Αποδοτικότητα του μετασχηματιστή

Εισαγωγή στην Αποδοτικότητα του Μετασχηματιστή

Οι μετασχηματιστές αποτελούν το πιο σημαντικό σύνδεσμο μεταξύ των συστημάτων εφοδιασμού και του φορτίου. Η αποδοτικότητα του μετασχηματιστή επηρεάζει άμεσα τη λειτουργία και την ηλικία του. Συνήθως, η αποδοτικότητα του μετασχηματιστή βρίσκεται στο εύρος 95-99%. Για μεγάλους μετασχηματιστές μεγάλης ισχύος με πολύ χαμηλές απώλειες, η αποδοτικότητα μπορεί να φτάσει το 99,7%. Οι μετρήσεις εισόδου και εξόδου ενός μετασχηματιστή δεν γίνονται υπό φορτισμένες συνθήκες, καθώς οι αναγνώσεις του δασύμετρου αναγκαστικά υποστηρίζουν λάθη 1-2%. Για τον υπολογισμό της αποδοτικότητας, χρησιμοποιούνται οι δοκιμές OC και SC για τον υπολογισμό των απωλειών πυρήνα και στροφών. Οι απώλειες πυρήνα εξαρτώνται από την ένταση ρεύματος του μετασχηματιστή, ενώ οι απώλειες χαλκού εξαρτώνται από τα ρεύματα που διαρρέουν τις πρωτεύουσες και δευτερεύουσες στροφές. Επομένως, η αποδοτικότητα του μετασχηματιστή είναι ζωτικής σημασίας για τη λειτουργία του υπό σταθερές συνθήκες έντασης και συχνότητας. Η αύξηση της θερμοκρασίας του μετασχηματιστή λόγω της θερμότητας που παράγεται επηρεάζει τη διάρκεια ζωής των ιδιοτήτων του λαδιού και αποφασίζει τον τύπο της μεθόδου ψύξης. Η αύξηση της θερμοκρασίας περιορίζει την αξιολόγηση του εξοπλισμού. Η αποδοτικότητα του μετασχηματιστή δίνεται απλά ως:

• Η εξόδια ισχύς είναι το προϊόν του ποσοστού του προσανατολισμένου φορτίου (βολτ-αμπερ) και του παράγοντα δύναμης του φορτίου.

• Οι απώλειες είναι η άθροιση των απωλειών χαλκού στις στροφές + οι απώλειες σιδήρου + οι απώλειες διελκτικής + οι απώλειες τυχαίου φορτίου.

• Οι απώλειες σιδήρου περιλαμβάνουν τις απώλειες υστερήσεως και των κυκλωμάτων Foucault στον μετασχηματιστή. Αυτές οι απώλειες εξαρτώνται από την πυκνότητα ροής μέσα στον πυρήνα. Μαθηματικά,
  Απώλειες Υστέρησης :
  
  Απώλειες Κυκλωμάτων Foucault :
  
  Όπου kh και ke είναι σταθερές, Bmax είναι η μέγιστη πυκνότητα μαγνητικού πεδίου, f είναι η συχνότητα της πηγής, και t είναι η πάχος του πυρήνα. Το n στην απώλεια υστέρησης είναι γνωστό ως σταθερά Steinmetz, η οποία μπορεί να είναι περίπου 2.
  

• Οι απώλειες διελκτικής συμβαίνουν μέσα στο λάδι του μετασχηματιστή. Για μετασχηματιστές χαμηλής έντασης, μπορούν να αγνοηθούν.

• Το παρασυνεχές μαγνητικό ρεύμα συνδέεται με το μεταλλικό πλαίσιο, το δοχείο κ.λπ. για να παράγει κυκλώματα Foucault και είναι παρόν γύρω από τον μετασχηματιστή, οπότε ονομάζεται απώλεια παρασυνεχούς, και εξαρτάται από το ρεύμα φορτίου, οπότε ονομάζεται 'απώλεια παρασυνεχούς φορτίου.' Μπορεί να παρασταθεί από την αντίσταση σε σειρά με την αντίσταση διαρροής.

Υπολογισμός Αποδοτικότητας του Μετασχηματιστή

Το ισοδύναμο πλήρες του μετασχηματιστή που αναφέρεται στην πρωτεύουσα πλευρά είναι δείκνυμε παρακάτω. Εδώ Rc λογίζεται για τις απώλειες πυρήνα. Χρησιμοποιώντας τη δοκιμή σύνδεσης (SC), μπορούμε να βρούμε την ισοδύναμη αντίσταση που λογίζεται για τις απώλειες χαλκού ως

Ας ορίσουμε x% να είναι το ποσοστό του πλήρους ή του προσανατολισμένου φορτίου ‘S’ (VA) και ας Pcufl(W) να είναι η πλήρης απώλεια χαλκού και cosθ να είναι ο παράγοντας δύναμης του φορτίου. Επίσης, ορίσαμε Pi (W) ως απώλεια πυρήνα. Επειδή οι απώλειες χαλκού και πυρήνα είναι οι κυριότερες απώλειες στον μετασχηματιστή, λογίζονται μόνο αυτές οι δύο είδη απώλειας κατά τον υπολογισμό της αποδοτικότητας. Τότε η αποδοτικότητα του μετασχηματιστή μπορεί να γραφεί ως:

Όπου, x2Pcufl = απώλεια χαλκού (Pcu) σε οποιοδήποτε φορτίο x% του πλήρους φορτίου.
Η μέγιστη αποδοτικότητα (ηmax) συμβαίνει όταν οι μεταβλητές απώλειες ισούνται με τις σταθερές απώλειες. Επειδή η απώλεια χαλκού εξαρτάται από το φορτίο, είναι μια μεταβλη