Изчисляването на загубите в разпределителен трансформатор е решаващ аспект както за доставчиците, така и за потребителите. Като доставчик на разпределителни трансформатори разбирането на тези загуби не само помага при предоставянето на висококачествени продукти, но и при насочването на клиентите към ефективна употреба. В тази публикация в блога ще разгледам различните видове загуби в разпределителните трансформатори и как да ги изчисля.
Видове загуби в разпределителните трансформатори
Има основно два вида загуби в разпределителните трансформатори: загуби без натоварване и загуби при натоварване.
Загуби без натоварване (загуби в ядрото)
Загубите при празен ход, известни също като загуби в сърцевината, възникват дори когато трансформаторът няма товар, свързан към неговата вторична страна. Тези загуби се дължат главно на два фактора: загуба на хистерезис и загуба на вихров ток.
Загуба на хистерезис: Загубата на хистерезис се причинява от повтарящото се намагнитване и демагнетизиране на материала на сърцевината на трансформатора. Когато променлив ток преминава през първичната намотка, магнитното поле в ядрото променя посоката си. Материалът на сърцевината се съпротивлява на тези промени и енергията се разсейва като топлина. Загубата на хистерезис ($P_h$) може да се изчисли с помощта на формулата на Steinmetz:
[P_h = k_h f B_m^n V]
където $k_h$ е хистерезисната константа на Steinmetz, която зависи от материала на сърцевината; $f$ е честотата на променливия ток; $B_m$ е максималната плътност на потока в сърцевината; $n$ е степента на Steinmetz (обикновено между 1,5 и 2,5 за повечето магнитни материали); и $V$ е обемът на ядрото.
Загуба на вихров ток: Загубите на вихрови токове се дължат на индуцирани циркулиращи токове (вихрови токове) в сърцевината. Когато магнитното поле в сърцевината се промени, то индуцира електродвижещи сили (ЕМП) в материала на сърцевината, което от своя страна причинява вихрови токове. Тези токове протичат през съпротивлението на материала на сърцевината и разсейват енергията като топлина. Загубата на вихров ток ($P_e$) може да се изчисли по следната формула:
[P_e=k_e f^2 B_m^2 t^2 V]
където $k_e$ е константата на вихровия ток, $f$ е честотата, $B_m$ е максималната плътност на потока, $t$ е дебелината на слоевете на сърцевината и $V$ е обемът на сърцевината.
Общата загуба на празен ход ($P_{nl}$) е сумата от загубата на хистерезис и загубата на вихров ток:
[P_{nl}=P_h + P_e]
Загуби при натоварване (загуби от мед)
Загубите на натоварване, наричани още загуби на мед, възникват, когато има товар, свързан към вторичната страна на трансформатора. Тези загуби се дължат на съпротивлението на намотките на трансформатора. Когато токът протича през намотките, мощността се разсейва като топлина съгласно закона на Джаул.
Загубата на мед ($P_{cu}$) в трансформатор може да се изчисли по формулата:
[P_{cu}=I^2 R]
където $I$ е токът, протичащ през намотката, а $R$ е съпротивлението на намотката. В разпределителен трансформатор има първична и вторична намотка, а общата загуба на мед е сумата от загубите в двете намотки.
Ако знаем номиналния ток ($I_{rated}$) и номиналната загуба на мед ($P_{cu - rated}$) на трансформатора и действителният ток на натоварване е $I_{actual}$, действителната загуба на мед може да се изчисли като:
[P_{cu}=\left(\frac{I_{actual}}{I_{rated}}\right)^2P_{cu - оценен}]
Пример за изчисление
Нека разгледаме aYawei S11 1200KVA и 1600KVA разпределителен трансформаторсъс следните параметри:
- Номинална мощност ($S_{rated}$): 1200 kVA
- Загуба без товар ($P_{nl}$): 2,2 kW
- Номинална загуба на натоварване ($P_{cu - rated}$): 13,8 kW
- Трансформаторът работи при 80% от номиналния си товар.
Първо, изчисляваме съотношението на действителния ток на натоварване. Тъй като товарът е 80% от номиналния товар, (\frac{I_{actual}}{I_{rated}} = 0,8)
Действителната загуба на мед е:
[P_{cu}=\left(\frac{I_{actual}}{I_{rated}}\right)^2P_{cu - rated}=(0.8)^2\times13.8\space kW = 8.832\space kW]
Общата загуба ($P_{total}$) на трансформатора е сумата от загубата на празен ход и действителната загуба на мед:
[P_{total}=P_{nl}+P_{cu}=2,2\space kW + 8,832\space kW=11,032\space kW]
Значение на изчисляването на загубите
Точното изчисляване на загубите в разпределителните трансформатори е от голямо значение поради няколко причини.
За доставчици като нас това помага при проектирането на продукта и контрола на качеството. Чрез прецизно изчисляване на загубите можем да оптимизираме дизайна на трансформатора, като например избор на правилния материал на сърцевината, регулиране на съпротивлението на намотката и подобряване на охладителната система. Това гарантира, чеРазпределителни трансформаториние доставяме отговарят на стандартите за висока ефективност, изисквани от пазара.
За потребителите разбирането на загубите е от решаващо значение за икономичната и енергийно ефективна работа. Познавайки загубите при различни нива на натоварване, потребителите могат да планират по-ефективно потреблението на енергия, да намалят разходите за енергия и да допринесат за опазването на околната среда.
Фактори, влияещи върху загубите
Няколко фактора могат да повлияят на загубите в разпределителните трансформатори.
Ниво на натоварване: Както е показано в изчислението на загубата на натоварване, загубата на мед е пропорционална на квадрата на тока на натоварване. По-високите нива на натоварване водят до значително по-високи загуби на мед.
Основен материал: Качеството на материала на сърцевината има голямо влияние върху загубите на празен ход. Висококачествените материали за сърцевината с нисък хистерезис и загуби от вихрови токове, като аморфни метални сърцевини, могат значително да намалят загубите в сърцевината на трансформатора.
Честота: Както загубата на хистерезис, така и загубата на вихров ток са свързани с честотата на променливия ток. По-високите честоти обикновено водят до по-големи загуби.
температура: Съпротивлението на намотките на трансформатора нараства с температурата. В резултат на това загубата на мед също се увеличава с температурата. Следователно, правилното охлаждане на трансформатора е от съществено значение за поддържане на ниски загуби.
Избор на правилния трансформатор
Когато избирате разпределителен трансформатор, е важно да вземете предвид неговите характеристики на загубите.Разпределителен трансформатор Delta Starе популярен избор в много приложения. Когато избирате трансформатор, търсете модели с ниски загуби на празен ход и натоварване. Това може да включва по-висока първоначална инвестиция, но дългосрочните спестявания на енергия могат да бъдат значителни.
Заключение
Изчисляването на загубите в разпределителен трансформатор е сложна, но важна задача. Като разбират различните видове загуби, техните методи за изчисляване и факторите, които ги засягат, както доставчиците, така и потребителите могат да вземат информирани решения. Като доставчик на разпределителни трансформатори, ние се ангажираме да предоставяме високоефективни трансформатори с ниски загуби. Ако се интересувате от нашите продукти или имате въпроси относно изчисляването на загубите и избора на трансформатор, моля не се колебайте да се свържете с нас за доставка и допълнителни дискусии.
Референции
- Електроенергийни системи: Планиране, проектиране и експлоатация. От SM Haldenwang и други.
- Принципи на силовата електроника. От Джон Г. Касакян, Марк Ф. Шлехт и Джордж К. Вергезе.