Изчисляване на загубите на трансформатора: Практично, -удобно за хората ръководство

Нека бъдем истински-трансформаторите не преобразуват магически цялата входна мощност в полезна изходна мощност. Те са доста ефективни, разбира се, но винаги има малко енергия, която се „поглъща“ и се превръща в топлина. Тази топлина идва главно от две големи кофи загуби:

Загуби в сърцевината (загуби от желязо)

Загуби на мед (загуби при намотки)

Ако разбирате тези загуби, можете да се справите много по-добре с тяхефективност, термичен дизайн, итекущи разходи. И честно казано, загубите на трансформатора не са само теоретично нещо-тези загуби пряко влияят върху това колко плащате и колко дълго оборудването остава здраво.

Загуби в сърцевината (без{0}}загуби при натоварване)

Загубите в сърцевината са предимно там, дори когато трансформаторът не е силно натоварен. Ето защо те често се наричатбез{0}}загуби на натоварване-те оставатдоста постояненс товар.

Загубите в ядрото обикновено включват:

Загуба на хистерезис: енергия, използвана за непрекъснато обръщане на магнитните домейни в основния материал

Загуба на вихров ток: токове, индуцирани в ламинациите, които също се превръщат в топлина

Как се измерват загубите в ядрото?

Те се измерват с помощта наТест за отворена верига (OC).:

Номиналното напрежение се прилага към първичната

Вторичната е оставенас отворена{0}} верига

Отчитането на ватметъра ви дава загубата в сърцевината, обикновено записана като

Приблизителни основни -отношения на загубите

Инженерите често използват опростени формули като тези (добри за разбиране на тенденциите, въпреки че истинските трансформатори никога не са "перфектни"):

където:

Загуби на мед (загуби при натоварване)

Загубите на мед възникват, защото токът протича през намотките. И всеки път, когато токът протича през съпротивлението, получавате отопление-classic.

Ключов момент:загубите на мед нарастват с квадрата на тока на натоварване, което означава, че те могат да се увеличат бързо, когато трансформаторът е натоварен по-силно.

Как се измерват загубите на мед?

Те са открити с помощта наТест за късо съединение (SC).:

Едната намотка е накъсо

Напрежението постепенно се прилага към другата намотка, докато номиналният ток циркулира

Отчитането на ватметъра езагуба на мед при пълно{0}}натоварване, често наричан

Загуба на мед при всяко ниво на натоварване

Ако товарният ток еи номиналният ток е, тогава:

Така че да-ако натоварите трансформатора до 50%, загубите на мед не намаляват наполовина; те спадат до около една четвърт. Това е "квадратният" ефект.

Ефективността на трансформатора ви казва колко полезна мощност всъщност извличате в сравнение с това, което изразходвате, включително загубите:

По-практичен начин (използване на kVA, PF и фракция на натоварване)

При изчисленията- в реалния свят е обичайно да се използва номинална стойност kVA и фактор на мощността (PF). Една практическа форма е:

Кога ефективността е пикова?

Пикова ефективност обикновено се случва, когато:

И в много разпределителни трансформатори, това "сладко място" често се приземява наоколо50–70% от пълното натоварване. (Не е закон на природата, но е често срещан модел.)

Да кажем, че имаме500 kVA, 11 kV/415 Vразпределителен трансформатор с данни от теста на производителя:

Загуба на мед при даден товар

Ако натоварването е, тогава:

Например при 50% натоварване:

Това е доста близо до загубата в ядрото (1,8 kW), което обяснява защо ефективността често е най-висока около това ниво на натоварване.

Загуби и ефективност при различни натоварвания (Unity PF)

(Използване на unity PF, както във вашия оригинален пример.)

Загубите не се „случват“ просто-те се влияят от куп детайли на дизайна и работата, като например:

Основен материал
По-добрите материали (като високо{0}}качествена силициева стомана или аморфни сплави) обикновено намаляват хистерезиса.

Проектна плътност на потока
По-нискапомага за загубите в ядрото-но може да изисква по-голям размер на ядрото.

Съпротивление на навиване
По-дебелите проводници/по-ниското съпротивление обикновено намаляват загубите на мед.

температура
Съпротивлението се увеличава с температурата, така че загубите на мед също нарастват. (Често се коригира до стандарт, като 75 градуса, в зависимост от конвенциите на IEC/IEEE.)

Хармоници в товара
Не{0}}линейните натоварвания могат да добавят допълнителни вихрови токове и блуждаещи загуби,-така че „действителната загуба“ може да бъде по-лоша от това, което бихте очаквали с хубав чист синусоидален товар.

Различните типове/размери трансформатори са склонни да разделят загубите по различен начин. Често срещано грубо ръководство е:

По-малки разпределителни трансформатори: загубата на сърцевина може да бъде ~25–40%, мед ~60–75%

Силови (по-големи) трансформатори: загуба на сърцевина ~30–50%, мед ~50–70%

Отново, той варира в зависимост от дизайна,-но е полезна мисловна картина.

Ако изчислите точно загубите на трансформатора, можете да вземете по-интелигентни решения относно:

как да оразмерите трансформатора,

как да го заредите ефективно,

и как да планирате поддръжката, преди нещата да станат скъпи.

OC и SC тестовете дават солидни данни от-реалния свят, но съвременното инженерство на трансформатори често отива отвъд това-използвайки анализ на крайни елементи за оценка на неща като отклонени загуби и температури на-горещи точки (където рисковете от повреда обикновено се крият).

С нарастващите цени на електричеството и по-строгите изисквания за ефективност в световен мащаб (помислете за инициативи в стил DOE/EU-), минимизирането на загубите вече не е просто „хубаво да има“-то е истински икономически и екологичен приоритет.

Долен ред:винаги проверявайте данните на табелката и следвайте стандарти катоIEC 60076когато имате нужда от сертифицирани стойности на загубите.

Свържете се сега