Transformerns effektivitet
Introduktion av transformerens effektivitet
Transformer utgör den viktigaste länken mellan distributionsnät och belastning. Transformerens effektivitet påverkar direkt dess prestanda och åldring. I allmänhet ligger transformerens effektivitet i intervallet 95-99 %. För stora krafttransformatorer med mycket låga förluster kan effektiviteten vara så hög som 99,7%. Inmatnings- och utmatningsmätningar av en transformator görs inte under belastade förhållanden eftersom wattmätarläsningarna oundvikligen lider av fel på 1-2 %. För att beräkna effektiviteten används därför öppna krets- och kortslutstester för att beräkna de nominella kärn- och vindingsförlusterna i transformatorn. Kärnförlusterna beror på transformatorns nominella spänning, och kopparförlusterna beror på strömmen genom transformatorns primära och sekundära vindingspolar. Därför är transformerens effektivitet av yttersta vikt för att driva den vid konstant spänning och frekvens. Uppvärmningen av transformatorn på grund av genererad värme påverkar livslängden på transformeroljan och bestämmer typen av kylmetod som används. Temperaturökningen begränsar utrustningens kapacitet. Transformerens effektivitet ges helt enkelt som:
Utmatningseffekten är produkten av andelen av den nominella belastningen (volt-ampere) och lastens effektfaktor.
Förlusterna är summan av kopparförlusterna i vindingspolarna + järnförlusterna + dielektriska förluster + strövande belastningsförluster.
Järnförlusterna inkluderar hysteresis- och virvelströmsförlusterna i transformatorn. Dessa förluster beror på fluxtätheten inuti kärnan. Matematiskt sett,
Hysteresisförlust:
Virvelströmsförlust:
Där kh och ke är konstanter, Bmax är den maximala magnetiska fälttätheten, f är källfrekvensen, och t är kärnens tjocklek. Effekten 'n' i hysteresisförlusten kallas Steinmetz-konstant vars värde kan vara nära 2.
Dielektriska förluster inträffar inuti transformeroljan. För lågspänningstransformatorer kan de försummas.
Läckageflödet länkar till metallram, tank, etc. för att producera virvelströmmar och finns runt omkring transformatorn, därför kallas det strövande förlust, och det beror på belastningsströmmen och därför kallas det 'strövande belastningsförlust.' Det kan representeras av resistans i serie med läckagereaktans.
Beräkning av transformerens effektivitet
Den ekvivalenta kretsen för transformatorn refererad till primär sidan visas nedan. Här beräknar Rc kärnförlusterna. Genom att använda kortslutstestet (SC) kan vi hitta den ekvivalenta resistansen som beräknar kopparförlusterna som
Låt oss definiera x% som procentandelen av full eller nominell belastning 'S' (VA) och låt Pcufl(watt) vara fullbelastningskopparförlusten och cosθ vara effektfaktorn för belastningen. Vi definierade också Pi (watt) som kärnförlust. Eftersom koppar- och järnförluster är de stora förlusterna i transformatorn tas endast dessa två typer av förluster i beaktning vid beräkning av effektivitet. Då kan transformerens effektivitet skrivas som :
Där, x2Pcufl = kopparförlust (Pcu) vid vilken belastning x% av full belastning.
Maximal effektivitet (ηmax) inträffar när de variabla förlusterna är lika med de konstanta förlusterna. Eftersom kopparförlusten beror på belastningen är det en variabel förlustkvantitet. Och kärnförlusten anses vara en konstant kvantitet. Så villkoret för maximal effektivitet är :
Nu kan vi skriva maximal effektivitet som :
Detta visar att vi kan uppnå maximal effektivitet vid full belastning genom rätt val av konstanta och variabla förluster. Det är dock svårt att uppnå maximal effektivitet eftersom kopparförlusterna är mycket högre än de fasta kärnförlusterna.
Variationen av effektivitet med belastning kan representeras av figuren nedan :
Vi kan se från figuren att maximal effektivitet inträffar vid enhets-effektfaktor. Och maximal effektivitet inträffar vid samma belastning oavsett effektfaktor för belastningen.
Transformatorns effektivitet över ett dygn
