Transformatora efektivitāte

Transformatora efektivitātes apraksts

Transformatori veido svarīgāko saiti starp piegādes sistēmām un slodzes. Transformatora efektivitāte tieši ietekmē tā darbību un novecošanu. Parasti transformatora efektivitāte ir 95–99 % apmērā. Lieliem enerģijas transformatoriem ar ļoti zemu zudumu līmeni efektivitāte var būt līdz pat 99,7%. Transformatora ievades un izvades mērījumi nav veikti slodžētas stāvoklī, jo vārdmetru rādījumi neizbēgami saskaras ar 1–2% kļūdām. Tāpēc efektivitātes aprēķināšanai tiek izmantoti atklātais un slēgtais ceļš (OC un SC) testi, lai aprēķinātu normētos magnētiskos un vedņu zudumus transformatorā. Magnētiskie zudumi atkarīgi no transformatora normētās sprieguma vērtības, bet vedņu zudumi atkarīgi no strāves caur transformatora primāro un sekundāro spīdumu. Tāpēc transformatora efektivitāte ir ļoti svarīga, lai tas darbotos pastāvīgas sprieguma un frekvences nosacījumos. Temperatūras paaugstināšanās transformatorā dēļ ģenerētā siltuma ietekmē transformatora eļļas īpašības un nosaka izmantojamās dzesēšanas metodes. Temperatūras paaugstināšanās ierobežo ierīces jaudu. Transformatora efektivitāte vienkārši ir dota kā:

• Izvades jauda ir reizinājums no normētās slodzes (voltamperes) daļas un slodzes spēja faktora

• Zudumi ir summa no vedņu zudumiem + magnētiskajiem zudumiem + dielektiska zudumiem + blakus slodžu zudumiem.

• Magnētiskie zudumi ietver transformatora histerēzes un vārtainā strāvas zudumus. Šie zudumi atkarīgi no magnetiskās blīvuma vērtības transformatora cietajā sirdī. Matemātiski,
  Histerēzes zudumi :
  
  Vārtainā strāvas zudumi :
  
  Kur kh un ke ir konstantes, Bmax ir maksimālā magnētiskā lauka blīvums, f ir avota frekvence, un t ir cietā sirds biezums. Spēks 'n' histerēzes zudumos pazīstams kā Steinmetza konstante, kuras vērtība var būt aptuveni 2.
  

• Dielektiskie zudumi notiek transformatora eļļā. Zemsprieguma transformatoriem tos var ignorēt.

• Nepilnīgais magnetisms savienojas ar metāla rāmi, tvertni utt., lai radītu vārtainās strāvas un tos atrada visapkārt transformatoram, tāpēc tos sauc par blakus zudumiem, un tie atkarīgi no slodzes strāves, tāpēc tos nosauca par "blakus slodžu zudumiem". Tos var attēlot ar rezistenci seriālā savienojumā ar noplūdu reaktanci.

Transformatora efektivitātes aprēķins

Transformatora ekvivalentais shēmas priekšā ir parādīts zemāk. Tur Rc skaita magnētiskos zudumus. Izmantojot Slēgtā ceļa (SC) testu, mēs varam atrast ekvivalento rezistenci, kas nodrošina vedņu zudumus kā

Apsveram x% kā pilnas vai normētās slodzes 'S' (VA) procentuālo daļu un Pcufl(vatidi) kā pilnas slodzes vedņu zudumus un cosθ kā spēja faktoru slodzei. Arī definēsim Pi (vatidi) kā magnētiskos zudumus. Kadkā vedņu un magnētiskie zudumi ir galvenie transformatora zudumi, tāpēc tikai šie divi zudumu veidi tiek ņemti vērā efektivitātes aprēķināšanai. Tad transformatora efektivitāte var tikt uzrakstīta kā :

Kur, x2Pcufl = vedņu zudumi (Pcu) jebkurā slodžē x% no pilnas slodzes.
Maksimālā efektivitāte (ηmax) notiek, kad mainīgie zudumi vienādi ar nemainīgajiem zudumiem. Kadkā vedņu zudumi ir atkarīgi no slodzes, tāpēc tos uzskata par mainīgajiem zudumiem. Un magnētiskie zudumi tiek uzskatīti par nemainīgu lielumu. Tātad maksimālā efektivitātes nosacījums ir :

Tagad mēs varam uzrakstīt maksimālo efektivitāti kā :

Šis pierāda, ka mēs varam iegūt maksimālo efektivitāti pilnā slodzē, pareizi atlasot nemainīgos un mainīgos zudumus. Tomēr, maksimālu efektivitāti iegūt ir grūti, jo vedņu zudumi ir daudz lielāki nekā fiksētie magnētiskie zudumi.
Efektivitātes maiņa ar slodzi var tikt attēlota zemāk redzamā diagrammā :

No diagrammas mēs varam redzēt, ka maksimālā efektivitāte notiek vienības spēja faktora gadījumā