Transformatorverliezen en efficiëntie

 

Definitie van verlies

• Transformatorverlies verwijst naar het proces van het omzetten van elektrische energie in andere vormen van energie (voornamelijk warmte) tijdens de werking van de transformator.

• Verlies is een belangrijke indicator voor de evaluatie van transformatorprestaties, die direct de efficiëntie en economie van de transformator beïnvloedt.

 

De samenstelling van verlies

 

 

Definitie van verlies zonder belasting

No-load verlies verwijst naar het vermogensverlies van de transformator wanneer de primaire zijde wordt gecombineerd met de nominale spanning onder de voorwaarde van geen belasting (dat wil zeggen, de secundaire zijde is open). No-load verlies omvat voornamelijk ijzerverlies en een kleine hoeveelheid andere verliezen, zoals diëlektrisch verlies en het verlies van excitatiestroom. Het weerspiegelt het energieverlies van de transformator onder no-load condities.

 

Samenstelling van no-load verlies

 

No-load verlies bestaat uit 1- kernverlies

IJzerverlies, ook bekend als kernverlies of kernverlies, is het energieverlies dat wordt veroorzaakt door het afwisselend magnetische veld in het kernmateriaal tijdens de werking van de transformator. Het ijzerverlies omvat voornamelijk twee delen: hysteresisverlies en wervelstroomverlies.

Hysteresis verlies:

Hysteresisverlies is het energieverlies in het proces van magnetisatie en demagnetisatie van het kernmateriaal onder het afwisselend magnetische veld. Wanneer de richting van het magnetische veld verandert, moeten de magnetische domeinen in het kernmateriaal worden herschikt en zal er energieverlies zijn in dit proces. Het hysteresisverlies is gerelateerd aan het gebied van de hysteresislus van het kernmateriaal, de werkfrequentie en de magnetische fluxdichtheid

Eddy Current Loss:

Eddy -stroomverlies is het warmteverlies dat wordt gegenereerd wanneer de stroom (wervelstroom) geïnduceerd door de ijzeren kernmateriaalstromen in de ijzerkern onder het afwisselend magnetische veld. Het afwisselende magnetische veld induceert wervelstroom in de ijzeren kern, die een lus vormt in het ijzeren kernmateriaal en warmte genereert, wat resulteert in energieverlies. Lijdstroomverlies is gerelateerd aan de weerstand van het ijzeren kernmateriaal, de dikte van het laminaat en de werkfrequentie.

 

No-load verlies bestaat uit 2- diëlektrisch verlies

Diëlektrische verliezen is het energieverlies dat wordt veroorzaakt door het isolatiemateriaal in de transformator onder werking van afwisselend elektrisch veld. Isolatiematerialen in transformatoren worden vaak gebruikt om geleidende onderdelen te isoleren om kort circuits en andere elektrische storingen te voorkomen. Het diëlektrische verlies treedt voornamelijk op in het isolatiemateriaal vanwege de diëlektrische eigenschappen van het materiaal en het afwisselend elektrische veld.

Isolatieverlies:

Dit is het belangrijkste deel van het diëlektrische verlies. Isolatiematerialen worden gebruikt in transformatoren om wikkelingen, ijzeren kernen en andere geleidende delen te isoleren. Het afwisselend elektrische veld in het isolatiemateriaal zal de polarisatie van het diëlektricum en de huidige lekkage veroorzaken, en deze processen zullen leiden tot energieverlies. Gemeenschappelijke isolatiematerialen omvatten transformatorolie, papier en hars.

Capaciteitseffectverlies:

De wikkel- en isolatiestructuur van de transformator kan parasitaire capaciteit vormen. Onder het afwisselend elektrische veld zal het laad- en ontladenproces van deze condensatoren ook energieverlies veroorzaken.

Gedeeltelijke ontlading bij hoge spanning

Onder hoge spanningsomstandigheden kan gedeeltelijke ontlading optreden binnen of op het oppervlak van het isolatiemateriaal, wat een lokaal fenomeen elektrisch afbraak is dat leidt tot energieverlies en geleidelijke achteruitgang van het isolatiemateriaal.

Diëlektrische verliezen zijn meestal klein, maar kunnen relatief significant lijken bij hoogspanningstransformatoren. Het verlies is gerelateerd aan de diëlektrische constante van het isolatiemateriaal, de raaklijn van de verlieshoek (tan 8) en de werkspanning en frequentie van de transformator.

Het diëlektrische verlies in het verlies van de transformator is relatief klein, meestal tussen 0. 5% en 2%, maar in de hoogspanningstransformator vereist speciale aandacht en controle.

 

No-load verlies bestaat uit 3- excitatiestroomverlies

Het excitatiegebiedenverlies is te wijten aan het I²R -verlies in de primaire wikkeling veroorzaakt door de excitatiestroom die nodig is om het magnetische veld in de kern vast te stellen. Zelfs als er geen belasting is, heeft de primaire kant nog steeds een bepaalde stroom nodig om de magnetisatie van de kern te handhaven, en dit deel van de stroom produceert warmteverlies bij de wikkelweerstand.

 

No-load verlies bestaat uit 4- zwerfverlies

Vlakverliezen zijn verliezen in een transformator veroorzaakt door lekflux. Lekflux verwijst naar degenen die niet centraal lekken door de transformatorkern, maar door andere paden (zoals structurele componenten van transformator, clips, tankwanden, enz.). Omdat deze lekflux wervelstromen in het geleidende materiaal induceert, wordt het energieverlies veroorzaakt en wordt dit deel van het verlies verdwaaldverlies genoemd.

Verliezen klemmen: Eddy -stroomverliezen geïnduceerd door lekflux in transformatorclips (zoals kernclips, ondersteuningsstructuren).

Tankmuurverliezen: Eddy -stroomverliezen veroorzaakt door lekflux in de tankwand van een transformator. Omdat brandstoftanks meestal van metaal zijn gemaakt, kunnen wervelstroomverliezen aanzienlijk zijn in deze metaalstructuren.

Lood- en eindframe verliezen: Eddy -stroomverliezen geïnduceerd door lekflux in transformatorkabels, eindframes en andere metaalstructuren.

Vlakverliezen zijn over het algemeen een kleine fractie van het totale verlies van een transformator, maar kunnen aanzienlijk worden in transformatoren met hoge capaciteit. Daarom is het bij transformatorontwerp belangrijk om de invloed van lekflux te verminderen en het ontwerp van kern- en structurele componenten te optimaliseren om verdwaaldverlies te verminderen.

 

 

Definitie van belastingverlies

• Laadverlies verwijst naar het verlies van elektrische energieverlies veroorzaakt door de laadstroom die door de transformatorwikkeling gaat onder de werking van de belasting.

 

Samenstelling van belastingverlies

 

Het laadverlies bestaat uit 1- koperverlies

Het koperverlies van een transformator is het verlies van weerstand bij de wikkeling van de transformator (koper of aluminium) vanwege de stroom die door de geleider stroomt. Het is een belangrijke component van belastingverlies en neemt aanzienlijk toe naarmate de belastingsstroom toeneemt.

 

DC -weerstandsverlies

Verlies veroorzaakt door de DC -weerstand van de wikkeling. De formule is 

Waar ik de laadstroom is en R is de wikkelweerstand.

 

Het belastingverlies bestaat uit 1- extra verlies

• Lekkage magnetische verliezen

Eddy stroomverlies in structurele componenten (zoals clips, stalen platen, boxwanden, enz.) Vanwege de lekflux van de transformator.

• Extra koperverliezen

Extra verlies als gevolg van ongelijke huidige verdeling als gevolg van huideffecten en nabijheidseffecten. Deze effecten zijn meer uitgesproken bij hoge belastingen of frequenties.

• Mechanische verliezen

Verlies als gevolg van mechanische trillingen en ruis in de transformator. Dit deel van het verlies in het totale verlies was goed voor een klein deel.

• Verliezen van koelapparatuur

In olie-dimmen transformatoren verbruiken de fans en oliepompen die worden gebruikt voor koeling elektrische energie en deze apparaten genereren verliezen tijdens het gebruik.

 

 

Het effect van temperatuur op verlies

• Geen belastingverlies

Het effect van de temperatuur op het verlies van no-lading is klein, wat voornamelijk de weerstand van het kernmateriaal beïnvloedt, maar de verandering is weinig. Het belangrijkste ijzerverlies van de component (verlies van hysteresis en wervelstroomverlies) is niet gevoelig voor temperatuurverandering.

• Laadverlies

Temperatuur heeft een grote invloed op het belastingverlies, vooral omdat de weerstand van de geleider in het belastingverlies aanzienlijk toeneemt met de verandering van temperatuur. Als gevolg hiervan neemt de wikkelweerstand toe met de toename van de temperatuur, zodat het koperverlies dat door de stroom door de wikkeling wordt gegenereerd aanzienlijk toeneemt. Omdat koperverlies de belangrijkste component is van belastingverlies, is de invloed van de temperatuurverhoging op het verlies van het belasting duidelijker.

 

Waar,

I=laadstroom

R=weerstand

ρ=weerstand

L=lengte van draad

S=dwarsdoorsnede van de draad

 

Referentietemperatuur

De standaardreferentietemperatuur van het verlies van de transformator en het verlies van de transformator is om de consistentie van de test- en prestatie-evaluatie te waarborgen. Internationale en nationale normen specificeren meestal referentietemperaturen voor deze tests.

 

Referentietemperatuur	IEC	IEEEE	CSA
Geen belastingverlies	Geen kalibratie vereist	20 graden	85 graden
Bij belastingverlies	75 graden	85 graden	85 graden

 

Verliescorrectie

De belangrijkste reden voor het corrigeren van het verlies van de transformator voor de standaardreferentietemperatuur is om de vergelijkbaarheid en consistentie van de testresultaten onder verschillende omstandigheden te waarborgen.

Temperatuureffect

Transformatorverliezen, met name belastingverliezen, worden aanzienlijk beïnvloed door temperatuur. De wikkelweerstand neemt toe met toenemende temperatuur, wat resulteert in verhoogd belastingverlies. Door de verlieswaarde te corrigeren voor een standaardreferentietemperatuur, kan het effect van temperatuurveranderingen worden geëlimineerd, waardoor de resultaten vergelijkbaar zijn onder verschillende testomstandigheden

standaardisatie

Het gebruik van een uniforme referentietemperatuur, zoals 75 of 85 graden, zorgt voor consistentie en standaardisatie van transformatietestresultaten tussen fabrikanten, modellen en testtijden

 

 

Definitie

• De efficiëntie van de transformator verwijst naar de verhouding tussen het invoervermogen en het uitgangsvermogen, meestal uitgedrukt als een percentage, en de vereenvoudigde inzicht formule is als volgt