Υπολογισμός απωλειών μετασχηματιστή: Ένας πρακτικός, ανθρώπινος-Φιλικός οδηγός

Ας είμαστε πραγματικοί-μετασχηματιστές δεν μετατρέπουν ως δια μαγείας όλη την ισχύ εισόδου σε χρήσιμη έξοδο. Είναι αρκετά αποτελεσματικά, σίγουρα, αλλά υπάρχει πάντα κάποια ενέργεια που «εμποτίζεται» και μετατρέπεται σε θερμότητα. Αυτή η θερμότητα προέρχεται κυρίως από δύο μεγάλους κάδους απώλειας:

Απώλειες πυρήνα (απώλειες σιδήρου)

Απώλειες χαλκού (απώλειες περιέλιξης)

Εάν καταλαβαίνετε αυτές τις απώλειες, μπορείτε να κάνετε πολύ καλύτερααποδοτικότητα, θερμικός σχεδιασμός, καιτρέχοντα έξοδα. Και ειλικρινά, οι απώλειες μετασχηματιστών δεν είναι απλώς ένα θεωρητικό πράγμα-αυτές οι απώλειες επηρεάζουν άμεσα το ποσό που πληρώνετε και πόσο καιρό ο εξοπλισμός παραμένει υγιής.

Βασικές Απώλειες (Χωρίς-Απώλειες φορτίου)

Οι απώλειες πυρήνα υπάρχουν κυρίως ακόμη και όταν ο μετασχηματιστής δεν είναι πολύ φορτωμένος. Γι' αυτό συχνά αποκαλούνταιχωρίς-απώλειες φορτίου-μένουναρκετά σταθερόμε φορτίο.

Οι βασικές απώλειες περιλαμβάνουν συνήθως:

Απώλεια υστέρησης: ενέργεια που χρησιμοποιείται για τη συνεχή ανατροπή των μαγνητικών περιοχών στο υλικό του πυρήνα

Απώλεια δινορρευμάτων: ρεύματα που προκαλούνται στα ελάσματα, τα οποία επίσης μετατρέπονται σε θερμότητα

Πώς μετρώνται οι βασικές απώλειες;

Μετριούνται χρησιμοποιώντας τοΔοκιμή ανοιχτού κυκλώματος (OC).:

Η ονομαστική τάση εφαρμόζεται στο πρωτεύον

Το δευτερεύον έχει μείνειανοιχτό-κυκλωμένο

Η ένδειξη του βατόμετρου σας δίνει την απώλεια πυρήνα, συνήθως γραμμένη ως

Κατά προσέγγιση βασικές σχέσεις-απώλειας

Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν συχνά απλοποιημένους τύπους όπως αυτοί (καλοί για την κατανόηση των τάσεων, αν και οι πραγματικοί μετασχηματιστές δεν είναι ποτέ "τέλειοι"):

Οπου:

Απώλειες χαλκού (απώλειες φορτίου)

Οι απώλειες χαλκού συμβαίνουν επειδή το ρεύμα ρέει μέσα από τις περιελίξεις. Και κάθε φορά που το ρεύμα ρέει μέσω της αντίστασης, αποκτάτε θέρμανση-κλασική.

Σημείο κλειδί:Οι απώλειες χαλκού αυξάνονται με το τετράγωνο του ρεύματος φορτίου, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να ανεβαίνουν γρήγορα όταν ο μετασχηματιστής φορτώνεται περισσότερο.

Πώς μετρώνται οι απώλειες χαλκού;

Βρίσκονται χρησιμοποιώντας τοΔοκιμή βραχυκυκλώματος (SC).:

Η μία περιέλιξη είναι βραχυκυκλωμένη

Η τάση εφαρμόζεται σταδιακά στο άλλο τύλιγμα μέχρι να κυκλοφορήσει το ονομαστικό ρεύμα

Η ένδειξη του βατόμετρου είναι ηπλήρης-απώλεια χαλκού φορτίου, αποκαλούμενο συχνά

Απώλεια χαλκού σε οποιοδήποτε επίπεδο φορτίου

Εάν το ρεύμα φορτίου είναικαι το ονομαστικό ρεύμα είναιτότε:

Οπότε ναι-αν φορτώσετε τον μετασχηματιστή στο 50%, οι απώλειες χαλκού δεν μειώνονται στο μισό. πέφτουν στο ένα τέταρτο περίπου. Αυτό είναι το «τετράγωνο» αποτέλεσμα που κάνει το πράγμα του.

Η απόδοση του μετασχηματιστή σάς λέει πόση χρήσιμη ενέργεια βγάζετε πραγματικά, σε σύγκριση με όσα ξοδεύετε συμπεριλαμβανομένων των απωλειών:

Ένας πιο πρακτικός τρόπος (χρησιμοποιώντας kVA, PF και κλάσμα φορτίου)

Σε πραγματικούς υπολογισμούς-είναι σύνηθες να χρησιμοποιείται βαθμολογία kVA και συντελεστής ισχύος (PF). Μια πρακτική μορφή είναι:

Πότε κορυφώνεται η αποτελεσματικότητα;

Η κορυφαία απόδοση συνήθως συμβαίνει όταν:

Και σε πολλούς μετασχηματιστές διανομής, αυτό το "γλυκό σημείο" συχνά προσγειώνεται50–70% του πλήρους φορτίου. (Δεν είναι νόμος της φύσης, αλλά είναι ένα κοινό μοτίβο.)

Ας πούμε ότι έχουμε ένα500 kVA, 11 kV/415 Vμετασχηματιστής διανομής με δεδομένα δοκιμής κατασκευαστή:

Απώλεια χαλκού σε δεδομένο φορτίο

Εάν το φορτίο είναι, τότε:

Για παράδειγμα, σε 50% φορτίο:

Αυτό είναι πολύ κοντά στην απώλεια πυρήνα (1,8 kW), γεγονός που εξηγεί γιατί η απόδοση είναι συχνά υψηλότερη γύρω από αυτό το επίπεδο φόρτωσης.

Απώλειες και απόδοση σε διαφορετικά φορτία (Unity PF)

(Χρησιμοποιώντας unity PF όπως στο αρχικό σας παράδειγμα.)

Οι απώλειες δεν «συμβαίνουν» απλώς-αλλά επηρεάζονται από ένα σωρό σχεδιαστικές και λειτουργικές λεπτομέρειες, όπως:

Υλικό πυρήνα
Τα καλύτερα υλικά (όπως ο χάλυβας πυριτίου υψηλής-ποιότητας ή τα άμορφα κράματα) συνήθως μειώνουν την υστέρηση.

Σχεδιαστική πυκνότητα ροής
Χαμηλότεροςβοηθά τις απώλειες του πυρήνα-αλλά μπορεί να απαιτεί μεγαλύτερο μέγεθος πυρήνα.

Αντίσταση περιέλιξης
Οι παχύτεροι αγωγοί / η χαμηλότερη αντίσταση γενικά μειώνουν τις απώλειες χαλκού.

Θερμοκρασία
Η αντίσταση αυξάνεται με τη θερμοκρασία, επομένως αυξάνονται και οι απώλειες χαλκού. (Συχνά διορθώνεται σε ένα πρότυπο, όπως 75 μοίρες, ανάλογα με τις συμβάσεις IEC/IEEE.)

Αρμονικές στο φορτίο
Τα μη{0}}γραμμικά φορτία μπορούν να προσθέσουν επιπλέον δινορεύματα και αδέσποτες απώλειες-έτσι η "πραγματική απώλεια" μπορεί να είναι χειρότερη από ό,τι θα περιμένατε με ένα ωραίο καθαρό ημιτονοειδές φορτίο.

Διαφορετικοί τύποι/μεγέθη μετασχηματιστών τείνουν να διαχωρίζουν τις απώλειες διαφορετικά. Ένας κοινός πρόχειρος οδηγός είναι:

Μικρότεροι μετασχηματιστές διανομής: η απώλεια πυρήνα μπορεί να είναι ~25–40%, χαλκός ~60–75%

Μετασχηματιστές ισχύος (μεγαλύτεροι).: απώλεια πυρήνα ~30–50%, χαλκός ~50–70%

Και πάλι, διαφέρει ανάλογα με το σχεδιασμό-αλλά είναι μια χρήσιμη νοητική εικόνα.

Εάν υπολογίσετε τις απώλειες μετασχηματιστή με ακρίβεια, μπορείτε να πάρετε πιο έξυπνες αποφάσεις σχετικά με:

πώς να διαστασιολογήσετε τον μετασχηματιστή,

πώς να το φορτώσετε αποτελεσματικά,

και πώς να προγραμματίσετε τη συντήρηση πριν τα πράγματα γίνουν δαπανηρά.

Οι δοκιμές OC και SC παρέχουν σταθερά-πραγματικά δεδομένα, αλλά η σύγχρονη μηχανική μετασχηματιστών συχνά υπερβαίνει αυτό-χρησιμοποιώντας ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων για την εκτίμηση στοιχείων όπως οι απώλειες αδέσποτων και οι θερμοκρασίες-καυτών σημείων (όπου τείνουν να κρύβονται οι κίνδυνοι αστοχίας).

Με τις αυξανόμενες τιμές ηλεκτρικής ενέργειας και τις ισχυρότερες απαιτήσεις απόδοσης παγκοσμίως (σκεφτείτε τις πρωτοβουλίες τύπου DOE/EU-), η ελαχιστοποίηση των απωλειών δεν είναι απλώς "ωραία" πλέον-είναι πραγματική οικονομική και περιβαλλοντική προτεραιότητα.

Κατώτατη γραμμή:να ελέγχετε πάντα τα δεδομένα της πινακίδας και να ακολουθείτε πρότυπα όπωςIEC 60076όταν χρειάζεστε πιστοποιημένες τιμές απώλειας.

Επικοινωνήστε τώρα