Izračun transformatorskih izgub: praktičen, človeku-prijazen vodnik

Bodimo resnični-transformatorji ne pretvorijo čarobno vse vhodne moči v koristno izhodno moč. Seveda so precej učinkoviti, vendar vedno obstaja nekaj energije, ki se "vpije" in spremeni v toploto. Ta toplota izvira predvsem iz dveh velikih izgub:

Izgube jedra (izgube železa)

Izgube bakra (izgube pri navitjih)

Če razumete te izgube, lahko naredite veliko boljeučinkovitost, toplotna zasnova, intekoči stroški. In iskreno, izgube transformatorjev niso samo teoretična stvar-te izgube neposredno vplivajo na to, koliko plačate in na to, kako dolgo ostane oprema zdrava.

Izgube jedra (brez-izgub obremenitve)

Izgube v jedru so večinoma prisotne, tudi če transformator ni močno obremenjen. Zato jih pogosto kličejobrez{0}}izgub obremenitve-ostanejodokaj konstantnaz obremenitvijo.

Izgube jedra običajno vključujejo:

Histerezna izguba: energija, ki se uporablja za nenehno obračanje magnetnih domen v materialu jedra

Izguba vrtinčnega toka: tokovi, inducirani v laminatih, ki se prav tako spremenijo v toploto

Kako se merijo izgube jedra?

Merijo se z uporaboTest odprtega kroga (OC).:

Nazivna napetost se napaja na primar

Sekundarno je levoodprt{0}}krog

Odčitek vatmetra vam pove izgubo v jedru, običajno zapisano kot

Približna ključna razmerja-izgub

Inženirji pogosto uporabljajo poenostavljene formule, kot so te (dobre za razumevanje trendov, čeprav pravi transformatorji nikoli niso "popolni"):

kje:

Izgube bakra (izgube obremenitve)

Izgube bakra nastanejo, ker tok teče skozi navitja. In kadar koli tok teče skozi upor, dobite klasično ogrevanje-.

Ključna točka:izgube bakra rastejo s kvadratom bremenskega toka, kar pomeni, da se lahko hitro povečajo, ko je transformator bolj obremenjen.

Kako se merijo izgube bakra?

Najdejo jih z uporaboPreskus kratkega stika (SC).:

Eno navitje je v kratkem stiku

Napetost se postopoma dovaja na drugo navitje, dokler ne kroži nazivni tok

Odčitek vatmetra jeizguba bakra pri polni-obremenitvi, ki se pogosto imenuje

Izguba bakra pri kateri koli stopnji obremenitve

Če je bremenski tokin nazivni tok je, potem:

Torej da-če transformator obremenite do 50 %, se izgube bakra ne prepolovijo; padejo na približno četrtino. To je "kvadratni" učinek, ki naredi svoje.

Učinkovitost transformatorja vam pove, koliko uporabne energije dejansko dobite v primerjavi s tem, kar porabite, vključno z izgubami:

Bolj praktičen način (z uporabo kVA, PF in deleža obremenitve)

V-izračunih v resničnem svetu je običajno uporabiti nazivno vrednost kVA in faktor moči (PF). Ena praktična oblika je:

Kdaj je učinkovitost največja?

Največja učinkovitost se običajno zgodi, ko:

In v mnogih distribucijskih transformatorjih ta "sladka točka" pogosto pristane50–70 % polne obremenitve. (Ni naravni zakon, je pa pogost vzorec.)

Recimo, da imamo500 kVA, 11 kV/415 Vrazdelilni transformator s podatki o preskusu proizvajalca:

Izguba bakra pri določeni obremenitvi

Če je obremenitev, potem:

Na primer, pri 50% obremenitvi:

To je precej blizu izgube jedra (1,8 kW), kar pojasnjuje, zakaj je učinkovitost pogosto najvišja pri tej ravni obremenitve.

Izgube in učinkovitost pri različnih obremenitvah (Unity PF)

(Uporaba unity PF kot v vašem izvirnem primeru.)

Izgube se ne »zgodijo« kar tako-, ampak nanje vpliva vrsta konstrukcijskih in delovnih podrobnosti, kot so:

Jedro materiala
Boljši materiali (na primer visoko{0}}silicijevo jeklo ali amorfne zlitine) običajno zmanjšajo histerezo.

Načrtovana gostota pretoka
Nižjepomaga pri izgubah jedra-vendar bo morda zahtevala večjo velikost jedra.

Odpornost na navijanje
Debelejši vodniki/manjši upor običajno zmanjšajo izgube bakra.

Temperatura
Odpornost narašča s temperaturo, zato se povečujejo tudi izgube bakra. (Pogosto popravljeno na standard, na primer 75 stopinj, odvisno od konvencij IEC/IEEE.)

Harmoniki v bremenu
Ne-linearne obremenitve lahko dodajo dodatne vrtinčne tokove in blodeče izgube,-zato je lahko "dejanska izguba" hujša od tiste, ki bi jo pričakovali z dobro čisto sinusno obremenitvijo.

Različni tipi/velikosti transformatorjev različno porazdelijo izgube. Običajno grobo vodilo je:

Manjši razdelilni transformatorji: izguba jedra je lahko ~25–40 %, baker ~60–75 %

Močnostni (večji) transformatorji: izguba jedra ~30–50%, baker ~50–70%

Spet se razlikuje glede na zasnovo,-vendar je uporabna mentalna slika.

Če natančno izračunate izgube transformatorja, lahko sprejemate pametnejše odločitve o:

kako določiti velikost transformatorja,

kako ga učinkovito naložiti,

in kako načrtovati vzdrževanje, preden postanejo stvari drage.

Preizkusi OC in SC dajejo trdne-podatke iz resničnega sveta, vendar sodobno inženirstvo transformatorjev pogosto presega to-z uporabo analize končnih elementov za ocenjevanje stvari, kot so izgubljene izgube in-temperature vročih točk (kjer se skrivajo tveganja okvare).

Z naraščajočimi cenami električne energije in strožjimi zahtevami glede učinkovitosti po vsem svetu (pomislite na pobude v stilu DOE/EU-) zmanjševanje izgub ni več le »lepo imeti«-, ampak je prava gospodarska in okoljska prednostna naloga.

Spodnja vrstica:vedno preverite podatke na imenski tablici in upoštevajte standarde, kot jeIEC 60076ko potrebujete potrjene vrednosti izgube.

Kontaktirajte zdaj