Transformerin tehokkuus
Muuntamisen tehokkuuden esittely
Muunnin muodostaa tärkeimmän linkin välillä toimitusjärjestelmiä ja kuormia. Muunnin tehokkuus vaikuttaa suoraan sen suorituskykyyn ja ikääntymiseen. Yleisesti ottaen muunnin tehokkuus on noin 95 – 99 %. Suurilla teho-muunnoksilla, joissa on hyvin vähän häviöitä, tehokkuus voi olla jopa 99,7%. Muunnin syöttö- ja ulosjohto-mittaukset eivät ole tehty ladattuissa olosuhteissa, koska wattimittarilukemat ovat väistämättä virheitä 1 – 2 %. Tehokkuuslaskennan tarkoituksessa käytetään OC- ja SC-kokeita laskemaan muunnin arvot ytim- ja kierroshäviöt. Ytimhäviöt riippuvat muunnin arvojännitteestä, ja kuparihäviöt riippuvat sähkövirrasta muunnin ensimmäisellä ja toisella kierroksella. Siksi muunnin tehokkuus on erityisen tärkeä, kun se toimii vakioitujen jännite- ja taajuusolosuhteissa. Muunnin lämpötilan nousu lämpöä tuottavan toiminnan vuoksi vaikuttaa muunninvetelyn ominaisuuksiin ja määrittelee järjestelmän jäätytysmenetelmän. Lämpötilan nousu rajoittaa laitteen luokittelua. Muunnin tehokkuus voidaan ilmaista yksinkertaisesti:
Tulostevoima on arvoladannut (volt-amperi) osuus sekä kuorman voimakerroin.
Häviöt ovat kierroskuparihäviöiden summa + ytimhäviöt + dielektrinen häviö + satunnainen kuormahäviö.
Ytimhäviöt sisältävät muunnin hystereesi- ja eddy current-häviöt. Nämä häviöt riippuvat magneettitiheydestä ytimessä. Matemaattisesti,
Hystereesi-häviö:
Eddy current-häviö:
Missä kh ja ke ovat vakioita, Bmax on huippumagneettinen tiheys, f on lähdetaajuus, ja t on ytimen paksuus. Hystereesi-häviön voiman 'n' tunnetaan myös nimellä Steinmetzin vakio, jonka arvo voi olla noin 2.
Dielektriset häviöt tapahtuvat muunninvetelyn sisällä. Matalavolt-muunnoksissa ne voidaan sivuuttaa.
Pikkuvirta linkittyy metallikehykseen, säiliöön jne. tuottaakseen eddy current -virtauksia, ja ne ovat läsnä muunnin ympärillä, joten niitä kutsutaan satunnaiseksi häviökseksi, ja se riippuu kuorman virtasta, joten sitä kutsutaan 'satunnaisen kuorman häviöksi'. Se voidaan esittää sarjaan kytketyllä vastuksella piiloreaktanssin kanssa.
Muunnin tehokkuuden laskenta
Muunnin vastaava piiri, joka viitataan ensimmäiseen kierrokseen, on näkyvissä alla. Tässä Rc kattaa ytimhäviöt. Lyhytsiruksen (SC) kokeella voimme löytää kuparihäviöiden vastaavan vastuksen.
Määritetään x% olevaksi täyden tai arvoladannut 'S' (VA) prosentti ja Pcufl(watti) olevaksi täysi kuparihäviö ja cosθ olevaksi voimakerroin kuormalle. Myös määritimme Pi (watti) olevaksi ytimhäviöksi. Koska kupari- ja ytimhäviöt ovat muunnin tärkeimpiä häviöitä, vain nämä kaksi häviötyyppiä otetaan huomioon tehokkuuden laskennassa. Silloin muunnin tehokkuus voidaan kirjoittaa seuraavasti :
Missä, x2Pcufl = kuparihäviö (Pcu) mikä tahansa ladannut x% täydellisestä ladannut.
Maksimitehokkuus (ηmax) tapahtuu, kun muuttuvat häviöt ovat samat kuin vakiot häviöt. Koska kuparihäviö riippuu ladannut, se on muuttuva häviöluku. Ja ytimhäviö otetaan vakiona. Joten maksimitehokkuuden ehto on :
Nyt voimme kirjoittaa maksimitehokkuuden seuraavasti :
Tämä osoittaa, että voimme saavuttaa maksimitehokkuuden täydellä ladannut valitsemalla vakio- ja muuttuvat häviöt. Kuitenkin on vaikea saavuttaa maksimitehokkuus, koska kuparihäviöt ovat paljon suurempia kuin vakio-ytimhäviöt.
Tehokkuuden vaihtelu ladannut voidaan esittää alla olevalla kuvalla :
Kuvasta voidaan nähdä, että maksimitehokkuus tapahtuu yhdenäisellä voimakerroin. Ja maksimitehokkuus tapahtuu samaa ladannut riippumatta kuorman voimakerroinsta.
