Càlcul de pèrdues de transformadors: una guia pràctica-per a persones

Siguem reals, els-transformadors no converteixen màgicament tota la potència d'entrada en una sortida útil. Són bastant eficients, és clar, però sempre hi ha una mica d'energia que s'"absorbeix" i es converteix en calor. Aquesta calor prové principalment de dues grans pèrdues:

Pèrdues del nucli (pèrdues de ferro)

Pèrdues de coure (pèrdues de bobinatge)

Si entens aquestes pèrdues, pots fer-ho molt milloreficiència, disseny tèrmic, icostos de funcionament. I sincerament, les pèrdues dels transformadors no són només una cosa teòrica-aquestes pèrdues afecten directament la quantitat que pagueu i el temps que l'equip es manté en bon estat.

Pèrdues del nucli (sense-pèrdues de càrrega)

Les pèrdues del nucli hi són majoritàriament, fins i tot quan el transformador no està molt carregat. Per això sovint se'ls diusense-pèrdues de càrrega-es quedenforça constantamb càrrega.

Les pèrdues del nucli normalment inclouen:

Pèrdua d'histèresi: energia utilitzada per seguir girant els dominis magnètics al material del nucli

Pèrdua de corrent de Foucault: corrents induïdes a les laminacions, que també es converteixen en calor

Com es mesuren les pèrdues del nucli?

Es mesuren amb elProva de circuit obert (OC).:

La tensió nominal s'aplica al primari

Queda el secundaricircuit obert-

La lectura del wattmetre us proporciona la pèrdua del nucli, normalment escrita com a

Relacions aproximades de-pèrdues bàsiques

Els enginyers sovint utilitzen fórmules simplificades com aquestes (bones per entendre les tendències, tot i que els transformadors reals mai són "perfectes"):

On:

Pèrdues de coure (pèrdues de càrrega)

Les pèrdues de coure es produeixen perquè el corrent flueix pels bobinatges. I sempre que el corrent passa a través de la resistència, obteniu la calefacció-clàssica.

Punt clau:les pèrdues de coure creixen amb el quadrat del corrent de càrrega, el que significa que poden augmentar ràpidament quan el transformador es carrega més.

Com es mesuren les pèrdues de coure?

Es troben utilitzant elProva de curtcircuit (SC).:

Un bobinatge està en curt

La tensió s'aplica gradualment a l'altre bobinatge fins que circula el corrent nominal

La lectura del wattmetre és lapèrdua de coure de càrrega completa-, sovint anomenat

Pèrdua de coure a qualsevol nivell de càrrega

Si el corrent de càrrega ési el corrent nominal és, llavors:

Així que sí-si carregueu el transformador al 50%, les pèrdues de coure no es redueixen a la meitat; baixen a aproximadament un quart. Aquest és l'efecte "quadrat" fent el seu.

L'eficiència del transformador us indica quanta potència útil obteniu realment, en comparació amb la que gasteu, incloses les pèrdues:

Una manera més pràctica (utilitzant kVA, PF i fracció de càrrega)

En els càlculs-reals, és habitual utilitzar la classificació kVA i el factor de potència (PF). Una forma pràctica és:

Quan arriba al màxim l'eficiència?

L'eficiència màxima sol passar quan:

I en molts transformadors de distribució, aquest "punt dolç" sovint aterra50-70% de la càrrega completa. (No és una llei de la naturalesa, però és un patró comú.)

Diguem que tenim un500 kVA, 11 kV/415 Vtransformador de distribució amb dades de prova del fabricant:

Pèrdua de coure a una càrrega determinada

Si la càrrega és, llavors:

Per exemple, amb una càrrega del 50%:

Això és bastant proper a la pèrdua del nucli (1,8 kW), cosa que explica per què l'eficiència sovint és més alta al voltant d'aquest nivell de càrrega.

Pèrdues i eficiència a diferents càrregues (Unity PF)

(Usant unity PF com en el vostre exemple original.)

Les pèrdues no només "succeeixen"-es veuen influenciades per un munt de detalls de disseny i funcionament, com ara:

Material del nucli
Els millors materials (com ara l'acer al silici d'-alt grau o els aliatges amorfs) solen reduir la histèresi.

Densitat de flux de disseny
Abaixajuda a les pèrdues del nucli-però pot requerir més mida del nucli.

Resistència al bobinat
Els conductors més gruixuts / menor resistència generalment redueixen les pèrdues de coure.

Temperatura
La resistència augmenta amb la temperatura, de manera que també augmenten les pèrdues de coure. (Sovint es corregeix a un estàndard, com ara 75 graus, depenent de les convencions IEC/IEEE.)

Harmònics a la càrrega
Les càrregues no-lineals poden afegir corrents de Foucault addicionals i pèrdues periòdiques-per la qual cosa la "pèrdua real" pot ser pitjor del que s'esperaria amb una càrrega sinusoïdal neta i agradable.

Els diferents tipus/mides de transformadors tendeixen a dividir les pèrdues de manera diferent. Una guia aproximada comuna és:

Transformadors de distribució més petits: la pèrdua del nucli pot ser d'un 25-40%, coure ~ 60-75%

Transformadors de potència (més grans).: pèrdua del nucli ~ 30-50%, coure ~ 50-70%

De nou, varia segons el disseny-però és una imatge mental útil.

Si calculeu les pèrdues del transformador amb precisió, podeu prendre decisions més intel·ligents sobre:

com dimensionar el transformador,

com carregar-lo de manera eficient,

i com planificar el manteniment abans que les coses siguin cares.

Les proves OC i SC proporcionen dades sòlides del món real-, però l'enginyeria moderna dels transformadors sovint va més enllà-utilitzant l'anàlisi d'elements finits per estimar coses com les pèrdues periòdiques i les temperatures-calentes (on els riscos de fallada tendeixen a amagar-se).

Amb l'augment dels preus de l'electricitat i els requisits d'eficiència més estrictes a tot el món (penseu a les iniciatives d'estil DOE/EU-), reduir al mínim les pèrdues ja no és només "agradable"-és una prioritat econòmica i mediambiental real.

Línia de fons:comproveu sempre les dades de la placa d'identificació i seguiu estàndards com araIEC 60076quan necessiteu valors de pèrdua certificats.

Contacta ara