Transformatoru enerģijas zudumi

Pārveidotāja zaudējumi

Kā elektroenerģijas pārveidotājs ir stāvīgs ierīce, mehāniskie zaudējumi parasti nav jāņem vērā. Mēs vispārēji ņemam vērā tikai elektrisko zaudējumu pārveidotājā.

Zaudējums jebkurā mašīnā plaši definēts kā atšķirība starp ieejas un izvades jaudu. Kad ieejas jauda tiek piegādāta pārveidotāja primārajai virzienam, daļa no šīs jaudas tiek izmantota, lai kompensētu magnētiskos zaudējumus pārveidotājā, proti, histerezesa zaudējumus un strūklauka zaudējumus pārveidotāja magnētiskajā sirdī, un daļa no ieejas jaudas tiek zaudēta kā I2R zaudējumi, kas izdalās kā siltums primārajā un sekundārajā virzienā, jo šie virzieni ir ar iekšējo pretestību.

Pirmā saucama par magnētiskajiem zaudējumiem vai dzelzs zaudējumiem pārveidotājā, savukārt otrā pazīstama kā ohmiski zaudējumi vai rūju zaudējumi pārveidotājā. Cits zaudējums, kas notiek pārveidotājā, pazīstams kā Atslēguma zaudējumi, tādēļ, ka atslēguma magnetlauki savienojas ar mehānisko struktūru un virziena vedniem.

Rūju zaudējumi pārveidotājā

Rūju zaudējumi ir I²I2R zaudējumi, ar I12R1 primārajā pusē un I22R2 sekundārajā pusē. Šeit I1 un I2 ir primārie un sekundārie strāvas cauriplūsmas, un R1 un R2 ir virziena pretestības. Tā kā šīs strāvas atkarīgas no slodzes, rūju zaudējumi pārveidotājā mainās atkarībā no slodzes.

Magnētiskie zaudējumi pārveidotājā

Histerezesa zaudējumi un strūklauka zaudējumi abi atkarīgi no magnētiskajām īpašībām, kas izmantotas pārveidotāja magnētiskā sirdī un tā dizainā. Tādēļ šie zaudējumi pārveidotājā ir fiksēti un nesadarbojas ar slodzes strāvu. Tādēļ magnētiskie zaudējumi pārveidotājā, kas alternatīvi pazīstami kā dzelzs zaudējumi pārveidotājā, var tikt uzskatīti par konstantiem visā slodžu diapazonā.

Histerezesa zaudējumi pārveidotājā apzīmēti kā,

Strūklauka zaudējumi pārveidotājā apzīmēti kā,

Kh = Histerezesa konstants.

Ke = Strūklauka konstants.

Kf = formas konstants.

Rūju zaudējumi vienkārši apzīmēti kā,

IL2R2′ + Atslēguma zaudējumi

Kur IL = I2 = pārveidotāja slodze, un R2′ ir pārveidotāja pretestība attiecībā uz sekundāro virzieni.

Tagad mēs apspriedīsim histerezesa un strūklauka zaudējumus daudz detalizētāk, lai labāk izprastu pārveidotāju zaudējumu tēmu.

Histerezesa zaudējumi pārveidotājā

Histerezesa zaudējumi pārveidotājos var tikt izskaidroti divos veidos: fiziski un matemātiski.

Fizisks izskaidrojums par histerezesa zaudējumiem

Pārveidotāja magnētiskā sirds ir izgatavota no "Atpalikusās grauda orientētas silīcija dzelzs". Dzels ir ļoti labs feromagnētisks materiāls. Šāda veida materiāli ir ļoti jūtīgi pret magnētizāciju. Tas nozīmē, kad magnētiskais plūsma ieiet, tas izturēsies kā magnēts. Feromagnētiskie materiāli savā struktūrā ir sadalīti vairākos domēnos.

Domēni ir ļoti mazi reģioni materiāla struktūrā, kur visi dipoļi ir paralēli vienā un tajā pašā virzienā. Citiem vārdiem sakot, domēni ir tādi kā mazi pastāvīgie magnēti, kas atsitīti nejauši materiāla struktūrā.

Šie domēni ir ievietoti materiāla struktūrā tā, ka neto magnētiskais lauks ir nulle. Kad tiek piemērots ārējais magnētiskais lauks (mmf), nejauši novirzītie domēni pielāgojas paralēli laukam.

Pēc tam, kad lauks tiek noņemts, daudzi domēni atgriežas nejaušās pozīcijās, bet daži paliek orientēti. Tādēļ materiāls kļūst par mazliet pastāvīgi magnētizētu. Šis magnētisms pazīstams kā "Spontānais magnētisms".

Lai neutralizētu šo magnētismu, nepieciešams piemērot dažādu pretēju mmf. Magnetomotivālā spēka vai mmf, kas piemērots pārveidotāja magnētiskajā sirdī, ir maiņstrāva. Katrā ciklā, tādēļ, ka domēnu apgriešanās, tiek veikts papildu darbs. Tādēļ tiks iztērēta elektriskā enerģija, ko pazīst kā histerezesa zaudējumi pārveidotājā.

Matemātisks izskaidrojums par histerezesa zaudējumiem pārveidotājā

Histerezesa zaudējumu noteikšana

Apdomājiet feromagnētiska parauga gredzeni ar apļa garumu L metrus, šķērsgriezuma laukumu a m2 un N apgaismojuma izolēto dratu, kā parādīts attēlā blakus,

Pieņemsim, ka strāva, kas plūst caur spuldzi, ir I amperis,

Magnetizējošā spēka,

Pieņemsim, ka šajā brīdī magnētiskā plūsma ir B,

Tātad, kopējā plūsma caur gredzeni, Φ = BXa Wb

Kā strāva, kas plūst caur solenoidu, ir maiņstrāva, plūsma, kas radīta dzelzs gredzenā, ir arī maiņstrāva rakstura, tāpēc inducētais emf (e′) tiks izteikts kā,

Saskaņā ar Lenz likumu šis inducētais emf pretstatīsies strāvas plūsmai, tāpēc, lai uzturētu strāvu I solenoidā, avots ir jāpiegādā vienāds un pretējs emf. Tātad, piemērotais emf,

Enerģija, kas iztērēta īsā laikā dt, kurā magnētiskā plūsma ir mainījusies,

Tātad, kopējais darbs, kas veikts vai enerģija, kas iztērēta vienā pilnīgā ciklā magnētisma, ir,

Tagad aL ir gredzena tilpums un H.dB ir elementārā joslas laukuma B – H krivinā, kā parādīts augšējā attēlā,

Tātad, enerģija, kas iztērēta vienā ciklā = gredzena tilpums × histerezesa lūkas laukums. Pārveidotāja gadījumā šis gredzens var tikt uzskatīts par pārveidotāja magnētisko sirdi. Tātad, veiktais darbs ir nekas cits kā elektriskā enerģijas zaudējumi pārveidotāja sirdī, un to pazīst kā histerezesa zaudējumi pārveidotājā.

Kas ir strūklauka zaudējumi?

Pārveidotājā mēs piegādājam maiņstrāvu primārajā virzienā, šī maiņstrāva radīs maiņstrāvas magnētizējošo plūsmu sirdī un, kad šī plūsma savienojas ar sekundāro virzienā, tiks inducēts spriegums sekundārajā, rezultātā strāva plūst caur pieslēgto slodzi.

Dažas maiņstrāvas plūsmas pārveidotājā; var arī savienoties ar citiem vedņiem, piemēram, ar dzelza sirdi vai pārveidotāja dzelza korpusu utt. Kad maiņstrāvas plūsma savienojas ar šiem pārveidotāja daļējiem, tiks inducēts lokāls emf.

Tādēļ, šiem emf būs strāvas, kas cirkulēs lokāli šajos pārveidotāja daļējos. Šīs cirkulējošās strāvas neatkarīgi no pārveidotāja izvades un izdalās kā siltums. Šāda veida enerģijas zaudējumi pazīstami kā strūklauka zaudējumi pārveidotājā.

Šis bija plašs un vienkāršs izskaidrojums par strūklauka zaudējumiem. Detalizētāka izskaidrojuma šo zaudējumu nav šajā nodaļas apspriešanas jomā.