Pagkawala ng Enerhiya ng mga Transformer

Pagkawala sa Transformer

Dahil ang electrical transformer ay isang static na aparato, ang mekanikal na pagkawala sa transformer normal na hindi nababanggit. Karaniwan lamang nating kinokonsidera ang mga electrical losses sa transformer.

Ang pagkawala sa anumang makina ay malawak na inilarawan bilang pagkakaiba sa input power at output power. Kapag ibinigay ang input power sa primary ng transformer, ang ilang bahagi ng power na iyon ay ginagamit upang kompensahin ang core losses sa transformer i.e. Hysteresis loss sa transformer at Eddy current loss sa core ng transformer at ang ilang bahagi ng input power ay nawala bilang I2R loss at inilalabas bilang init sa primary at secondary windings, dahil ang mga ito ay mayroong ilang internal resistance.

Ang unang isa ay tinatawag na core loss o iron loss sa transformer at ang huli ay kilala bilang ohmic loss o copper loss sa transformer. Ang isa pang pagkawala ay nangyayari sa transformer, na kilala bilang Stray Loss, dahil sa Stray fluxes na nakakonekta sa mechanical structure at winding conductors.

Copper Loss sa Transformer

Ang copper loss ay I²I2R loss, na may I12R1 sa primary side at I22R2 sa secondary side. Dito, ang I1 at I2 ay ang primary at secondary currents, at ang R1 at R2 ay ang resistances ng mga windings. Dahil ang mga itong kasunod na kasunod sa load, ang copper loss sa transformer ay nagbabago depende sa load.

Core Losses sa Transformer

Ang Hysteresis loss at eddy current loss, parehong depende sa magnetic properties ng mga materyales na ginamit para makonstruksyon ng core ng transformer at ang disenyo nito. Kaya ang mga pagkawala na ito sa transformer ay fixed at hindi umaasa sa load current. Kaya ang core losses sa transformer na alternatibong kilala bilang iron loss sa transformer ay maaaring ituring na constant para sa lahat ng range ng load.

Ang Hysteresis loss sa transformer ay inilalarawan bilang,

Eddy current loss sa transformer ay inilalarawan bilang,

Kh = Hysteresis constant.

Ke = Eddy current constant.

Kf = form constant.

Ang Copper loss ay simpleng inilalarawan bilang,

IL2R2′ + Stray loss

Kung saan, IL = I2 = load ng transformer, at R2′ ay ang resistance ng transformer na referido sa secondary.

Ngayon ipaglabas natin ang Hysteresis loss at Eddy current loss ng konting detalye para mas maunawaan ang topic ng mga pagkawala sa transformers.

Hysteresis Loss sa Transformer

Ang Hysteresis loss sa transformers ay maaaring ipaliwanag sa dalawang paraan: pisikal at mathematical.

Pisikal na Paliwanag ng Hysteresis Loss

Ang magnetic core ng transformer ay gawa ng ′Cold Rolled Grain Oriented Silicon Steel′. Ang bakal ay napakagandang ferromagnetic na materyal. Ang uri ng materyal na ito ay napakasensitibo sa pagmagnetize. Ibig sabihin, kapag ang magnetic flux ay dumaan, ito ay magiging parang magnet. Ang mga ferromagnetic substances ay mayroong bilang ng domains sa kanilang estruktura.

Ang mga domains ay napakaliit na rehiyon sa estrukturang materyal, kung saan ang lahat ng mga dipole ay parallel sa parehong direksyon. Sa ibang salita, ang mga domains ay parang maliliit na permanent na magnets na nakalagay random sa estrukturang materyal.

Ang mga ito ay nakalinya sa loob ng estrukturang materyal sa gayong random na paraan, na ang net resultant magnetic field ng materyal ay zero. Kapag ang external magnetic field (mmf) ay inilapat, ang mga random na directed domains ay linyar sa parehong direksyon ng field.

Pagkatapos ang field ay alisin, ang karamihan sa mga domains ay bumabalik sa random positions, ngunit ang ilan ay nananatiling linyar. Dahil sa mga hindi nagbabago na domains, ang materyal ay naging kaunti na permanenteng namagnetize. Ang magnetism na ito ay tinatawag na “Spontaneous Magnetism”.

Upang neutralize ang magnetism na ito, ang ilang opposite mmf ay kailangan na maipapatupad. Ang magnetomotive force o mmf na inilapat sa core ng transformer ay alternating. Para sa bawat cycle dahil sa domain reversal, may extra work na gagawin. Dahil dito, may consumption ng electrical energy na kilala bilang Hysteresis loss ng transformer.

Mathematical na Paliwanag ng Hysteresis Loss sa Transformer

Pagtukoy ng Hysteresis Loss

Isaalang-alang ang ring ng ferromagnetic specimen na may circumference L meter, cross-sectional area a m2 at N turns ng insulated wire tulad ng ipinapakita sa larawan sa tabi,

Isaalang-alang, ang current na dumaan sa coil ay I amp,

Magnetizing force,

Isaalang-alang, ang flux density sa instant na ito ay B,

Kaya, ang total flux sa pamamagitan ng ring, Φ = BXa Wb

Dahil ang current na dumaan sa solenoid ay alternating, ang flux na nilikha sa iron ring ay alternating din, kaya ang emf (e′) na induced ay ipinapahayag bilang,

Ayon sa Lenz's law, ang induced emf na ito ay maglalaban sa pagdaraan ng current, kaya, upang panatilihin ang current I sa coil, ang source ay dapat magbigay ng equal at opposite emf. Kaya ang applied emf,

Energy consumed sa short time dt, kung saan ang flux density ay nag-iba,

Kaya, ang total work done o energy consumed sa isang complete cycle ng magnetism ay,

Ngayon, ang aL ay ang volume ng ring at H.dB ay ang area ng elementary strip ng B – H curve na ipinapakita sa itaas,

Kaya, ang Energy consumed per cycle = volume ng ring × area ng hysteresis loop. Sa kaso ng transformer, ang ring na ito ay maaaring ituring bilang magnetic core ng transformer. Kaya, ang work done ay wala lang kundi ang electrical energy loss sa core ng transformer at ito ay kilala bilang hysteresis loss sa transformer.

Ano ang Eddy Current Loss?

Sa transformer, inilalagay natin ang alternating current sa primary, ang alternating current na ito ay lumilikha ng alternating magnetizing flux sa core at bilang ang flux na ito ay naka-link sa secondary winding, may induced voltage sa secondary, na nagresulta ng current na dumaan sa load na konektado dito.

Ang ilang alternating fluxes ng transformer; maaari ring naka-link sa iba pang conducting parts tulad ng steel core o iron body ng transformer, etc. Bilang ang alternating flux ay naka-link sa mga bahagi ng transformer, may locally induced emf.

Dahil sa mga emfs, may mga current na magcirculate local sa mga bahagi ng transformer. Ang mga circulating current na ito ay hindi magkontributo sa output ng transformer at dissipated bilang heat. Ang uri ng energy loss na ito ay tinatawag na eddy current loss ng transformer.

Ito ay isang malawak at simple na paliwanag ng eddy current loss. Ang detalyadong paliwanag ng pagkawala na ito ay hindi saklaw ng discussion sa chapter na ito.