Απώλειες στον Μετατροπέα
Επειδή ο ηλεκτρικός μετατροπέας είναι ένα στατικό προϊόν, οι μηχανικές απώλειες στον μετατροπέα συνήθως δεν λαμβάνονται υπόψη. Συνήθως λαμβάνουμε υπόψη μόνο τις ηλεκτρικές απώλειες στον μετατροπέα.
Η απώλεια σε οποιοδήποτε μηχανή ορίζεται ευρέως ως η διαφορά μεταξύ της εισερχόμενης ισχύος και της εξερχόμενης ισχύος. Όταν εισερχόμενη ισχύς παρέχεται στην πρωτογενή πλευρά του μετατροπέα, μέρος αυτής της ισχύος χρησιμοποιείται για να αντισταθμίσει τις απώλειες πυρήνα στον μετατροπέα, δηλαδή την απώλεια από την απολιθίωση και την απώλεια από τροχιακά ρεύματα στον πυρήνα του μετατροπέα, και μέρος της εισερχόμενης ισχύος χάνεται ως I²R απώλεια και αποδίδεται ως θερμότητα στις πρωτογενείς και δευτερείς στροφές, επειδή αυτές οι στροφές έχουν κάποια εσωτερική αντίσταση.
Η πρώτη ονομάζεται απώλεια πυρήνα ή απώλεια σιδήρου στον μετατροπέα και η δεύτερη ονομάζεται ομική απώλεια ή απώλεια χαλκού στον μετατροπέα. Μια άλλη απώλεια συμβαίνει στον μετατροπέα, γνωστή ως Τυχαία Απώλεια, λόγω των τυχαίων φλογίσιμων που συνδέονται με τη μηχανική δομή και τους ηλεκτροδοχούς στροφών.
Απώλεια Χαλκού στον Μετατροπέα
Η απώλεια χαλκού είναι η I²R απώλεια, με I1²R1 στην πρωτογενή πλευρά και I2²R2 στη δευτερεία πλευρά. Εδώ, I1 και I2 είναι τα πρωτογενή και δευτερεία ρεύματα, και R1 και R2 είναι οι αντίστασεις των στροφών. Επειδή αυτά τα ρεύματα εξαρτώνται από το φορτίο, η απώλεια χαλκού στον μετατροπέα μεταβάλλεται με το φορτίο.
Απώλειες Πυρήνα στον Μετατροπέα
Η απώλεια από την απολιθίωση και η απώλεια από τροχιακά ρεύματα, και οι δύο εξαρτώνται από τις μαγνητικές ιδιότητες των υλικών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του πυρήνα του μετατροπέα και τη σχεδίασή του. Οπότε αυτές οι απώλειες στον μετατροπέα είναι σταθερές και δεν εξαρτώνται από το ρεύμα φορτίου. Οπότε οι απώλειες πυρήνα στον μετατροπέα, που επίσης ονομάζονται απώλειες σιδήρου στον μετατροπέα, μπορούν να θεωρηθούν σταθερές για όλο το φάσμα φορτίου.
Η απώλεια από την απολιθίωση στον μετατροπέα συμβολίζεται ως,
Η απώλεια από τροχιακά ρεύματα στον μετατροπέα συμβολίζεται ως,
Kh = Σταθερά απολιθίωσης.
Ke = Σταθερά τροχιακών ρευμάτων.
Kf = Σταθερά μορφής.
Η απώλεια χαλκού μπορεί απλά να συμβολίζεται ως,
IL²R2′ + Τυχαία απώλεια
Όπου, IL = I2 = φορτίο του μετατροπέα, και R2′ είναι η αντίσταση του μετατροπέα που αναφέρεται στη δευτερεία πλευρά.
Τώρα θα συζητήσουμε την απώλεια από την απολιθίωση και την απώλεια από τροχιακά ρεύματα με λίγο περισσότερες λεπτομέρειες για καλύτερη κατανόηση του θέματος των απωλειών στους μετατροπείς.
Απώλεια Απολιθίωσης στον Μετατροπέα
Η απώλεια από την απολιθίωση στους μετατροπείς μπορεί να εξηγηθεί με δύο τρόπους: φυσικά και μαθηματικά.
Φυσική Εξήγηση της Απώλειας Απολιθίωσης
Ο μαγνητικός πυρήνας του μετατροπέα κατασκευάζεται από "Ψυχροστρογμένο Κρυσταλλικό Διευθυνμένο Σιλικιούχο Σίδηρο". Ο σίδηρος είναι ένα πολύ καλό φερρομαγνητικό υλικό. Αυτό το είδος υλικών είναι πολύ ευαίσθητο στη μαγνητοποίηση. Αυτό σημαίνει ότι, όποτε μαγνητικό φλογίσμα θα διασχίσει, θα συμπεριφέρεται ως μαγνήτης. Τα φερρομαγνητικά υλικά έχουν πολλά δομικά πεδία στη δομή τους.
Τα δομικά πεδία είναι πολύ μικρά περιοχές στη δομή του υλικού, όπου όλα τα δίπολα είναι παράλληλα στην ίδια κατεύθυνση. Με άλλα λόγια, τα δομικά πεδία είναι σαν μικροί μόνιμοι μαγνήτες που βρίσκονται τυχαία στη δομή του υλικού.
Αυτά τα δομικά πεδία είναι τακτοποιημένα μέσα στη δομή του υλικού με τέτοιο τυχαίο τρόπο, ώστε το συνολικό μαγνητικό πεδίο του εν λόγω υλικού να είναι μηδέν. Όταν εφαρμόζεται ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο (mmf), τα τυχαία κατευθυνμένα δομικά πεδία στοχεύουν παράλληλα στο πεδίο.
Μετά την αφαίρεση του πεδίου, τα περισσότερα δομικά πεδία επιστρέφουν σε τυχαίες θέσεις, αλλά κάποια παραμένουν στοχευμένα. Λόγω αυτών των αμετάβλητων δομικών πεδίων, το υλικό γίνεται ελαφρώς μαγνητοποιημένο μόνιμα. Αυτή η μαγνητικότητα ονομάζεται "Αυτόνομη Μαγνητικότητα".
Για να αντισταθμιστεί αυτή η μαγνητικότητα, απαιτείται η εφαρμογή κάποιου αντίθετου mmf. Η μαγνητοδυναμική δύναμη ή mmf που εφαρμόζεται στον πυρήνα του μετατροπέα είναι εναλλακτική. Για κάθε κύκλο, λόγω αυτής της αναστροφής των δομικών πεδίων, θα υπάρξει επιπλέον εργασία. Γι' αυτό, θα υπάρξει κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία ονομάζεται απώλεια απολιθίωσης του μετατροπέα.
Μαθηματική Εξήγηση της Απώλειας Απολιθίωσης στον Μετατροπέα
Καθορισμός της Απώλειας Απολιθίωσης
Υποθέστε ένα δαχτυλίδι ενός φερρομαγνητικού δείγματος με περιφέρεια L μέτρα, επιφάνεια διατομής a m² και N στροφές απομονωμένου συρματόπλεξης όπως φαίνεται στην εικόνα δίπλα,
Υποθέστε, το ρεύμα που ρέει μέσα στην συρματόπλεξη είναι I αμπέρ,
Δύναμη μαγνητοποίησης,
Υποθέστε, η πυκνότητα ροής σε αυτή τη στιγμή είναι B,
Άρα, η συνολική ροή μέσα στο δαχτυλίδι, Φ = BXa Wb
Επειδή το ρεύμα που ρέει μέσα στην συρματόπλεξη είναι εναλλακτικό, η ροή που παράγεται στο σιδηρούχο δαχτυλίδι είναι επίσης εναλλακτική, άρα η ενδεδειγμένη ενέργεια (e′) θα εκφραστεί ως,
Σύμφωνα με τον νόμο του Lenz, αυτή η ενδεδειγμένη ενέργεια θα αντιταχθεί στη ροή του ρεύματος, άρα, για να διατηρηθεί το ρεύμα I στη συρματόπλεξη, η πηγή πρέπει να παρέχει ίση και αντίθετη ενέργεια. Άρα, η εφαρμοσμένη ενέργεια,
Η ενέργεια που καταναλώνεται σε μικρό χρονικό διάστημα dt, κατά το οποίο η πυκνότητα ροής έχει αλλάξει,
Άρα, η συνολική εργασία που εκτελέστηκε ή η ενέργεια που καταναλώθηκε κατά τη διάρκεια ενός πλήρους κύκλου μαγνητισμού είναι,
Τώρα aL είναι τον όγκο του δαχτυλιδιού και H.dB είναι η επιφάνεια του στοιχειώδους ζώνης του διαγράμματος B – H που φαίνεται στην εικόνα παραπάνω,
Άρα, Η ενέργεια που καταναλώνεται ανά κύκλο = όγκος του δαχτυλιδιού × επιφάνεια του κύκλου απολιθίωσης.Στην περίπτωση του μετατροπέα, αυτό το δαχτυλίδι μπορεί να θεωρηθεί ως ο μαγνητικός πυρήνας του μετατροπέα. Άρα, η εργασία που εκτελέστηκε είναι τίποτα άλλο από την ηλεκτρική ενεργειακή απώλεια στον πυρήνα του μετατροπέα και αυτή ονομάζεται απώλεια απολιθίωσης στον μετατροπέα.
Τι είναι η Απώλεια Τροχιακών Ρευμάτων;
Στον μετατροπέα, παρέχουμε εναλλακτικό ρεύμα στην πρωτογενή πλευρά, αυτό το εναλλακτικό ρεύμα παράγει εναλλακτική μαγνητοποιητική ροή στον πυρήνα και ως αυτή η ροή συνδέεται με τη δευτερεία στροφή, θα υπάρξει ενδεδειγμένη τάση στη δευτερεία, που
