Eficiencia do transformador

Introdución á eficiencia do transformador

Os transformadores forman o enlace máis importante entre os sistemas de suministro e a carga. A eficiencia do transformador afecta directamente o seu rendemento e envelhecemento. Xeralmente, a eficiencia do transformador está no rango do 95 – 99 %. Para transformadores de gran potencia con perdas moi baixas, a eficiencia pode chegar ao 99,7%. As medidas de entrada e saída dun transformador non se realizan en condicións de carga, xa que as lecturas do vatímetro inevitabelmente sufren erros do 1 – 2 %. Polo tanto, para o cálculo da eficiencia, úsanse os ensaios OC e SC para calcular as perdas nominais no núcleo e nas bobinas do transformador. As perdas no núcleo dependen da tensión nominal do transformador, e as perdas no cobre dependen das correntes que pasan polas bobinas primaria e secundaria. Así, a eficiencia do transformador é de suma importancia para operar a unha tensión e frecuencia constantes. O aumento da temperatura do transformador debido ao calor xerado afecta as propiedades do óleo do transformador e determina o tipo de método de refrigeración adoptado. O aumento da temperatura limita a capacidade do equipo. A eficiencia do transformador simplemente dáse como:

• A potencia de saída é o produto da fracción da carga nominal (voltio-amperios) e o factor de potencia da carga

• As perdas son a suma das perdas no cobre nas bobinas + as perdas no ferro + as perdas dieléctricas + as perdas de carga estrayada.

• As perdas no ferro inclúen as perdas por histerese e as correntes inducidas no transformador. Estas perdas dependen da densidade de fluxo dentro do núcleo. Matematicamente,
  Perda por histerese :
  
  Perda por corrente inducida :
  
  Onde kh e ke son constantes, Bmax é a densidade máxima de campo magnético, f é a frecuencia da fonte, e t é o espesor do núcleo. O expoñente 'n' na perda por histerese coñécese como a constante de Steinmetz, cuxo valor pode ser case 2.
  

• As perdas dieléctricas ocorren dentro do óleo do transformador. Para transformadores de baixa tensión, poden desprezar.

• O fluxo de fuga liga ao marco metálico, tanque, etc., para producir correntes inducidas e están presentes arredor do transformador, polo que se chaman perdas de carga estrayada, e dependen da corrente de carga, polo que se chamam "perdas de carga estrayada". Pode representarse por resistencia en serie coa reactividade de fuga.

Cálculo da eficiencia do transformador

O circuito equivalente do transformador referido ao lado primario amóstrase a continuación. Aquí Rc contabiliza as perdas no núcleo. Usando o ensaio de curto-circuíto (SC), podemos atopar a resistencia equivalente que contabiliza as perdas no cobre como

Defínase x% como a porcentaxe da carga completa ou nominal 'S' (VA) e deixe Pcufl(vatios) sexa a perda completa no cobre e cosθ sexa o factor de potencia da carga. Tamén definimos Pi (vatios) como a perda no núcleo. Como as perdas no cobre e no ferro son as perdas principais no transformador, só estes dous tipos de perdas teñen en conta ao calcular a eficiencia. Entón a eficiencia do transformador pódese escribir como :

Onde, x²Pcufl = perda no cobre(Pcu) en calquera carga x% da carga completa.
A máxima eficiencia (ηmax) ocorre cando as perdas variables son iguais ás perdas constantes. Como a perda no cobre depende da carga, é unha perda variable. E a perda no núcleo considerase unha cantidade constante. Así, a condición para a máxima eficiencia é :

Agora podemos escribir a máxima eficiencia como :

Isto mostra que podemos obter a máxima eficiencia a carga completa mediante a selección adecuada das perdas constantes e variables. No entanto, é difícil obter a máxima eficiencia, xa que as perdas no cobre son moito maiores que as perdas fixas no núcleo.
A variación da eficiencia con a carga pode representarse na figura a seguir :

Podemos ver na figura que a máxima eficiencia ocorre a un factor de potencia de unidade. E a máxima eficiencia ocorre na mesma carga independentemente do factor de potencia da carga.

Eficiencia diaria do transformador

É unha eficiencia baseada na enerxía calculada para