Val av energieffektiva distributionstransformatorer

Definition av transformerförluster

Transformerförluster kan huvudsakligen kategoriseras i två typer: tomgångsförluster och belastningsförluster. Dessa förluster är allmänt förekommande i alla typer av transformatorer, oavsett deras tillämpningsområden eller effektklassificering.

Det finns dock ytterligare två typer av förluster: extraförluster orsakade av harmoniska, och förluster som särskilt är relevanta för större transformatorer – kylnings- eller hjälpförluster, vilka uppstår genom användningen av kylningsutrustning såsom fläktar och pumper.

Timgångsförluster

Dessa förluster inträffar i transformatorernas kärna varje gång transformatorn är ansluten (även när sekundärcirkuiten är öppen). Kallas också järnförluster eller kärnförluster, de är konstanta.
Timgångsförlusterna består av:

Hystereseförluster

Dessa förluster orsakas av friktionell rörelse av magnetiska domäner inuti kärnlamineringsplattorna när de magnetiseras och demagnetiseras av det alternerande magnetfältet. De beror på den typ av material som används för kärnan.

Hystereseförlusterna utgör vanligtvis mer än hälften av totala timgångsförlusterna (ungefär 50% till 70%). I det förflutna var denna andel mindre (på grund av en högre bidrag från virvelflödesförluster, särskilt i relativt tjocka plattor som inte undergått laserbehandling).

Virvelflödesförluster

Dessa förluster orsakas av varierande magnetfält som genererar virvelflöden i kärnlamineringsplattorna, vilket producerar värme.
Dessa förluster kan minskas genom att konstruera kärnan av tunna, laminerade plattor isolerade från varandra med ett tunnt lacklager för att reducera virvelflöden. För närvarande utgör virvelflödesförluster generellt 30% till 50% av totala timgångsförlusterna. När man utvärderar ansträngningar för att förbättra effektiviteten hos distributionstransformatorer har den mest betydande framgången uppnåtts genom att minska dessa förluster.
Det finns också mindre strömförluster och dielektriska förluster i transformatorernas kärna, vilka vanligtvis utgör inte mer än 1% av totala timgångsförlusterna.

Belastningsförluster

Dessa förluster är kända som kopparförluster eller kortslutförluster. Belastningsförluster varierar beroende på transformatorns belastningsförhållanden.
Belastningsförluster består av:

Ohmsk värmeförlust

Ibland kallad kopparförlust, eftersom det är den dominerande resistiva komponenten av belastningsförlust. Denna förlust uppstår i transformatorernas vindningar och beror på ledaren motstånd.
Storleken på dessa förluster ökar proportionellt med kvadraten av belastningsströmmen och är också proportionell mot vindningens motstånd. Den kan minskas genom att öka ledares tvärsnittsarea eller förkorta vindningslängden. Att använda koppar som ledares hjälper till att balansera vikt, storlek, kostnad och motstånd; att öka ledares diameter inom gränserna för andra designbegränsningar kan ytterligare minska förlusterna.

Ledaress virvelflödesförluster

Virvelflöden, som resulterar från de alternerande strömarnas magnetfält, uppstår också i vindningarna. Genom att minska ledares tvärsnittsarea kan virvelflöden minskas, så att flädade ledare används för att uppnå det nödvändiga låga motståndet samtidigt som virvelflödesförlusterna kontrolleras.

Detta kan undvikas genom att använda en kontinuerligt transponerad ledares (CTC). I en CTC transponeras trådarna ofta för att jämnföra fluxskillnader och jämna ut spänningen.