Transformerite energiakaotus

Trafo kahjud

Kuna elektriline trafo on staatiline seade, tavaliselt ei tekita seda mehaanilisi kahjusid. Tavaliselt arvestame ainult elektroonilisi kahju trafois.

Mõnes masinas defineeritakse kahju laialdaselt kui sisendenergia ja väljundenergia vahe. Kui sisendenergiat toodetakse trafon primaarseenias, kasutatakse sellest osast energia trafokõrguse kahjude kompenseerimiseks, st trafos histeresekähjud ja eddy current kaotused trafokõrguses ning osa sisendenergiast kaotatakse I2R kaotuse kujul ja dissipeeritakse soojusena primaarseenias ja sekundaarseenias, kuna need seened omavad endas mõnda sisist vastust.

Esimene nimetatakse trafokõrguse kahjudeks või raudkahjudeks trafos ja hiljem teada ohmikaotuseks või kuprikahjudeks trafos. Teine kahju, mis tekib trafos, on Stray Loss, mis on tingitud Stray fluxide sidumisest mehaanilise struktuuri ja seenekonduktoritega.

Kuprikahjud trafos

Kuprikahjud on I²I2R kahjud, kus I12R1 on primaarseenias ja I22R2 sekundaarseenias. Siin on I1 ja I2 primaar- ja sekundaarvoolud, ja R1 ja R2 on seenede vastused. Kuna need voolud sõltuvad laadist, varieeruvad kuprikahjud trafos laadi järgi.

Trafokõrguse kahjud trafos

Histeresekaotused ja eddy current kaotused sõltuvad trafokõrguse ehitamiseks kasutatavate materjalide magneetsetest omadustest ja selle disainist. Seega on need kahjud trafos fikseeritud ja ei sõltu laadivoolust. Seega trafokõrguse kahjud trafos, mis on teadmalt raudkahjud trafos, saab pidada kõigil laadide ulatuses konstandina.

Trafokõrguse histeresekaotused tähistatakse kui,

Trafokõrguse eddy current kaotused tähistatakse kui,

Kh = Histeresekonstant.

Ke = Eddy current konstant.

Kf = kuju konstant.

Kuprikahjud saab lihtsalt tähistada kui,

IL2R2′ + Stray loss

Kus, IL = I2 = trafoliik, ja R2′ on transformaator viidetud sekundaarseenile.

Nüüd arutame histeresekaotusi ja eddy current kaotusi veidi üksikasjamul, et paremini mõista trafokaotuste teemat.

Histeresekaotused trafos

Trafokõrguse histeresekaotusi saab selgitada kahe moodi: füüsikaliselt ja matemaatiliselt.

Füüsikaline selgitus histeresekaotuste kohta

Trafokõrgus valmistatakse "Cold Rolled Grain Oriented Silicon Steel"-ist. Terasest on väga hea ferromagnetiline materjal. Sellised materjalid on väga tundlikud magnetiseerimise suhtes. See tähendab, iga kord, kui magneetfluss läbib, käitub see nagu magniit. Ferromagnetilised substansid omavad oma struktuuris palju domeene.

Domeenid on väga väikesed piirkonnad materjali struktuuris, kus kõik dipoodid on paralleelsed sama suunal. Teisisõnu, domeenid on nagu väikesed püsivad magniidid, mis asuvad juhuslikult substansi struktuuris.

Need domeenid on materjali struktuuris nii juhuslikult paigutatud, et netto magneetväli antud materjalist on null. Kui rakendatakse väline magneetväli (mmf), siis juhuslikult suunatud domeenid suunatakse paralleelselt väljaga.

Pärast välja eemaldamist tagastuvad enamik domeene juhuslikesse positsioonidesse, kuid mõned jäävad suunatuks. Nende muutumatute domeenide tõttu muutub aine vähegi püsivaks magnetiseerituks. Seda magnetismi nimetatakse "spontaanseks magnetismiks".

Selle magnetismi neutraliseerimiseks on vaja rakendada mingit vastandvat mmf-d. Magnetomotive jõud või mmf, mis rakendatakse trafokõrguses, on vahelduv. Iga tsükli jooksul, kui need domeenid keerlevad, tehakse lisatööd. Selle tõttu tarbitakse elektrilist energiat, mida nimetatakse trafokõrguse histeresekaotuseks.

Matemaatiline selgitus trafokõrguse histeresekaotuste kohta

Histeresekaotuste määramine

Vaatleme ringi ferromagnetilisest näidispäevast ümbermõõduga L meetrit, ristliku lõiguga a m2 ja N kihtis isolatsiooniga draadist, nagu näidatud kõrval olevas joonisel,

Oletame, et kere läbib I ampere suurune vool,

Magneetväli,

Oletame, et selle hetke magneetlõige on B,

Seega, kogu fluss ringi läbi, Φ = BXa Wb

Kuna keres läbib vahelduv vool, on rauaringi sees loodud fluss ka vahelduv, seega avaldub indukteeritud emf (e′) kui,

Lenzi seaduse kohaselt vastandab see indukteeritud emf voolu, seega, et säilitada vool I keres, peab allikas andma võrdse ja vastandva emf. Seega rakendatud emf,

Elektriline energia, mida tarbitakse lühikese aja dt jooksul, mil magneetlõige on muutunud,

Nii, et kogu tehtud töö või tarbitud energia ühe täieliku tsükli jooksul on,

Nüüd aL on ringi ruumala ja H.dB on elementaarriba ala B – H kurvil, nagu näidatud ülemises joonisel,

Seega, tarbitud energia ühe tsükli jooksul = ringi ruumala × histerese silmuse ala.Trafokõrguse puhul saab selle ringi vaadelda kui trafokõrgust. Seega, tehtud töö on tegelikult elektriline energia kaotus trafokõrguses ja seda nimetatakse trafokõrguse histeresekaotuseks.

Mis on eddy current kaotused?

Trafokõrguses toodetakse primaarseenias vahelduv vool, see vahelduv vool toodab vahelduva magneetiseeriva flussi trafokõrguses ja kuna see fluss sidub sekundaarseeniga, tekib sekundaarses seenes indukteeritud pingeline, mille tulemusena voolab vool ladu, mis on sellel ühendatud.

Mõned trafokõrguse vahelduvad flussid võivad siduda ka teiste juhtivatega osadega, nagu terasekõrgus või rautkeha trafos jne. Kuna vahelduv fluss sidub nende trafios osadega, tekib seal paiklik indukteeritud emf.

Nende emf-de tõttu tekivad voolud, mis tsirkuleerivad paiklikult trafos osades. Need tsirkuleerivad voolud ei panusta trafokõrguse väljundisse ja dissipeeritakse soojusena. Selle tüüpi energia kaotust nimetatakse trafokõrguse eddy current kaotuseks.

See oli laiaulatuslik ja lihtne selgitus eddy current kaotuste kohta. Detailne selgitus selle kaotuse kohta ei ole selle peatüki arutlusulatuse piires.