كفاءة المحول

مقدمة حول كفاءة المحول الكهربائي

يُشكل المحولات الكهربائية الوصلة الأكثر أهمية بين أنظمة التغذية والأحمال. تؤثر كفاءة المحول بشكل مباشر على أدائه وتقدمه في العمر. عادةً ما تكون كفاءة المحول في نطاق 95-99٪. بالنسبة للمحولات ذات القوة الكبيرة والخسائر المنخفضة جدًا، يمكن أن تكون الكفاءة عالية تصل إلى 99.7٪. لا يتم قياس القيم المدخلة والمخرجة للمحول تحت شروط الحمل لأن قراءات العداد الكهربائي تتعرض بالضرورة لأخطاء تتراوح بين 1-2٪. لذا، يتم استخدام اختبارات الفتح والاختناق لحساب الخسائر الأساسية واللفائفية المعتمدة في المحول. تعتمد الخسائر الأساسية على الجهد المقنن للمحول، بينما تعتمد خسائر النحاس على التيار الذي يمر عبر اللفائف الأولية والثانوية للمحول. لذلك، فإن كفاءة المحول مهمة للغاية لتشغيله تحت ظروف الجهد والتردد الثابتين. ارتفاع درجة حرارة المحول بسبب الحرارة المولدة يؤثر على خصائص زيت المحول ويحدد نوع طريقة التبريد المستخدمة. يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تحديد تصنيف المعدات. يتم تقديم كفاءة المحول ببساطة كما يلي:

• الطاقة الخارجة هي ناتج ضرب نسبة الحمل المقنن (فولت أمبير) ومعامل قوة الحمل

• الخسائر هي مجموع خسائر النحاس في اللفائف + خسائر الحديد + خسائر العازل + خسائر الحمل العشوائية.

• تشمل خسائر الحديد خسائر الهستيريزيس والدوامات في المحول. تعتمد هذه الخسائر على كثافة المجال المغناطيسي داخل اللب. رياضيًا،
  خسارة الهستيريزيس :
  
  خسارة الدوامات :
  
  حيث kh و ke هما ثوابت، Bmax هو الكثافة المغناطيسية القصوى، f هي تردد المصدر، و t هي سمك اللب. القوة 'n' في خسارة الهستيريزيس تُعرف باسم ثابت ستاينميتس الذي يمكن أن يكون قيمته حوالي 2.
  

• تحدث الخسائر العازلة داخل زيت المحول. يمكن تجاهلها في المحولات ذات الجهد المنخفض.

• يرتبط التدفق العرضي بالإطار المعدني والخزان وغيرها لإنتاج دوامات حالية ويكون موجودًا حول المحول، لذا يُسمى خسارة عرضية، ويعتمد على تيار الحمل وبالتالي يُطلق عليه اسم "خسارة الحمل العرضية". يمكن تمثيله بمقاومة متسلسلة مع التفاعل العرضي.

حساب كفاءة المحول الكهربائي

يظهر الدائرة المكافئة للمحول المشار إليها بالجانب الأولي أدناه. هنا Rc يمثل الخسائر الأساسية. باستخدام اختبار الاختناق (SC)، يمكننا إيجاد المقاومة المكافئة التي تأخذ بعين الاعتبار خسائر النحاس كما يلي

لنفترض أن x% هي نسبة الحمل الكامل أو المقنن 'S' (VA) ولنفترض أن Pcufl(واط) هي خسارة النحاس الكاملة و cosθ هو معامل القوة للحمل. كما قلنا Pi (واط) كخسارة أساسية. بما أن خسائر النحاس والحديد هي الخسائر الرئيسية في المحول، فإنه يتم أخذ هذين النوعين من الخسائر فقط في الاعتبار عند حساب الكفاءة. ثم يمكن كتابة كفاءة المحول كالتالي :

حيث، x2Pcufl = خسارة النحاس (Pcu) عند أي تحميل x% من الحمل الكامل.
تحدث الكفاءة القصوى (ηmax) عندما تكون الخسائر المتغيرة مساوية للخسائر الثابتة. بما أن خسارة النحاس تعتمد على الحمل، فهي كمية متغيرة. وخسارة اللب تعتبر كمية ثابتة. لذا، فإن الشرط لكفاءة قصوى هو :

يمكننا الآن كتابة الكفاءة القصوى كما يلي:

هذا يظهر أنه يمكن الحصول على الكفاءة القصوى عند الحمل الكامل عن طريق اختيار الخسائر الثابتة والمتغيرة بشكل صحيح. ومع ذلك، من الصعب الحصول على الكفاءة القصوى لأن خسائر النحاس أعلى بكثير من الخسائر الأساسية الثابتة.
يمكن تمثيل تغير الكفاءة مع الحمل بالرسم التالي :

يمكننا رؤية من الرسم أن الكفاءة القصوى تحدث عند معامل قوة الوحدة. وتحدث الكفاءة القصوى عند نفس التحميل بغض النظر عن معامل قوة الحمل.

كفاءة المحول على مدار اليوم

هي كفاءة تستند إلى الطاقة يتم حسابها للمحولات التوزيع. على عكس المحولات الكهربائية التي يتم تشغيلها أو إيقافها حسب الحمل الذي يتعامل مع