Dönüşümlerde Enerji Kaybı
Dönüşümdeki Kayıplar
Elektrikli dönüşüm cihazı statik bir aygıt olduğundan, genellikle dönüşüm cihazında mekanik kayıp söz konusu olmaz. Genel olarak dönüşüm cihazında sadece elektriksel kayıpları düşünürüz.
Herhangi bir makinedeki kayıp, genel olarak girdi gücü ile çıkış güç arasındaki fark olarak tanımlanır. Dönüşüm cihazına girdi gücü verildiğinde, bu gücün bir kısmı dönüşüm cihazının çekirdek kayıplarını telafi etmek için kullanılır, yani dönüşüm cihazındaki Histeresis kaybı ve dönme akımı kaybı, ve girdi gücünün bir kısmı I2R kaybı olarak kaybedilir ve birincil ve ikincil sarımlarda ısı olarak dağılır, çünkü bu sarımların içinde bazı iç dirençleri vardır.
İlk olanı, dönüşüm cihazında çekirdek kaybı veya demir kaybı olarak adlandırılır ve sonraki, ohmik kayıp veya dönüşüm cihazında bakır kaybı olarak bilinir. Dönüşüm cihazında başka bir kayıp da, sapma akımlarının mekanik yapı ve sarım iletkenleriyle bağlantısı nedeniyle meydana gelir, bu kayıp Stray Kayıp olarak adlandırılır.
Dönüşüm Cihazında Bakır Kaybı
Bakır kaybı, I²I2R kaybıdır, birincil tarafta I12R1 ve ikincil tarafta I22R2 olarak. Burada, I1 ve I2 birincil ve ikincil akımlar, R1 ve R2 ise sarımların dirençleridir. Bu akımlar yükten bağımlı olduğu için, dönüşüm cihazındaki bakır kaybı yük ile değişir.
Dönüşüm Cihazında Çekirdek Kayıpları
Histeresis kaybı ve dönme akımı kaybı, dönüşüm cihazının çekirdeği oluşturmak için kullanılan malzemelerin manyetik özelliklerine ve tasarımına bağlıdır. Bu yüzden bu kayıplar dönüşüm cihazında sabit olup, yük akımından bağımsızdır. Yani, dönüşüm cihazındaki çekirdek kayıpları, alternatif olarak dönüşüm cihazındaki demir kayıpları olarak bilinen, tüm yük aralığı için sabit kabul edilebilir.
Dönüşüm cihazındaki histeresis kaybı şu şekilde gösterilir,
Dönüşüm cihazındaki dönme akımı kaybı şu şekilde gösterilir,
Kh = Histeresis sabiti.
Ke = Dönen akım sabiti.
Kf = form sabiti.
Bakır kaybı basitçe şu şekilde ifade edilebilir,
IL2R2′ + Stray kayıp
Burada, IL = I2 = dönüşüm cihazının yükü, ve R2′ ikincil tarafa referans alınmış dönüşüm cihazının direncidir. Şimdi histeresis kaybı ve dönme akımı kaybını daha iyi anlamak için biraz daha detaylı açıklayacağız.
Dönüşüm Cihazında Histeresis Kaybı
Dönüşüm cihazlarındaki histeresis kaybı, fiziksel ve matematiksel olarak iki şekilde açıklanabilir.
Histeresis Kaybının Fiziksel Açıklaması
Dönüşüm cihazının manyetik çekirdeği, 'Soğuk Yeniden Çekilmiş Grin Yönlendirilmiş Silisyum Çeliği'nden yapılmıştır. Çelik çok iyi bir ferromanyetik maddedir. Bu tür malzemeler manyetize olmaya çok duyarlıdır. Yani, her zaman manyetik akımlar geçtiğinde, manyet olarak davranır. Ferromanyetik maddeler, yapılarında birçok domain içerir.
Domainler, malzemenin yapısındaki çok küçük bölgelerdir, burada tüm dipoller aynı yöne paraleldir. Başka bir deyişle, domainler, maddenin yapısında rastgele yerleştirilmiş küçük kalıcı mıknatıslar gibidir.
Bu domainler, malzemenin yapısında öylesine rastgele dizilmiştir ki, bahsedilen malzemenin net sonuç manyetik alanı sıfırdır. Bir dış manyetik alan (mmf) uygulandığında, rastgele yönlendirilmiş domainler alana paralel hizalanır.
Alan kaldırıldıktan sonra, çoğu domain rastgele pozisyonlarına geri döner, ancak bazıları hizalı kalır. Bu değiştirilmemiş domainler nedeniyle, madde biraz kalıcı olarak manyetize olur. Bu manyetizm, 'Spontane Manyetizm' olarak adlandırılır.
Bu manyetizmi neutralize etmek için bazı ters mmf uygulanması gerekmektedir. Dönüşüm cihazının çekirdeğine uygulanan manyetomotiv kuvvet veya mmf, alternatif doğrudur. Her döngüde bu domain çevirme nedeniyle, ekstra iş yapılır. Bu nedenle, dönüşüm cihazındaki histeresis kaybı olarak bilinen elektrik enerjisi tüketimi olacaktır.
Dönüşüm Cihazında Histeresis Kaybının Matematiksel Açıklaması
Histeresis Kaybının Belirlenmesi
Yan taraftaki resimde gösterildiği gibi, L metre çevresine, a m2 kesit alanına ve N tur yalıtılmış tel ile donatılmış bir ferromanyetik numune halkası düşünelim,
Diyelim ki, bobinin üzerinden geçen akım I amper,
Manyetize edici kuvvet,
Bu anki akım yoğunluğu B olsun,
Bu nedenle, halkadaki toplam akım, Φ = BXa Wb
Solenoid boyunca akan akım alternatif olduğu için, çelik halkada üretilen akım da alternatif nitelikte olur, bu nedenle, indüklenen emf (e′) şu şekilde ifade edilir,
Lenz'in yasasına göre, bu indüklenen emf akımın akışına karşı olacak, bu nedenle, bobinde I akımını korumak için, kaynak eşit ve zıt bir emf sağlamalıdır. Bu nedenle, uygulanan emf,
Kısa bir dt süresi boyunca, akım yoğunluğunun değiştiği süre zarfında tüketilen enerji,
Bu nedenle, manyetizmin tam bir döngüsü boyunca yapılan toplam iş veya tüketilen toplam enerji,
Şimdi, aL halkanın hacmidir ve H.dB yukarıdaki B – H eğrisinin elementer şeridinin alanıdır,
Bu nedenle, döngü başına tüketilen toplam enerji = halkanın hacmi × histeresis döngüsünün alanı.Dönüşüm cihazı durumunda, bu halka dönüşüm cihazının manyetik çekirdeği olarak kabul edilebilir. Bu nedenle, yapılan iş, dönüşüm cihazının çekirdeğindeki elektrik enerjisi kaybı ve bu, dönüşüm cihazındaki histeresis kaybı olarak bilinir.
Dönme Akımı Kaybı Nedir?
Dönüşüm cihazında, birincil tarafta alternatif akım sağladığımızda, bu alternatif akım çekirdekte alternatif manyetize edici akımı üretir ve bu akım ikincil sarımla bağlantılı olduğunda, ikinciliğe indüklenmiş voltaj oluşur, bu da ona bağlı yük aracılığıyla akımın akmasına neden olur.
Dönüşüm cihazının bazı alternatif akımları, ayrıca dönüşüm cihazının çelik çekirdeği veya demir gövdesi gibi diğer iletken parçalarla da bağlantı kurabilir. Alternatif akım bu parçalarla bağlantılı olduğunda, yerel olarak indüklenmiş emf oluşur.
Bu emfler nedeniyle, dönüşüm cihazının bu kısımlarında yerel olarak dolaşan akımlar oluşur. Bu dolaşan akımlar, dönüşüm cihazının çıkışına katkıda bulunmayacak ve ısı olarak dağılır. Bu tür enerji kaybı, dönüşüm cihazındaki dönme akımı kaybı olarak adlandırılır.
Bu, dönme akımı kaybının geniş ve basit bir açıklamasıydı. Bu kaybın detaylı açıklaması, bu bölümde tartışılmasının kapsamı dışında değildir.
