Transformatora zaudējumi un efektivitāte

 

Zaudējumu definīcija

• Transformatora zudums attiecas uz elektriskās enerģijas pārvēršanas procesu citās enerģijas formās (galvenokārt siltums) transformatora darbības laikā.

• Zaudējumi ir svarīgs transformatora darbības novērtēšanas rādītājs, kas tieši ietekmē transformatora efektivitāti un ekonomiku.

 

Zaudējumu sastāvs

 

 

Bezslodzes zuduma definīcija

Zaudējums bez slodzes attiecas uz transformatora jaudas zudumu, kad primārā puse tiek apvienota ar nominālo spriegumu bez slodzes (tas ir, sekundārā puse ir atvērta). Load zudums galvenokārt ietver dzelzs zudumus un nelielu daudzumu citu zaudējumu, piemēram, dielektriskos zaudējumus un ierosmes strāvas zaudējumus. Tas atspoguļo transformatora enerģijas zudumu bez slodzes apstākļos.

 

Bez slodzes zuduma sastāvs

 

Bez slodzes zudums sastāv no 1- pamata zaudējumiem

Dzelzs zudums, kas pazīstams arī kā pamata vai pamata zudums, ir enerģijas zudums, ko transformatora darbības laikā izraisa mainīgais magnētiskais lauks kodola materiālā. Dzelzs zudums galvenokārt ietver divas daļas: histerēzes zudums un virpuļprogrammas zaudējumi.

Histerēzes zudums:

Histerēzes zudums ir enerģijas zudums pamatmateriāla magnetizācijas un demagnetizācijas procesā zem mainīgā magnētiskā lauka. Mainoties magnētiskā lauka virzienam, ir jāpārkārto magnētiskie domēni kodola materiālā, un šajā procesā būs enerģijas zudums. Histerēzes zudums ir saistīts ar galvenā materiāla histerēzes cilpas laukumu, darbības frekvenci un magnētisko plūsmas blīvumu

Eddy pašreizējais zaudējums:

Eddy strāvas zudumi ir siltuma zudumi, kas rodas, kad strāvas (virpuļprogramma), ko izraisa dzelzs serdes materiāls, plūst dzelzs serdes iekšpusē zem mainīgā magnētiskā lauka. Mainīgais magnētiskais lauks izraisa virpuļu strāvu dzelzs kodolā, kas veido cilpu dzelzs serdes materiālā un rada siltumu, kā rezultātā rodas enerģijas zudums. Eddy strāvas zudumi ir saistīti ar dzelzs kodola materiāla pretestību, lamināta biezumu un darba frekvenci.

 

Bez slodzes zudums sastāv no 2- dielektriskiem zaudējumiem

Dielektriskie zaudējumi ir enerģijas zudumi, ko izraisa izolācijas materiāls transformatorā ar mainīga elektriskā lauka darbību. Izolācijas materiālus transformatoros bieži izmanto, lai izolētu vadītspējas detaļas, lai novērstu īsu ķēžu un citas elektriskās kļūmes. Dielektriskie zudumi galvenokārt rodas izolācijas materiāla iekšpusē materiāla dielektrisko īpašību un mainīgā elektriskā lauka īpašību dēļ.

Izolācijas zudums:

Šī ir galvenā dielektriskā zuduma daļa. Izolācijas materiāli tiek izmantoti transformatoros, lai izolētu tinumus, dzelzs serdeņus un citas vadītspējīgas detaļas. Pārmaiņus elektriskais lauks izolācijas materiāla iekšpusē izraisīs dielektrisko un strāvas noplūdes polarizāciju, un šie procesi izraisīs enerģijas zudumu. Parastie izolācijas materiāli ietver transformatoru eļļu, papīru un sveķus.

Kapacitātes efekta zaudēšana:

Transformatora tinuma un izolācijas struktūra var veidot parazītu kapacitāti. Saskaņā ar mainīgo elektrisko lauku šo kondensatoru uzlādes un izlādes process izraisīs arī enerģijas zudumus.

Daļēja izlāde pie augstsprieguma

Augsta sprieguma apstākļos daļēja izlāde var rasties izolācijas materiāla iekšpusē vai uz tās, kas ir vietēja elektriskā sadalījuma parādība, kas izraisa enerģijas zudumu un pakāpenisku izolācijas materiāla pasliktināšanos.

Dielektriskie zudumi parasti ir mazi, bet augstsprieguma transformatoros tie var šķist salīdzinoši nozīmīgi. Zaudējumi ir saistīti ar izolācijas materiāla dielektrisko konstanti, zaudējumu leņķa (tanδ) pieskari un transformatora darba spriegumu un frekvenci.

Dielektriskie zudumi transformatora bezslodzes zudumā ir salīdzinoši mazi, parasti starp 0. 5% un 2%, bet augstsprieguma transformatorā nepieciešama īpaša uzmanība un kontrole.

 

Bez slodzes zudums sastāv no 3- ierosmes strāvas zaudējumiem

Uzbudinājuma strāvas zudums ir saistīts ar I²R zaudējumu primārajā tinumā, ko izraisa ierosmes strāva, kas nepieciešama, lai izveidotu magnētisko lauku kodolā. Pat ja nav slodzes, primārajai pusei joprojām ir nepieciešama noteikta strāva, lai saglabātu serdeņa magnetizāciju, un šī strāvas daļa rada siltuma zudumus uz tinuma pretestību.

 

Bez slodzes zudums sastāv no 4- klaiņojošiem zaudējumiem

Klaiņojoši zaudējumi ir zaudējumi transformatorā, ko izraisa noplūdes plūsma. Noplūdes plūsma attiecas uz tiem, kas centrāli neizplūst cauri transformatora kodolam, bet gan pa citiem ceļiem (piemēram, transformatoru konstrukcijas komponentiem, klipiem, tvertnes sienām utt.). Tā kā šī noplūdes plūsma izraisa virpuļu straumes vadītspējīgā materiālā, enerģijas zudums tiek izraisīts, un šo zaudējumu daļu sauc par klaiņojošu zudumu.

Slāpēšanas zaudējumi: Eddy strāvas zaudējumi, ko izraisa noplūdes plūsma transformatoru klipos (piemēram, galvenie klipi, atbalsta struktūras).

Tvertnes sienas zaudējumi: Virpuļplūsmas zaudējumi, ko izraisa noplūdes plūsma transformatora tvertnes sienā. Tā kā degvielas tvertnes parasti ir izgatavotas no metāla, virpuļplūsmas zaudējumi var būt nozīmīgi šajās metāla konstrukcijās.

Svina un beigu rāmja zaudējumi: Virpuļplūsmas zaudējumi, ko izraisa noplūdes plūsma transformatoru vados, gala rāmjos un citās metāla konstrukcijās.

Klaiņojošie zaudējumi parasti ir neliela daļa no kopējiem transformatora zaudējumiem, taču tās var kļūt nozīmīgas augstas ietilpības transformatoros. Tāpēc transformatora projektēšanā ir svarīgi samazināt noplūdes plūsmas ietekmi un optimizēt serdes un strukturālo komponentu dizainu, lai samazinātu klaiņojošo zudumu.

 

 

Slodzes zuduma definīcija

• Slodzes zudumi attiecas uz elektriskās enerģijas zudumiem, ko izraisa slodzes strāva, kas iet caur transformatora tinumu slodzes darbības apstākļos.

 

Slodzes zuduma sastāvs

 

Slodzes zudums sastāv no 1- vara zuduma

Transformatora vara zudums ir pretestības zudums transformatora (vara vai alumīnija) tinumā, jo strāva plūst caur vadītāju. Tā ir galvenā slodzes zuduma sastāvdaļa un ievērojami palielinās, palielinoties slodzes strāvai.

 

Līdzstrāvas pretestības zudums

Zaudējumi, ko izraisa tinuma līdzstrāvas pretestība. Formula ir 

Kur es esmu slodzes strāva un r ir tinuma pretestība.

 

Slodzes zudums sastāv no 1- papildu zaudējumiem

• Noplūdes magnētisko zudumu

Eddy strāvas zudums konstrukcijas komponentos (piemēram, klipos, tērauda plāksnes, kastes sienas utt.) Transformatora noplūdes plūsmas dēļ.

• Papildu vara zaudējumi

Papildu zaudējumi nevienmērīga strāvas sadalījuma dēļ ādas iedarbības un tuvuma ietekmes dēļ. Šie efekti ir izteiktāki ar lielām slodzēm vai frekvencēm.

• Mehāniskie zaudējumi

Zaudējumi mehāniskās vibrācijas un trokšņa dēļ transformatora iekšpusē. Šī zaudējumu daļa no kopējiem zaudējumiem izraisīja nelielu proporciju.

• Dzesēšanas aprīkojuma zaudējumi

Eļļas iegremdētajos transformatoros ventilatori un eļļas sūkņi, ko izmanto dzesēšanai, patērē elektrisko enerģiju, un šīs ierīces darbības laikā rada zaudējumus.

 

 

Temperatūras ietekme uz zaudējumiem

• Nav slodzes zuduma

Temperatūras ietekme uz bezslodzes zudumu ir maza, galvenokārt ietekmējot serdeņa pretestību, bet izmaiņas ir mazas. Galvenais komponenta dzelzs zudums (histerēzes zudums un virpuļprogrammas zudumi) nav jutīgs pret temperatūras izmaiņām.

• Slodzes zudums

Temperatūrai ir liela ietekme uz slodzes zudumiem, galvenokārt tāpēc, ka vadītāja pretestība slodzes zudumā ievērojami palielinās, mainoties temperatūrai. Rezultātā tinuma pretestība palielinās, paaugstinoties temperatūrai, tā, ka vara zudums, ko strāva rada tinums, ievērojami palielinās. Tā kā vara zudums ir galvenā slodzes zuduma sastāvdaļa, temperatūras paaugstināšanās ietekme uz slodzes zudumu ir acīmredzamāka.

 

Kur,

I=ielādēt strāvu

R=pretestība

ρ=pretestība

L=stieples garums

S=stieples šķērsgriezuma laukums

 

Atsauces temperatūra

Transformatora bezslodzes zuduma un slodzes zuduma standarta atsauces temperatūra ir testa un veiktspējas novērtēšanas konsistences nodrošināšana. Starptautiskie un nacionālie standarti parasti norāda atsauces temperatūru šiem testiem.

 

Atsauces temperatūra	IEC	IEEE	CSA
Nav slodzes zuduma	Kalibrēšana nav nepieciešama	20 grādi	85 grāds
Par slodzes zudumu	75 grāds	85 grāds	85 grāds

 

Zaudējumu korekcija

Galvenais iemesls, lai koriģētu transformatora zudumus standarta atsauces temperatūrā, ir nodrošināt testa rezultātu salīdzināmību un konsekvenci dažādos apstākļos.

Temperatūras efekts

Transformatora zudumus, īpaši slodzes zudumus, temperatūra būtiski ietekmē. Tinuma pretestība palielinās, paaugstinoties temperatūrai, kā rezultātā palielinās slodzes zudums. Labojot zaudējumu vērtību līdz standarta atsauces temperatūrai, temperatūras izmaiņu ietekmi var novērst, padarot rezultātus salīdzināmus dažādos testa apstākļos

standartizācija

Izmantojot vienotu atsauces temperatūru, piemēram, 75 vai 85 grādu, nodrošina transformatora testa rezultātu konsekvenci un standartizāciju starp ražotājiem, modeļiem un testa laikam

 

 

Definīcija

• Transformatora efektivitāte attiecas uz attiecību starp ieejas jaudu un izejas jaudu, kas parasti tiek izteikta procentos, un vienkāršotā izpratnes formula ir šāda