Energitap av transformatorer

Tapetverkstap

Siden transformator er et statisk apparat, forekommer det vanligvis ikke mekaniske tap i transformator. Vi vurderer generelt bare elektriske tap i transformator.

Tap i en maskin defineres bredt som forskjellen mellom inngangseffekt og utgangseffekt. Når inngangseffekt leveres til primærspolen i transformator, brukes en del av denne effekten til å kompensere for kjernetap i transformator, altså hysteresetap i transformator og strømningstap i transformatorkjernen, og en del av inngangseffekten går tapt som I2R-tap og dissiperes som varme i primære og sekundære spoler, fordi disse spolene har noen intern motstand i seg.

Den første kalles kjernetap eller jernetap i transformator, mens den siste er kjent som ohmisk tap eller kobberetap i transformator. Et annet tap oppstår i transformator, kjent som Stray Loss, på grunn av Stray flux som kobler seg til den mekaniske strukturen og spolelederne.

Kobberetap i Transformator

Kobberetap er I²I2R-tap, med I12R1 på primærside og I22R2 på sekundærside. Her er I1 og I2 de primære og sekundære strømmene, og R1 og R2 er motstanden i spolene. Siden disse strømmene avhenger av belastningen, varierer kobberetap i en transformator med belastningen.

Kjernetap i Transformator

Hysteresetap og strømningstap, begge avhenger av magnetiske egenskaper ved materialene som brukes til å konstruere kjernen i transformator og dens design. Så disse tapene i transformator er faste og avhenger ikke av belastningsstrømmen. Så kjernetap i transformator, også kjent som jernetap i transformator, kan betraktes som konstant for hele belastningsområdet.

Hysteresetap i transformator betegnes som,

Strømningstap i transformator betegnes som,

Kh = Hysteresekonstant.

Ke = Strømningstapkonstant.

Kf = formkonstant.

Kobberetap kan enkelt betegnes som,

IL2R2′ + Stray-tap

Der IL = I2 = belastning av transformator, og R2′ er motstanden i transformator referert til sekundærsiden.

Nå skal vi diskutere hysteresetap og strømningstap litt mer detaljert for bedre forståelse av emnet om tap i transformatorer.

Hysteresetap i Transformator

Hysteresetap i transformatorer kan forklares på to måter: fysisk og matematisk.

Fysisk Forklaring av Hysteresetap

Magnetisk kjerne i transformator er laget av 'Kaldvalgt kornorientert silisiumstål'. Stål er et svært godt ferromagnetisk materiale. Dette typen materiale er veldig sensitivt for å bli magnetisert. Det betyr at hver gang magnetisk flux passerer gjennom, vil det oppføre seg som en magnet. Ferromagnetiske stoffer har et antall domener i deres struktur.

Domener er små regioner i materialestrukturen, hvor alle dipoler er parallelt rettet i samme retning. Med andre ord, domenene er som små permanente magneter plassert tilfeldig i strukturen av stoffet.

Disse domenene er organisert inni materialestrukturen på en så tilfeldig måte at nettresultatet av det magnetiske feltet av det nevnte materialet er null. Når et eksternt magnetfelt (mmf) tas i bruk, alignerer de tilfeldig orienterte domenene parallelle til feltet.

Etter at feltet er fjernet, returnerer de fleste domener til tilfeldige posisjoner, men noen forblir alignert. På grunn av disse uendrede domenene, blir stoffet litt permanent magnetisert. Denne magnetismen kalles "Spontan Magnetisme".

For å neutralisere denne magnetismen, kreves det noen motsatt mmf for å bli tatt i bruk. Magnetmotkraften eller mmf som tas i bruk i transformatorkjerne er alternerende. For hver syklus på grunn av denne domenereverseringen, vil det være ekstra arbeid utført. Av denne grunn vil det være et forbruk av elektrisk energi som er kjent som hysteresetap i transformator.

Matematisk Forklaring av Hysteresetap i Transformator

Bestemmelse av Hysteresetap

La oss betrakte en ring av et ferromagnetisk prøve med omtrent L meter omkrets, tverrsnittsareal a m2 og N spoler av isolert tråd som vist i bildet ved siden av,

La oss betrakte, strømmen som flyter gjennom spolen er I amp,

Magnetiseringskraft,

La, fluxtettheten på dette øyeblikket være B,

Derfor, total flux gjennom ringen, Φ = BXa Wb

Da strømmen som flyter gjennom solenoide er alternerende, er fluxen produsert i jernringen også alternerende, så den induksjonspansingen (e') vil uttrykkes som,

Ifølge Lenz's lov vil denne induksjonspansingen motvirke strømmens flyt, derfor, for å opprettholde strømmen I i spolen, må kildenspenningen levere en lik og motsatt spenning. Derfor, anvendt spenning,

Energi forbrukt i kort tid dt, under hvilken fluxtettheten har endret seg,

Så, totalt arbeid utført eller energi forbrukt under en full komplett syklus av magnetisme er,

Nå aL er volumet av ringen og H.dB er arealet av den elementære strippen av B – H kurven som vist i figuren over,

Derfor, Energi forbrukt per syklus = volumet av ringen × arealet av hystereseløkke.I tilfellet transformator, kan denne ringen betraktes som magnetisk kjerne i transformator. Derfor, er arbeidet utført ingenting annet enn elektrisk energitap i transformatorkjernen, og dette er kjent som hysteresetap i transformator.

Hva er Strømningstap?

I transformator, leverer vi alternerende strøm i primæren, denne alternerende strømmen produserer alternerende magnetiseringsflux i kjernen, og da denne fluxen kobler seg med sekundærespolen, vil det være induksjonsspenning i sekundæren, som resulterer i strøm som flyter gjennom lasten som er koblet til den.

Noen av de alternerende fluxene i transformator; kan også kobles til andre ledende deler som stålkjerne eller jernkroppen i transformator osv. Da disse fluxene kobler seg med disse delene i transformator, vil det være en lokalt indusert spenning.

På grunn av disse spenningene, vil det være strømmer som sirkulerer lokalt i disse delene av transformator. Disse sirkulerende strømmer bidrar ikke til utdata fra transformator og dissiperes som varme. Denne typen energitap kalles strømningstap i transformator.

Dette var en bred og enkel forklaring av strømningstap. Den detaljerte forklaringen av dette tapet ligger utenfor diskusjonens omfang i dette kapittelet.