Transformatör kayıpları ve verimlilik

 

Kaybın Tanımı

• Transformatör kaybı, transformatör çalışması sırasında elektrik enerjisini diğer enerji formlarına (esas olarak ısı) dönüştürme işlemini ifade eder.

• Kayıp, transformatörün verimliliğini ve ekonomisini doğrudan etkileyen transformatör performans değerlendirmesinin önemli bir göstergesidir.

 

Kaybın bileşimi

 

 

Yüksüz kaybın tanımı

Yüksiz yük kaybı, birincil taraf yüklenmemesi koşulunda nominal voltaj ile birleştirildiğinde transformatörün güç kaybını ifade eder (yani ikincil taraf açıktır). Yüksiz kaybı esas olarak demir kaybı ve dielektrik kaybı ve uyarma akım kaybı gibi az miktarda diğer kayıpları içerir. Yüksüz koşullar altında transformatörün enerji kaybını yansıtır.

 

Yüksüz kaybın bileşimi

 

Yüksiz kaybı 1- çekirdek kaybından oluşur

Çekirdek kaybı veya çekirdek kaybı olarak da bilinen demir kaybı, transformatör çalışması sırasında çekirdek malzemedeki alternatif manyetik alanın neden olduğu enerji kaybıdır. Demir kaybı esas olarak iki parça içerir: histerezis kaybı ve girdap akımı kaybı.

Histerezis kaybı:

Histerezis kaybı, alternatif manyetik alan altında çekirdek malzemenin mıknatıslanma ve demanyetizasyonu sürecindeki enerji kaybıdır. Manyetik alanın yönü değiştiğinde, çekirdek malzemedeki manyetik alanların yeniden düzenlenmesi gerekir ve bu işlemde enerji kaybı olacaktır. Histerezis kaybı, çekirdek malzemenin histerezis döngüsü, çalışma frekansı ve manyetik akı yoğunluğu ile ilgilidir.

Girdap akım kaybı:

Eddy akım kaybı, demir çekirdek malzemesinin indüklenen akım (girdap akımı), alternatif manyetik alanın altındaki demir çekirdeğin içine aktığında üretilen ısı kaybıdır. Alternatif manyetik alan, demir çekirdeğinde, demir çekirdek malzemesinde bir döngü oluşturan ve ısı üreten ve enerji kaybına neden olan girdap akımını indükler. Eddy akım kaybı, demir çekirdek malzemenin direnci, laminatın kalınlığı ve çalışma frekansı ile ilişkilidir.

 

Yüksiz kaybı 2- dielektrik kaybından oluşur

Dielektrik kayıplar, alternatif elektrik alanının etkisi altında transformatördeki yalıtım malzemesinin neden olduğu enerji kaybıdır. Transformatörlerdeki yalıtım malzemeleri genellikle kısa devreleri ve diğer elektrik arızalarını önlemek için iletken parçaları izole etmek için kullanılır. Dielektrik kaybı esas olarak, malzemenin dielektrik özellikleri ve alternatif elektrik alanı nedeniyle yalıtım malzemesinin içinde meydana gelir.

Yalıtım kaybı:

Bu, dielektrik kaybının ana kısmıdır. Yalıtım malzemeleri transformatörlerde sargıları, demir çekirdekleri ve diğer iletken parçaları izole etmek için kullanılır. Yalıtım malzemesinin içindeki alternatif elektrik alanı, dielektrik ve akım sızıntısının polarizasyonuna neden olacak ve bu işlemler enerji kaybına yol açacaktır. Yaygın yalıtım malzemeleri transformatör yağı, kağıt ve reçine içerir.

Kapasitans Etkisi Kaybı:

Transformatörün sarma ve yalıtım yapısı parazitik kapasitans oluşturabilir. Alternatif elektrik alanı altında, bu kapasitörlerin şarj ve deşarj işlemi de enerji kaybına neden olacaktır.

Yüksek voltajda kısmi deşarj

Yüksek voltaj koşulları altında, yalıtım malzemesinin içinde veya yüzeyinde kısmi deşarj meydana gelebilir, bu da yalıtım malzemesinin enerji kaybına ve kademeli olarak bozulmasına yol açan lokal elektrik bozulması fenomenidir.

Dielektrik kayıplar genellikle küçüktür, ancak yüksek voltaj transformatörlerinde nispeten önemli görünebilir. Kayıp, yalıtım materyalinin dielektrik sabiti, kayıp açısının teğet (tanδ) ve transformatörün çalışma voltajı ve frekansı ile ilişkilidir.

Transformatörün yüksüz kaybındaki dielektrik kaybı nispeten küçüktür, genellikle 0 arasında% 5 ve% 2 arasında, ancak yüksek voltajlı transformatörde özel dikkat ve kontrol gerektirir.

 

Yüksiz yük kaybı 3- uyarma akım kaybından oluşur

Uyarma akımı kaybı, çekirdekte manyetik alanı oluşturmak için gereken uyarma akımının neden olduğu birincil sargedeki I²R kaybından kaynaklanmaktadır. Yük olmasa bile, birincil tarafın çekirdeğin mıknatıslanmasını korumak için hala belirli bir akıma ihtiyacı vardır ve akımın bu kısmı sarma direncinde ısı kaybı üretir.

 

Yüksiz kaybı 4- başıboş kayıptan oluşur

Sokak kayıpları, sızıntı akısından kaynaklanan bir transformatördeki kayıplardır. Sızıntı akısı, transformatör çekirdeğinden merkezi olarak sızmayanları, ancak diğer yollardan (transformatör yapısal bileşenleri, klipsler, tank duvarları vb.) Bu sızıntı akısı, iletken malzemedeki girdap akımlarına neden olduğu için enerji kaybına neden olur ve kaybın bu kısmına başıboş kayıp denir.

Kesme Kayıpları: Transformatör klipslerinde (çekirdek klipsler, destek yapıları gibi) sızıntı akısı ile indüklenen girdap akım kayıpları.

Tank Duvar Kayıpları: Bir transformatörün tank duvarında sızıntı akısı ile indüklenen girdap akım kayıpları. Yakıt tankları genellikle metalden yapıldığından, bu metal yapılarda girdap akımı kayıpları önemli olabilir.

Kurşun ve son çerçeve kayıpları: Transformatör kurşunlarında, uç çerçevelerinde ve diğer metal yapılarda sızıntı akışının neden olduğu girdap akım kayıpları.

Sokak kayıpları genellikle bir transformatörün toplam kaybının küçük bir kısmıdır, ancak yüksek kapasiteli transformatörlerde önemli hale gelebilir. Bu nedenle, transformatör tasarımında, sızıntı akışının etkisini azaltmak ve başıboş kaybı azaltmak için çekirdek ve yapısal bileşenlerin tasarımını optimize etmek önemlidir.

 

 

Yük Kaybının Tanımı

• Yük kaybı, yükleme koşulu altında transformatör sargısından geçen yük akımının neden olduğu elektrik enerjisi kaybını ifade eder.

 

Yük kaybının bileşimi

 

Yük kaybı 1- bakır kaybından oluşur

Bir transformatörün bakır kaybı, iletkenden akan akımın nedeniyle transformatörün (bakır veya alüminyum) sarılmasında direnç kaybıdır. Yük kaybının önemli bir bileşenidir ve yük akımı arttıkça önemli ölçüde artar.

 

DC Direnç Kaybı

Sargının DC direncinin neden olduğu kayıp. Formül 

Ben yük akımı ve R, sarma direncidir.

 

Yük kaybı 1- ek kayıptan oluşur

• Sızıntı manyetik kayıpları

Transformatörün sızıntı akısı nedeniyle yapısal bileşenlerde (klipsler, çelik plakalar, kutu duvarları, vb.)

• Ek bakır kayıpları

Cilt etkileri ve yakınlık etkileri nedeniyle eşit olmayan akım dağılımı nedeniyle ek kayıp. Bu etkiler yüksek yüklerde veya frekanslarda daha belirgindir.

• Mekanik kayıplar

Transformatör içindeki mekanik titreşim ve gürültü nedeniyle kayıp. Toplam kayıptaki kaybın bu kısmı küçük bir orandan kaynaklanmıştır.

• Soğutma ekipmanı kayıpları

Yağla daldırılmış transformatörlerde, soğutma için kullanılan fanlar ve yağ pompaları elektrik enerjisini tüketir ve bu cihazlar çalışma sırasında kayıplar üretir.

 

 

Sıcaklığın kayıp üzerindeki etkisi

• Yük kaybı yok

Sıcaklığın yüksüz kayıp üzerindeki etkisi küçüktür, esas olarak çekirdek malzemenin özdirençini etkiler, ancak değişiklik çok azdır. Ana bileşen demir kaybı (histerezis kaybı ve girdap akımı kaybı) sıcaklık değişimine duyarlı değildir.

• Yük kaybı

Sıcaklık, yük kaybı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir, çünkü iletkenin yük kaybındaki direnci sıcaklık değişimi ile önemli ölçüde artmaktadır. Sonuç olarak, sarma direnci sıcaklık artışı ile artar, böylece akımın sarma yoluyla üretilen bakır kaybı önemli ölçüde artar. Bakır kaybı yük kaybının ana bileşeni olduğundan, sıcaklık artışının yük kaybı üzerindeki etkisi daha belirgindir.

 

Nerede,

I=yük akımı

R=direnç

ρ=direnç

L=telin uzunluğu

Telin s=enine kesit alanı

 

Referans sıcaklığı

Transformatörün yüksüz kaybının ve yük kaybının standart referans sıcaklığı, test ve performans değerlendirmesinin tutarlılığını sağlamaktır. Uluslararası ve ulusal standartlar genellikle bu testler için referans sıcaklıkları belirtir.

 

Referans sıcaklığı	IEC	IEEE	CSA
Yük kaybı yok	Kalibrasyon gerekmez	20 derece	85 derece
Yük kaybında	75 derece	85 derece	85 derece

 

Kayıp Düzeltme

Transformatörün kaybını standart referans sıcaklığına düzeltmenin ana nedeni, farklı koşullar altında test sonuçlarının karşılaştırılabilirliğini ve tutarlılığını sağlamaktır.

Sıcaklık etkisi

Transformatör kayıpları, özellikle yük kayıpları, sıcaklıktan önemli ölçüde etkilenir. Sarma direnci artan sıcaklık ile artar ve bu da yük kaybının artmasına neden olur. Kayıp değerini standart bir referans sıcaklığına göre düzelterek, sıcaklık değişikliklerinin etkisi ortadan kaldırılabilir, bu da sonuçları farklı test koşulları altında karşılaştırılabilir hale getirebilir.

standardizasyon

75 veya 85 derece gibi tek tip bir referans sıcaklığı kullanmak, üreticiler, modeller ve test süreleri arasında transformatör testi sonuçlarının tutarlılığını ve standardizasyonunu sağlar.

 

 

Tanım

• Transformatörün verimliliği, genellikle yüzde olarak ifade edilen giriş gücü ile çıkış gücü arasındaki oranı ifade eder ve basitleştirilmiş anlayış formülü aşağıdaki gibidir.