변압기 효율
트랜스포머 효율 소개
트랜스포머는 공급 시스템과 부하 사이에서 가장 중요한 연결 고리를 형성합니다. 트랜스포머의 효율은 그 성능과 노화에 직접적으로 영향을 미칩니다. 일반적으로 트랜스포머의 효율은 95-99% 범위입니다. 매우 낮은 손실을 가진 대형 전력 트랜스포머의 경우 효율이 99.7%까지 높아질 수 있습니다. 트랜스포머의 입력 및 출력 측정은 부하 상태에서 수행되지 않으며, 와트미터 읽기에는 불가피하게 1-2%의 오차가 발생합니다. 따라서 효율 계산을 위해 OC 및 SC 테스트를 사용하여 트랜스포머의 정격 코어 및 와인딩 손실을 계산합니다. 코어 손실은 트랜스포머의 정격 전압에, 구리 손실은 트랜스포머의 일차 및 이차 와인딩을 통과하는 전류에 의존합니다. 따라서 트랜스포머 효율은 일정한 전압 및 주파수 조건 하에서 작동하는 것이 중요합니다. 열로 인해 발생하는 트랜스포머의 온도 상승은 변압기 기름의 특성에 영향을 미치고, 채택되는 냉각 방법의 유형을 결정합니다. 온도 상승은 장비의 등급을 제한합니다. 트랜스포머의 효율은 다음과 같이 간단히 주어집니다:
출력 전력은 정격 부하의 일부(볼트-암페어)와 부하의 전력 인자의 곱입니다.
손실은 와인딩의 구리 손실 + 철 손실 + 유전 손실 + 스트레이 부하 손실의 합입니다.
철 손실에는 트랜스포머 코어 내부의 플럭스 밀도에 따라 달라지는 자기 저항 손실과 소용돌이 전류 손실이 포함됩니다. 수학적으로,
자기 저항 손실 :
소용돌이 전류 손실 :
여기서 kh와 ke는 상수, Bmax는 최대 자기장 밀도, f는 소스 주파수, t는 코어의 두께입니다. 자기 저항 손실의 지수 'n'은 Steinmetz 상수로 값이 거의 2입니다.
유전 손실은 트랜스포머 오일 내부에서 발생합니다. 저전압 트랜스포머의 경우 무시할 수 있습니다.
누설 플럭스는 금속 프레임, 탱크 등과 연결되어 에디 전류를 생성하고, 트랜스포머 주변에 존재하므로 스트레이 손실이라고 불리며, 부하 전류에 따라 달라지므로 '스트레이 부하 손실'이라고 명명됩니다. 누설 반응과 직렬로 있는 저항으로 표현할 수 있습니다.
트랜스포머 효율 계산
일차 측면에 대한 트랜스포머의 동등 회로는 아래에 표시되어 있습니다. 여기서 Rc는 코어 손실을 나타냅니다. 단락 회로(SC) 테스트를 통해 구리 손실을 설명하는 동등 저항을 찾을 수 있습니다.
x%를 전체 또는 정격 부하 'S'(VA)의 백분율로 정의하고 Pcufl(와트)를 전체 부하 구리 손실로, cosθ를 부하의 전력 인자로 정의합니다. 또한 Pi(와트)를 코어 손실로 정의합니다. 구리와 철 손실이 트랜스포머의 주요 손실이므로 효율 계산 시 이러한 두 가지 유형의 손실만 고려합니다. 그러면 트랜스포머의 효율은 다음과 같이 쓸 수 있습니다:
여기서, x2Pcufl = x%의 전체 부하에서의 구리 손실(Pcu).
최대 효율 (ηmax)은 변수 손실이 상수 손실과 같을 때 발생합니다. 구리 손실은 부하에 따라 달라지므로 변수 손실입니다. 코어 손실은 상수로 간주됩니다. 따라서 최대 효율의 조건은 다음과 같습니다:
이제 최대 효율을 다음과 같이 쓸 수 있습니다:
이는 적절한 상수 및 변수 손실 선택을 통해 전체 부하에서 최대 효율을 얻을 수 있음을 보여줍니다. 그러나 구리 손실이 고정된 코어 손실보다 훨씬 크기 때문에 최대 효율을 얻기는 어렵습니다.
부하에 따른 효율 변화는 아래 도표로 나타낼 수 있습니다:
도표에서 볼 수 있듯이 최대 효율은 단위 전력 인자에서 발생합니다. 그리고 부하의 전력 인자와 관계없이 동일한 부하에서 최대 효율이 발생합니다.
트랜스포머의 종일 효율
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