Efikasnost transformatora
Uvod u efikasnost transformatora
Transformatori predstavljaju najvažniju vezu između sistemi snabdijevanja i opterećenja. Efikasnost transformatora direktno utiče na njegovu performansu i starenje. Uopšteno gledano, efikasnost transformatora se nalazi u opsegu od 95 – 99 %. Za velike snage transformatore sa vrlo niskim gubitcima, efikasnost može biti do 99,7%. Mere ulazne i izlazne snage transformatora ne obavljaju se pod opterećenim uslovima, jer čitanja vatmetara neizbežno trpe greške od 1 – 2%. Stoga, za svrhe izračunavanja efikasnosti, koriste se OC i SC testovi kako bi se izračunali nominalni gubici jezgra i vijaka u transformatoru. Gubici jezgra zavise od nominalnog napona transformatora, a bakreni gubici zavise od struja kroz primarni i sekundarni vijak transformatora. Stoga je efikasnost transformatora od ključne važnosti za rad pod konstantnim uslovima napona i frekvencije. Povišenje temperature transformatora zbog generisane toplote utiče na životnu vreme svojstava transformatorskog ulja i odlučuje o tipu prihvaćene metode hlađenja. Povišenje temperature ograničava ocenu opreme. Efikasnost transformatora jednostavno se daje kao:
Izlazna snaga je proizvod frakcije nominalnog opterećenja (voltamper) i faktora snage opterećenja.
Gubitci su zbir bakrenih gubitaka u vijacima + železni gubitak + dielektrični gubitak + strani gubitak opterećenja.
Železni gubitci uključuju gubitke histereze i strujnih vrtloga u transformatoru. Ovi gubitci zavise od gustoće fluksa unutar jezgra. Matematički,
Gubitak histereze :
Gubitak strujnih vrtloga :
Gde su kh i ke konstante, Bmax je maksimalna gustoća magnetskog polja, f je frekvencija izvora, a t je debljina jezgra. Snaga 'n' u gubitku histereze poznata je kao Steinmetzova konstanta čija vrednost može biti približno 2.
Dielektrični gubitci se dešavaju unutar transformatorskog ulja. Za transformatore niske napona, mogu se zanemariti.
Strani fluks povezuje metalni okvir, rezervoar itd. da bi proizveo strujne vrtlove i prisutni su širom transformatora, stoga se nazivaju stranim gubitkom, i zavise od struje opterećenja, pa se nazivaju 'strani gubitak opterećenja.' Može se predstaviti otporom u seriji sa reaktancijom curenja.
Izračunavanje efikasnosti transformatora
Ekvivalentni krug transformatora referentni primarnoj strani prikazan je ispod. Ovde Rc računa gubitke jezgra. Koristeći kratko-kola (SC) test, možemo pronaći ekvivalentni otpor koji računa bakrene gubitke kao
Definisimo x% kao procenat punog ili nominalnog opterećenja 'S' (VA) i neka Pcufl(vat) bude gubitak bakrene opterećenosti i cosθ faktor snage opterećenja. Takođe, definisali smo Pi (vat) kao gubitak jezgra. Kako su bakreni i železni gubitci glavni gubitci u transformatoru, samo ova dva tipa gubitaka se uzimaju u obzir prilikom izračunavanja efikasnosti. Tada se efikasnost transformatora može napisati kao :
Gde je, x2Pcufl = bakreni gubitak (Pcu) na bilo kom opterećenju x% punog opterećenja.
Maksimalna efikasnost (ηmax) nastupa kada su promenljivi gubitci jednaki konstantnim gubitcima. Budući da je bakreni gubitak zavisan od opterećenja, on predstavlja promenljivu količinu gubitka. A gubitak jezgra se smatra konstantnom količinom. Dakle, uslov za maksimalnu efikasnost je :
Sada možemo napisati maksimalnu efikasnost kao :
Ovo pokazuje da možemo dobiti maksimalnu efikasnost na punom opterećenju pravilnim izborom konstantnih i promenljivih gubitaka. Međutim, teško je dostići maksimalnu efikasnost jer su bakreni gubitci mnogo veći od fiksiranih gubitaka jezgra.
Varijanca efikasnosti sa opterećenjem može se predstaviti sledećom slikom :
Možemo videti sa slike da maksimalna efikasnost nastupa na faktoru snage jednakom jedinici. I maksimalna efikasnost nastupa na istom opterećenju nezavisno od faktora snage opterećenja.
