Energiförlust av transformatorer

Förluster i transformator

Eftersom transformatorn är en statisk enhet, uppstår mekaniska förluster normalt inte. Vi betraktar vanligtvis endast elektriska förluster i transformatorn.

Förlust i någon maskin definieras generellt som skillnaden mellan inmatningskraft och utmatningskraft. När inmatningskraft tillförs primärspolen av transformatorn används en del av denna kraft för att kompensera kärnförluster i transformatorn, det vill säga hysterisförlust i transformatorn och virvelströmsförlust i transformatorns kärna, och en del av inmatningskraften går förlorad som I²R-förlust och dissiperas som värme i primär- och sekundärvindingsarna eftersom dessa vindingsar har en viss intern motstånd.

Den första kallas kärnförlust eller järnförlust i transformatorn och den senare kallas ohmisk förlust eller kopparförlust i transformatorn. En annan förlust uppstår i transformatorn, känd som Stray-förlust, på grund av ströfvande fluxer som länkar med den mekaniska strukturen och vindingsledarna.

Kopparförlust i transformator

Kopparförlust är I²R-förlust, med I1²R1 på primär sidan och I2²R2 på sekundär sidan. Här är I1 och I2 de primära och sekundära strömmarna, och R1 och R2 är vindingsmotstånden. Eftersom dessa strömmar beror på belastningen varierar kopparförlusten i en transformator beroende på belastningen.

Kärnförluster i transformator

Hysterisförlust och virvelströmsförlust beroende på magnetiska egenskaper hos materialen som används för att konstruera transformatorns kärna och dess design. Så dessa förluster i transformatorn är fasta och beror inte på belastningsström. Så kärnförluster i transformator, som alternativt kallas järnförluster i transformator, kan anses vara konstanta för hela belastningsintervallet.

Hysterisförlust i transformator betecknas som,

Virvelströmsförlust i transformator betecknas som,

Kh = Hysteriskonstant.

Ke = Virvelströmskonstant.

Kf = formkonstant.

Kopparförlust kan enkelt betecknas som,

IL²R2′ + Stray-förlust

Där, IL = I2 = belastning av transformator, och R2′ är resistansen av transformatorn refererad till sekundär.

Nu kommer vi att diskutera hysterisförlust och virvelströmsförlust i lite mer detalj för att få ett bättre förståelse av ämnet om förluster i transformatorer.

Hysterisförlust i transformator

Hysterisförlust i transformatorer kan förklaras på två sätt: fysiskt och matematiskt.

Fysisk förklaring av hysterisförlust

Magnetkärnan i transformatorn är gjord av "Kallvalsad Graforienterad Siliciumstål". Stål är ett mycket bra ferromagnetiskt material. Detta slag av material är mycket känsligt för att bli magnetiserat. Det betyder, närhelst magnetisk flux skulle passera genom, kommer det att bete sig som en magnet. Ferromagnetiska ämnen har flera domäner i sin struktur.

Domäner är mycket små regioner i materialstrukturen, där alla dipoler är parallella i samma riktning. Med andra ord, domänerna liknar små permanenta magneter placerade slumpmässigt i ämnets struktur.

Dessa domäner är arrangerade inuti materialstrukturen på ett sådant slumpmässigt sätt, att det totala resulterande magnetiska fältet för det angivna materialet är noll. När ett externt magnetfält (mmf) appliceras, justeras de slumpmässigt riktade domänerna parallellt med fältet.

När fältet tas bort återgår de flesta domäner till slumpmässiga positioner, men några förblir justerade. På grund av dessa oförändrade domäner blir substansen något permanent magnetiserad. Denna magnetism kallas "Spontan magnetism".

För att neutralisera denna magnetism krävs det att något motsatt mmf appliceras. Magnetmotivkraften eller mmf som appliceras i transformatorns kärna är växlande. För varje cykel på grund av denna domänreversering kommer det att utföras extra arbete. Av detta skäl kommer det att finnas en energiförbrukning som kallas hysterisförlust i transformatorn.

Matematisk förklaring av hysterisförlust i transformator

Bestämning av hysterisförlust

Låt oss överväga en ring av ett ferromagnetiskt prov av omkrets L meter, tvärsnittsarea a m² och N varv av isolerad tråd som visas i bilden bredvid,

Låt oss anta, strömmen som passerar genom spolen är I amp,

Magnetiseringskraft,

Låt, fluxdensiteten vid detta ögonblick vara B,

Därför, total flux genom ringen, Φ = BXa Wb

Eftersom strömmen som passerar genom solenoide är växlande, är den producerade fluxen i järnringen också växlande, så den inducerade emf (e′) uttrycks som,

Enligt Lenzs lag kommer denna inducerade emf att motsätta strömföret, därför, för att bibehålla strömmen I i spolen, måste källan tillföra en lika och motsatt emf. Därför tillämpad emf,

Energi som förbrukas under kort tid dt, under vilken fluxdensiteten har ändrats,

Så, totalt utfört arbete eller förbrukad energi under en fullständig cykel av magnetism är,

Nu är aL ringens volym och H.dB area av elementär remsa av B – H kurva som visas i figuren ovan,

Därför, energi som förbrukas per cykel = ringens volym × area av hysterisloop.I fallet med transformator kan denna ring betraktas som magnetkärnan i transformatorn. Så, det utförda arbetet är inget annat än den elektriska energiförlusten i transformatorns kärna, och detta kallas hysterisförlust i transformator.

Vad är virvelströmsförlust?

I transformatorn tillförs växelström i primären, denna växelström producerar växlande magnetiseringsflux i kärnan och eftersom denna flux länkar med sekundärvindingsen, kommer det att induceras spänning i sekundären, vilket leder till strömflöde genom lasten som är ansluten till den.

Några av transformatorns växlande fluxer kan också länka med andra ledande delar som stålkärnan eller järnkroppen av transformatorn osv. Eftersom växlande flux länkar med dessa delar av transformatorn, kommer det att uppstå en lokal inducerad emf.

På grund av dessa emf kommer det att uppstå strömmar som cirkulerar lokalt i dessa delar av transformatorn. Dessa cirkulerande strömmar bidrar inte till utmatningen av transformatorn och dissiperas som värme. Denna typ av energiförlust kallas virvelströmsförlust i transformator.

Detta var en bred och enkel förklaring av virvelströmsförlust. Den detaljerade förklaringen av denna förlust ligger inte inom räckhåll för diskussion i det kapitlet.