Gubitci u transformatoru
Pošto je električni transformator statičko uređenje, mehanički gubitak u transformatoru obično nije prisutan. Obično uzimamo u obzir samo električne gubitke u transformatoru.
Gubitak u bilo kom uređaju se općenito definira kao razlika između unesenog snaga i isporučenog snaga. Kada se uneseni snaga dostavlja primarnom zavojnicu transformatora, dio te snage koristi se za kompenzaciju gubitaka u jezgru transformatora, tj. gubitaka histerese i strujanja indukcije u jezgru transformatora, a dio unesenog snaga gubi se kao I2R gubitak i disipira kao toplota u primarnim i sekundarnim zavojnicima, jer ove zavojnice imaju neku internu otpornost.
Prvi se naziva gubitkom jezgra ili gubitkom željeza u transformatoru, a drugi poznat je kao ohmični gubitak ili gubitak bakra u transformatoru. Još jedan gubitak koji se javlja u transformatoru, poznat kao Stray Loss, nastaje zbog Stray fluxova koji su povezani sa mehaničkim strukturom i vodnicima zavojnica.
Gubitak bakra u transformatoru
Gubitak bakra je I²I2R gubitak, s I12R1 na primarnoj strani i I22R2 na sekundarnoj strani. Ovdje, I1 i I2 predstavljaju struje na primarnoj i sekundarnoj strani, a R1 i R2 su otpornosti zavojnica. Budući da ove struje zavise od opterećenja, gubitak bakra u transformatoru varira sa opterećenjem.
Gubitci jezgra u transformatoru
Gubitak histerese i strujanje indukcije, oba zavise od magnetskih osobina materijala korišćenih za izgradnju jezgra transformatora i njegovog dizajna. Stoga su ovi gubitci u transformatoru fiksirani i ne zavise od struje opterećenja. Dakle, gubitci jezgra u transformatoru, koji se alternativno nazivaju gubitcima željeza u transformatoru, mogu se smatrati konstantnim za sve razine opterećenja.
Gubitak histerese u transformatoru označava se kao,
Strujanje indukcije u transformatoru označava se kao,
Kh = Konstanta histerese.
Ke = Konstanta strujanja indukcije.
Kf = formirana konstanta.
Gubitak bakra može se jednostavno označiti kao,
IL2R2′ + Stray loss
Gdje, IL = I2 = opterećenje transformatora, a R2′ je otpornost transformatora referentna na sekundarnu stranu.
Sada ćemo detaljnije raspraviti o gubitku histerese i strujanju indukcije kako bismo bolje shvatili temu gubitaka u transformatorima.
Gubitak histerese u transformatoru
Gubitak histerese u transformatorima može se objasniti na dva načina: fizikalno i matematički.
Fizičko objašnjenje gubitka histerese
Magnetno jezgro transformatora izrađeno je od 'Hladno valjane granulirane usmerene silikonske čelike'. Čelik je vrlo dobar feromagnetski materijal. Ovakvi materijali su vrlo osjetljivi na magnetizaciju. To znači, svaki put kada bi magnetski fluks prošao kroz njega, ponašao bi se kao magnet. Feromagnetske supstance imaju brojne domene u svojoj strukturi.
Domeni su vrlo mali regioni u strukturi materijala, gdje su svi dipoli paralelni istom pravcu. Drugim rečima, domene su poput malih stalnih magneta raspoređenih nasumično u strukturi tvari.
Ovi domeni su raspoređeni unutar strukture materijala na tako nasumičan način, da je ukupno rezultujuće magnetsko polje navedenog materijala nula. Kada se primeni vanjsko magnetsko polje (mmf), nasumično orijentisani domeni poravnaju se paralelno s poljem.
Nakon što se polje ukloni, većina domena vraća na nasumične pozicije, ali neki ostaju poravnati. Zbog ovih nepromenjenih domena, supstanca postaje malo trajno magnetizovana. Ova magnetizacija se naziva "Spontana magnetizacija".
Da bi se neutralizovala ova magnetizacija, potrebno je primeniti neki suprotan mmf. Magnetni pokretni napon ili mmf primenjen u jezgru transformatora je alternativni. Za svaki ciklus zbog obrtanja domena, bit će dodatno obavljen posao. Zbog toga će doći do potrošnje električne energije, što se naziva gubitkom histerese transformatora.
Matematičko objašnjenje gubitka histerese u transformatoru
Određivanje gubitka histerese
Razmotrimo prsten od feromagnetskog uzorka dužine L metara, presečne površine a m2 i N navijača izolovanog žice, kao što je prikazano na slici pored,
Pretpostavimo da struja koja teče kroz čvor iznosi I amp,
Magnetična snaž,
Neka je gustoća fluksa u tom trenutku B,
Stoga, ukupni fluks kroz prsten, Φ = BXa Wb
Pošto struja koja teče kroz solenoid menja se, fluks proizveden u željeznom prstenu je takođe promenljiv, stoga se indukovano napona (e′) izrazi kao,
Prema Lensovom zakonu, ovaj indukovani napon će suprostaviti toku struje, stoga, kako bi se održao tok I u čvoru, izvor mora dati jednak i suprotan napon. Stoga primenjeni napon,
Energija potrošena za kratko vreme dt, tokom kog se gustoća fluksa promenila,
Stoga, ukupan obavljeni posao ili potrošena energija tokom jednog kompletnog ciklusa magnetizacije je,
Sada aL predstavlja zapreminu prstena, a H.dB predstavlja površinu elementarne trake B – H krive prikazane na slici iznad,
Stoga, Energija potrošena po ciklu = zapremina prstena × površina petlje histerese. U slučaju transformatora, ovaj prsten može se smatrati magnetskim jezgrom transformatora. Stoga, obavljeni posao ništa više nije nego gubitak električne energije u jezgru transformatora, a to se naziva gubitkom histerese u transformatoru.
Šta je gubitak strujanja indukcije?
U transformatoru, mi dostavljamo alterativnu struju na primarnu stranu, ova alterativna struja proizvodi alterativni magnetizirajući fluks u jezgru, i kako ovaj fluks vezuje se sa sekundarnim zavojnicama, doći će do indukovanog napona na sekundarnoj strani, što rezultira tokom struje kroz opterećenje povezano s njim.
Neki od alterativnih fluksa transformatora; takođe mogu da se vezuju sa drugim vodljivim delovima kao što su željezno jezgro ili željezni telo transformatora itd. Kako se alterativni fluks vezuje sa ovim delovima transformatora, doći će do lokalno indukovanih emf-ova.
Zbog ovih emf-ova, doći će do struja koje će lokalno cirkulirati na tim delovima transformatora. Ove cirkulične struje neće doprineti izlazu transformatora i disipiraju se kao toplota. Ovaj tip gubitka energije se naziva gubitkom strujanja indukcije u transformatoru.
Ovo je široko i jednostavno objašnjenje gubitka strujanja indukcije. Detaljno objašnjenje ovog gubitka nije u okviru rasprave u ovom poglavlju.
