Выбор энергоэффективных распределительных трансформаторов

Определение потерь трансформатора

Потери трансформатора можно в основном разделить на два типа: потери холостого хода и нагрузочные потери. Эти потери присутствуют во всех типах трансформаторов, независимо от их применения или мощности.

Однако существуют еще два дополнительных типа потерь: дополнительные потери, вызванные гармониками, и потери, особенно значимые для крупных трансформаторов – потери охлаждения или вспомогательные потери, которые возникают при использовании оборудования для охлаждения, такого как вентиляторы и насосы.

Потери холостого хода

Эти потери происходят в сердечнике трансформатора каждый раз, когда трансформатор подключен к сети (даже если вторичная цепь разомкнута). Также известные как потери железа или потери сердечника, они остаются постоянными.
Потери холостого хода включают:

Потери гистерезиса

Эти потери вызваны трением магнитных доменов внутри ламинированных пластин сердечника при их намагничивании и размагничивании переменным магнитным полем. Они зависят от типа материала, используемого для сердечника.

Потери гистерезиса обычно составляют более половины общих потерь холостого хода (примерно 50% до 70%). В прошлом эта доля была меньше (из-за большего вклада потерь вихревых токов, особенно в относительно толстых пластинах, не подвергшихся лазерной обработке).

Потери вихревых токов

Эти потери вызываются изменяющимися магнитными полями, которые создают вихревые токи в ламинированных пластинах сердечника, что приводит к выделению тепла.
Эти потери можно уменьшить, построив сердечник из тонких, ламинированных пластин, изолированных друг от друга тонким слоем лака, чтобы снизить вихревые токи. В настоящее время потери вихревых токов обычно составляют 30% до 50% общих потерь холостого хода. При оценке усилий по повышению эффективности распределительных трансформаторов наибольший прогресс был достигнут в снижении этих потерь.
Существуют также небольшие паразитные и диэлектрические потери в сердечнике трансформатора, которые обычно составляют не более 1% общих потерь холостого хода.

Нагрузочные потери

Эти потери обычно называют медными потерями или потерями короткого замыкания. Нагрузочные потери колеблются в зависимости от условий загрузки трансформатора.
Нагрузочные потери включают:

Джоулевы потери

Иногда называемые медными потерями, так как это основная резистивная составляющая нагрузочных потерь. Эти потери происходят в обмотках трансформатора и связаны с сопротивлением проводника.
Величина этих потерь увеличивается пропорционально квадрату тока нагрузки и также пропорциональна сопротивлению обмотки. Их можно уменьшить, увеличивая поперечное сечение проводника или уменьшая длину обмотки. Использование меди в качестве проводника помогает сбалансировать вес, размер, стоимость и сопротивление; увеличение диаметра проводника в пределах других проектных ограничений может дополнительно снизить потери.

Потери вихревых токов в проводнике

Вихревые токи, возникающие от магнитных полей переменного тока, также присутствуют в обмотках. Уменьшение поперечного сечения проводника может снизить вихревые токи, поэтому используются многожильные проводники, чтобы достичь необходимого низкого сопротивления, контролируя потери вихревых токов.

Это можно избежать, используя непрерывно перемещаемый проводник (CTC). В CTC жилы часто переставляются, чтобы усреднить различия в потоках и выровнять напряжение.