adesea acest lucru-folosind analiza cu elemente finite pentru a estima lucruri precum pierderile parazite și temperaturile-la punctele fierbinți (unde riscurile de defecțiune tind să se ascundă).

Având în vedere creșterea prețurilor la energie electrică și cerințe mai stricte de eficiență la nivel mondial (gândiți-vă la inițiative în stil DOE/UE-), reducerea la minimum a pierderilor nu mai este doar „drăguță de a avea”-este o adevărată prioritate economică și de mediu.

Concluzie:verificați întotdeauna datele de pe plăcuța de identificare și urmați standarde precumIEC 60076atunci când aveți nevoie de valori certificate de pierdere.

Contactați acum