Straty a efektívnosť transformátora

 

Definícia straty

• Strata transformátora sa týka procesu premeny elektrickej energie na iné formy energie (hlavne teplo) počas prevádzky transformátora.

• Strata je dôležitým ukazovateľom hodnotenia výkonnosti transformátora, ktorý priamo ovplyvňuje efektívnosť a hospodárstvo transformátora.

 

Zloženie straty

 

 

Definícia straty bez zaťaženia

Strata bez zaťaženia sa vzťahuje na stratu výkonu transformátora, keď je primárna strana kombinovaná s menovitým napätím za podmienky bez zaťaženia (to znamená, že sekundárna strana je otvorená). Strata bez zaťaženia zahŕňa hlavne stratu železa a malé množstvo ďalších strát, ako napríklad dielektrická strata a strata excitácie prúdu. Odráža energetickú stratu transformátora v podmienkach bez zaťaženia.

 

Zloženie straty bez zaťaženia

 

Strata bez zaťaženia pozostáva z 1- hlavnej straty

Strata železa, tiež známa ako strata jadra alebo strata jadra, je strata energie spôsobená striedavým magnetickým poľom v základnom materiáli počas prevádzky transformátora. Strata železa zahŕňa hlavne dve časti: strata hysterézie a strata vírivého prúdu.

Strata hysterézie:

Strata hysterézie je strata energie v procese magnetizácie a demagnetizácie základného materiálu pod striedavým magnetickým poľom. Keď sa zmení smer magnetického poľa, musia byť preusporiadané magnetické domény v jadrovom materiáli a v tomto procese dôjde k strate energie. Strata hysterézie súvisí s oblasťou hysteréznej slučky jadrového materiálu, prevádzkovej frekvencie a hustoty magnetického toku

Strata prúdu vírivých:

Strata vírivého prúdu je tepelná strata generovaná, keď prúd (vírivý prúd) vyvolaný materiálom železného jadra preteká vo vnútri železného jadra pod striedajúcim sa magnetickým poľom. Striedujúce magnetické pole indukuje vírivý prúd v železnom jadre, ktorý tvorí slučku v materiáli železného jadra a vytvára teplo, čo vedie k strate energie. Strata vírivého prúdu súvisí s odporom materiálu železného jadra, hrúbkou laminátu a pracovnou frekvenciou.

 

Strata bez zaťaženia pozostáva z 2- dielektrickej straty

Dielektrické straty sú strata energie spôsobená izolačným materiálom v transformátore pri pôsobení striedavého elektrického poľa. Izolačné materiály v transformátoroch sa často používajú na izoláciu vodivých častí, aby sa zabránilo skratom a inými elektrickými poruchami. Dielektrická strata sa vyskytuje hlavne vo vnútri izolačného materiálu v dôsledku dielektrických vlastností materiálu a striedajúceho sa elektrického poľa.

Strata izolácie:

Toto je hlavná časť dielektrickej straty. Izolačné materiály sa používajú v transformátoroch na izoláciu vinutia, železných jadier a ďalších vodivých častí. Striedujúce elektrické pole vo vnútri izolačného materiálu spôsobí polarizáciu dielektriku a prúdu prúdu a tieto procesy povedú k strate energie. Bežné izolačné materiály zahŕňajú transformátorový olej, papier a živicu.

Strata kapacitného efektu:

Vinutie a izolačná štruktúra transformátora môže tvoriť parazitickú kapacitu. V rámci striedavého elektrického poľa spôsobí aj proces nabíjania a vybíjania týchto kondenzátorov stratu energie.

Čiastočné výtoky pri vysokom napätí

Za podmienok vysokého napätia sa môže vyskytnúť čiastočné výtoky vo vnútri alebo na povrchu izolačného materiálu, čo je jav lokálneho elektrického rozkladu, ktorý vedie k strate energie a postupnému zhoršeniu izolačného materiálu.

Dielektrické straty sú zvyčajne malé, ale môžu sa javiť ako relatívne významné v transformátoroch vysokého napätia. Strata súvisí s dielektrickou konštantnou konštantou izolačného materiálu, dotyčnici stratového uhla (TanA) a pracovným napätím a frekvenciou transformátora.

Dielektrická strata straty transformátora bez zaťaženia je relatívne malá, zvyčajne medzi 0. 5% a 2%, ale v transformátore vysokého napätia vyžaduje osobitnú pozornosť a kontrolu.

 

Strata bez zaťaženia pozostáva z 3- excitačnej prúdovej straty

Strata excitačného prúdu je spôsobená stratou I²R pri primárnom vinutí spôsobenej excitačným prúdom potrebným na vytvorenie magnetického poľa v jadre. Aj keď nedochádza k žiadnemu zaťaženiu, primárna strana stále potrebuje určitý prúd, aby sa udržala magnetizácia jadra, a táto časť prúdu spôsobuje tepelné straty pri vinutí odporu.

 

Strata bez zaťaženia pozostáva z 4- Stray Strata

Straty túlavými sú straty v transformátore spôsobenom tokom úniku. Tok úniku sa vzťahuje na tie, ktoré centrálne neprenikajú cez jadro transformátora, ale inými cestami (ako sú štrukturálne komponenty transformátora, svorky, steny nádrže atď.). Pretože tento tok úniku vyvoláva vírivé prúdy vo vodivom materiáli, je spôsobená strata energie a táto časť straty sa nazýva bludná strata.

Strata: Straty vírivého prúdu vyvolané tokom úniku v svorkách transformátorov (ako sú základné klipy, podporné štruktúry).

Strata steny nádrže: Straty vírivého prúdu vyvolané tokom úniku v stene nádrže transformátora. Pretože palivové nádrže sú zvyčajne vyrobené z kovu, straty vírivého prúdu môžu byť v týchto kovových štruktúrach významné.

Strata olova a koncového rámca: Straty vírivého prúdu vyvolané tokom úniku v vodičoch transformátora, koncovými rámami a inými kovovými štruktúrami.

Straty túlavými sú vo všeobecnosti malá časť celkovej straty transformátora, ale môžu sa stať významným vo vysokokapacitných transformátoroch. Preto je pri návrhu transformátora dôležité znížiť vplyv toku úniku a optimalizovať návrh jadrových a konštrukčných komponentov, aby sa znížila strata túlavým.

 

 

Definícia straty záťaže

• Strata zaťaženia sa vzťahuje na stratu elektrickej energie spôsobenej prúdom zaťaženia prechádzajúcim cez vinutie transformátora za prevádzkovú podmienku zaťaženia.

 

Zloženie straty zaťaženia

 

Strata zaťaženia pozostáva z 1- straty medi

Strata meďnatého transformátora je strata odporu pri vinutí transformátora (meď alebo hliník) v dôsledku prúdu pretekajúceho vodičom. Je hlavnou súčasťou straty zaťaženia a výrazne sa zvyšuje so zvyšujúcim sa prúdom.

 

Strata odporu DC

Strata spôsobená jednosmerným odporom vinutia. Vzorec je 

Kde je zaťaženie prúdu a R je odpor vinutia.

 

Strata zaťaženia pozostáva z 1- dodatočnej straty

• Únikové magnetické straty

Strata vírivého prúdu v konštrukčných komponentoch (ako sú svorky, oceľové platne, steny škatule atď.) V dôsledku toku úniku transformátora.

• Ďalšie straty medi

Dodatočná strata v dôsledku nerovnomerného distribúcie v dôsledku účinkov pokožky a účinkov blízkosti. Tieto účinky sú výraznejšie pri vysokom zaťažení alebo frekvenciách.

• Mechanické straty

Strata v dôsledku mechanických vibrácií a hluku vo vnútri transformátora. Táto časť straty v celkovej strate predstavovala malý podiel.

• Straty chladiaceho zariadenia

V transformátoroch s olejom, ventilátory a olejové čerpadlá používané na chladenie spotrebujú elektrickú energiu a tieto zariadenia vytvárajú straty počas prevádzky.

 

 

Vplyv teploty na stratu

• Žiadna strata zaťaženia

Vplyv teploty na stratu bez zaťaženia je malý, čo ovplyvňuje najmä odpor základného materiálu, ale zmena je malá. Hlavná strata železa (strata hysterézie a strata vírivého prúdu) nie je citlivá na zmenu teploty.

• Strata zaťaženia

Teplota má veľký vplyv na stratu zaťaženia, hlavne preto, že odpor vodiča pri strate zaťaženia sa výrazne zvyšuje so zmenou teploty. Výsledkom je, že odpor vinutia sa zvyšuje so zvýšením teploty, takže sa výrazne zvyšuje strata medi generovaná prúdom cez vinutie. Pretože strata meďnatého je hlavnou zložkou straty zaťaženia, vplyv zvýšenia teploty na stratu zaťaženia je zrejmejší.

 

Kde

I=načítanie prúd

R=odpor

ρ=odpor

L=dĺžka drôtu

S=Prierezová plocha drôtu

 

Referenčná teplota

Štandardnou referenčnou teplotou straty bez zaťaženia transformátora a straty zaťaženia je zabezpečiť konzistentnosť vyhodnotenia testu a výkonu. Medzinárodné a národné normy zvyčajne špecifikujú referenčné teploty pre tieto testy.

 

Referenčná teplota	IEC	Ieee	CSA
Žiadna strata zaťaženia	Nevyžaduje sa žiadna kalibrácia	20 stupňov	85 stupňov
Pri strate zaťaženia	75 stupňov	85 stupňov	85 stupňov

 

Korekcia straty

Hlavným dôvodom korekcie straty transformátora na štandardnú referenčnú teplotu je zabezpečiť porovnateľnosť a konzistentnosť výsledkov testu za rôznych podmienok.

Teplotný efekt

Straty transformátora, najmä straty zaťaženia, sú významne ovplyvnené teplotou. Odolnosť vinutia sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou, čo vedie k zvýšenej strate zaťaženia. Spracovaním hodnoty straty na štandardnú referenčnú teplotu je možné odstrániť účinok zmien teploty, čím sa výsledky porovnávajú za rôznych testovacích podmienok

štandardizácia

Použitím rovnomernej referenčnej teploty, ako je 75 alebo 85 stupňov, zaisťuje konzistentnosť a štandardizáciu výsledkov transformátorových testov medzi výrobcami, modelami a testovacími časmi

 

 

Definícia

• Účinnosť transformátora sa vzťahuje na pomer medzi vstupným výkonom a výstupným výkonom, zvyčajne vyjadreným ako percento a zjednodušený vzorec porozumenia je nasledujúci