Transformatorförluster och effektivitet

 

Definition av förlust

• Transformatorförlust hänvisar till processen för att omvandla elektrisk energi till andra former av energi (främst värme) under transformatorns drift.

• Förlust är en viktig indikator på utvärdering av transformatorprestanda, som direkt påverkar transformatorns effektivitet och ekonomi.

 

Förlustkompositionen

 

 

Definition av förlust utan belastning

Förlust utan belastning avser transformatorns effektförlust när primärsidan kombineras med den nominella spänningen under villkoren för ingen belastning (det vill säga den sekundära sidan är öppen). Förlust utan belastning inkluderar huvudsakligen järnförlust och en liten mängd andra förluster, såsom dielektrisk förlust och excitationsströmförlust. Det återspeglar energiförlusten för transformatorn under förhållanden utan belastning.

 

Sammansättning av förlust utan belastning

 

No-Load-förlust består av 1- kärnförlust

Järnförlust, även känd som kärnförlust eller kärnförlust, är den energiförlust som orsakas av det växlande magnetfältet i kärnmaterialet under transformatordrift. Järnförlusten inkluderar främst två delar: hysteresförlust och virvelströmförlust.

Hysteresförlust:

Hysteresförlust är energiförlusten i processen för magnetisering och demagnetisering av kärnmaterialet under det växlande magnetfältet. När magnetfältets riktning ändras måste de magnetiska domänerna i kärnmaterialet omorganiseras och det kommer att bli energiförlust i denna process. Hysteresförlusten är relaterad till området för hysteresslingan för kärnmaterialet, driftsfrekvensen och den magnetiska flödesdensiteten

Eddy Current Loss:

Eddy -strömförlust är värmeförlusten som genereras när strömmen (virvelström) som induceras av järnkärnanflödena inuti järnkärnan under det växlande magnetfältet. Det växlande magnetfältet inducerar virvelström i järnkärnan, som bildar en slinga i järnkärnan och genererar värme, vilket resulterar i energiförlust. Eddy -strömförlust är relaterad till järrkärrsmaterialets resistivitet, laminatets tjocklek och arbetsfrekvensen.

 

Förlust utan belastning består av 2- dielektrisk förlust

Dielektriska förluster är den energiförlust som orsakas av det isolerande materialet i transformatorn under verkan av växlande elektriska fält. Isoleringsmaterial i transformatorer används ofta för att isolera ledande delar för att förhindra kortkretsar och andra elektriska fel. Den dielektriska förlusten förekommer huvudsakligen inuti det isolerande materialet på grund av materialets dielektriska egenskaper och det växlande elektriska fältet.

Isoleringsförlust:

Detta är huvuddelen av den dielektriska förlusten. Isoleringsmaterial används i transformatorer för att isolera lindningar, järnkärnor och andra ledande delar. Det växlande elektriska fältet inuti det isolerande materialet kommer att orsaka polarisering av dielektriken och det nuvarande läckaget, och dessa processer kommer att leda till energiförlust. Vanliga isoleringsmaterial inkluderar transformatorolja, papper och harts.

Förlust av kapacitanseffekt:

Transformatorns lindning och isolering kan bilda parasitkapacitans. Under det växlande elektriska fältet kommer laddnings- och urladdningsprocessen för dessa kondensatorer också att orsaka energiförlust.

Partiell urladdning vid högspänning

Under högspänningsförhållanden kan partiell urladdning ske inuti eller på ytan av isoleringsmaterialet, som är ett lokalt elektriskt nedbrytningsfenomen som leder till energiförlust och gradvis försämring av isoleringsmaterialet.

Dielektriska förluster är vanligtvis små, men kan verka relativt betydande i högspänningstransformatorer. Förlusten är relaterad till den dielektriska konstanten för isoleringsmaterialet, tangenten för förlustvinkeln (tanΔ) och arbetsspänningen och frekvensen för transformatorn.

Den dielektriska förlusten i transformatorns utan belastning är relativt liten, vanligtvis mellan 0. 5% och 2%, men i högspänningstransformatorn kräver särskild uppmärksamhet och kontroll.

 

No-Load-förlust består av 3- excitation Aktuell förlust

Excitationsströmförlusten beror på I²R -förlusten i den primära lindningen orsakad av excitationsströmmen som krävs för att fastställa magnetfältet i kärnan. Även om det inte finns någon belastning, behöver den primära sidan fortfarande en viss ström för att bibehålla magnetiseringen av kärnan, och denna del av strömmen producerar värmeförlust på lindningsmotståndet.

 

No-Load-förlust består av 4- Stray Loss

Stray -förluster är förluster i en transformator orsakad av läckageflöde. Läckflux hänvisar till de som inte centralt läcker genom transformatorkärnan, utan genom andra vägar (såsom transformatorstrukturkomponenter, klipp, tankväggar, etc.). Eftersom dessa läckageflöden inducerar virvelströmmar i det ledande materialet orsakas energiförlusten, och denna del av förlusten kallas Stray Loss.

Klämförluster: Virvelströmförluster inducerade av läckageflöde i transformatorklipp (såsom kärnklipp, stödstrukturer).

Tankväggförluster: Virvelströmförluster inducerade av läckningsflöde i tankväggen i en transformator. Eftersom bränsletankar vanligtvis är tillverkade av metall kan virvelströmförluster vara betydande i dessa metallstrukturer.

Bly- och slutramförluster: Virvelströmförluster inducerade av läckningsflöde i transformatorledningar, slutramar och andra metallstrukturer.

Stray-förluster är i allmänhet en liten bråkdel av den totala förlusten av en transformator, men kan bli betydande i transformatorer med hög kapacitet. Därför är det viktigt att minska påverkan av läckageflöde i transformatordesign och optimera utformningen av kärn- och strukturkomponenter för att minska vilda förluster.

 

 

Definition av lastförlust

• Belastningsförlust avser den elektriska energiförlusten orsakad av lastströmmen som passerar genom transformatorn som lindas under belastningsförhållandet.

 

Belastningsförlust

 

Lastförlusten består av 1- kopparförlust

Kopparförlusten av en transformator är förlusten av motstånd i lindningen av transformatorn (koppar eller aluminium) på grund av att strömmen strömmar genom ledaren. Det är en viktig del av belastningsförlusten och ökar avsevärt när lastströmmen ökar.

 

DC -motståndsförlust

Förlust orsakad av lindningens likströmsmotstånd. Formeln är 

Där jag är lastströmmen och r är lindningsmotståndet.

 

Belastningsförlusten består av 1- ytterligare förlust

• Läckage magnetiska förluster

Eddy strömförlust i strukturella komponenter (såsom klämmor, stålplattor, lådväggar etc.) på grund av transformatorns läckageflöde.

• Ytterligare kopparförluster

Ytterligare förlust på grund av ojämn strömfördelning på grund av hudeffekter och närhetseffekter. Dessa effekter är mer uttalade vid höga belastningar eller frekvenser.

• Mekaniska förluster

Förlust på grund av mekanisk vibration och brus inuti transformatorn. Denna del av förlusten i den totala förlusten stod för en liten andel.

• Förluster för kylutrustning

I oljeupptäckta transformatorer genererar fläktarna och oljepumpar som används för kylning elektrisk energi, och dessa enheter genererar förluster under drift.

 

 

Effekten av temperatur på förlust

• Ingen belastningsförlust

Effekten av temperatur på förlust utan belastning är liten, vilket främst påverkar kärnmaterialets resistivitet, men förändringen är liten. Huvudkomponentens järnförlust (hysteresförlust och virvelströmförlust) är inte känslig för temperaturförändring.

• Belastningsförlust

Temperaturen har ett stort inflytande på lastförlusten, främst på grund av att ledarens resistivitet i belastningsförlusten ökar avsevärt med temperaturförändringen. Som ett resultat ökar lindningsmotståndet med ökningen av temperaturen, så att kopparförlusten som genereras av strömmen genom lindningen ökar avsevärt. Eftersom kopparförlust är huvudkomponenten i belastningsförlust är påverkan av temperaturökning på belastningsförlust mer uppenbar.

 

Där,

I=Lastström

R=motstånd

ρ=resistivitet

L=Längd på tråd

S=Tvärsnittsområdet för tråden

 

Referenstemperatur

Standardreferenstemperaturen för transformatorns förlust utan belastning och belastning är att säkerställa konsistensen i test- och prestandautvärderingen. Internationella och nationella standarder specificerar vanligtvis referenstemperaturer för dessa tester.

 

Referenstemperatur	IEC	IEEE	CSA
Ingen belastningsförlust	Ingen kalibrering krävs	20 graders	85 graders
Vid belastningsförlust	75 graders	85 graders	85 graders

 

Förlustkorrigering

Det främsta skälet till att korrigera förlusten av transformatorn till standardreferenstemperaturen är att säkerställa jämförbarheten och konsistensen av testresultaten under olika förhållanden.

Temperatureffekt

Transformatorförluster, särskilt belastningsförluster, påverkas avsevärt av temperaturen. Lindningsmotståndet ökar med ökande temperatur, vilket resulterar i ökad belastningsförlust. Genom att korrigera förlustvärdet till en standardreferenstemperatur kan effekten av temperaturförändringar elimineras, vilket gör resultaten jämförbara under olika testförhållanden

standardisering

Att använda en enhetlig referenstemperatur, såsom 75 eller 85 grader, säkerställer konsistens och standardisering av transformatortestresultat över tillverkare, modeller och testtider

 

 

Definition

• Transformatorns effektivitet hänvisar till förhållandet mellan ingångseffekten och utgångseffekten, vanligtvis uttryckt i procent, och den förenklade förståelseformeln är som följer