ประสิทธิภาพของหม้อแปลง

การแนะนำประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นส่วนเชื่อมต่อที่สำคัญที่สุดระหว่างระบบจ่ายไฟและโหลด ประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้ามีผลโดยตรงต่อสมรรถนะและการเสื่อมสภาพ ประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้าโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 95 – 99% สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่มีความสูญเสียต่ำมาก ประสิทธิภาพสามารถสูงถึง 99.7% การวัดค่าขาเข้าและขาออกของหม้อแปลงไฟฟ้าไม่ได้ทำภายใต้สภาวะโหลดเนื่องจากอ่านค่าเครื่องวัดกำลังจะมีความคลาดเคลื่อน 1 – 2% ดังนั้นเพื่อการคำนวณประสิทธิภาพ จะใช้การทดสอบ OC และ SC เพื่อคำนวณความสูญเสียแกนและขดลวดในหม้อแปลงไฟฟ้า ความสูญเสียแกนขึ้นอยู่กับแรงดันเรตติ้งของหม้อแปลงไฟฟ้า ขณะที่ความสูญเสียทองแดงขึ้นอยู่กับกระแสผ่านขดลวดหลักและขดลวดรองของหม้อแปลงไฟฟ้า ดังนั้นประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้ามีความสำคัญในการทำงานภายใต้สภาวะแรงดันและความถี่คงที่ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าเนื่องจากความร้อนที่เกิดขึ้นมีผลต่อคุณสมบัติของน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้าและกำหนดวิธีการระบายความร้อนที่นำมาใช้ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจำกัดเรตติ้งของอุปกรณ์ ประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้าสามารถคำนวณได้ง่ายๆ ดังนี้:

• พลังงานขาออกคือผลคูณของเศษของโหลดเต็ม (โวลต์แอมแปร์) และแฟคเตอร์กำลังของโหลด

• ความสูญเสียรวมคือผลรวมของความสูญเสียทองแดงในขดลวด + ความสูญเสียเหล็ก + ความสูญเสียดีเอลีทริก + ความสูญเสียโหลดที่กระจาย

• ความสูญเสียเหล็กรวมถึงความสูญเสียฮิสเตอริสซิสและความสูญเสียกระแสน้ำวนในหม้อแปลงไฟฟ้า ความสูญเสียเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของฟลักซ์ภายในแกน ทางคณิตศาสตร์
  ความสูญเสียฮิสเตอริสซิส :
  
  ความสูญเสียกระแสน้ำวน :
  
  เมื่อ kh และ ke เป็นค่าคงที่ Bmax คือความหนาแน่นสนามแม่เหล็กสูงสุด f คือความถี่แหล่งกำเนิด และ t คือความหนาของแกน กำลัง 'n' ในความสูญเสียฮิสเตอริสซิสเรียกว่าค่าคงที่ Steinmetz ซึ่งมีค่าประมาณ 2.
  

• ความสูญเสียดีเอลีทริกเกิดขึ้นภายในน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้า สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันต่ำ สามารถละเลยได้

• ฟลักซ์ที่รั่วไหลเชื่อมโยงกับโครงสร้างโลหะ ถัง ฯลฯ เพื่อสร้างกระแสน้ำวนและมีอยู่ทั่วทั้งหม้อแปลงไฟฟ้า ดังนั้นเรียกว่าความสูญเสียที่กระจาย และขึ้นอยู่กับกระแสโหลด ดังนั้นเรียกว่า 'ความสูญเสียโหลดที่กระจาย' สามารถแทนด้วยความต้านทานแบบอนุกรมกับความต้านทานเหนี่ยวนำที่รั่วไหล

การคำนวณประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้า

วงจรเทียบเท่าของหม้อแปลงไฟฟ้าที่อ้างอิงถึงข้างหลักแสดงดังนี้ Rc บัญญัติสำหรับความสูญเสียแกน ใช้การทดสอบลัดวงจร (SC) เราสามารถหาความต้านทานเทียบเท่าสำหรับความสูญเสียทองแดงได้ว่า

ให้นิยาม x% เป็นเปอร์เซ็นต์ของโหลดเต็มหรือโหลดเรตติ้ง 'S' (VA) และให้ Pcufl(วัตต์) เป็นความสูญเสียทองแดงเต็มโหลด และ cosθ เป็น แฟคเตอร์กำลัง ของโหลด นอกจากนี้เรานิยาม Pi (วัตต์) เป็นความสูญเสียแกน เนื่องจากความสูญเสียทองแดงและเหล็กเป็นความสูญเสียหลักในหม้อแปลงไฟฟ้า ดังนั้นเฉพาะสองประเภทนี้เท่านั้นที่ถูกพิจารณาในการคำนวณประสิทธิภาพ ดังนั้น ประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้า สามารถเขียนได้ว่า :

เมื่อ x2Pcufl = ความสูญเสียทองแดง (Pcu) ที่โหลดใด ๆ x% ของโหลดเต็ม.
ประสิทธิภาพสูงสุด (ηmax) เกิดขึ้นเมื่อความสูญเสียที่เปลี่ยนแปลงเท่ากับความสูญเสียคงที่ เนื่องจากความสูญเสียทองแดงขึ้นอยู่กับโหลด ดังนั้นเป็นความสูญเสียที่เปลี่ยนแปลง ความสูญเสียแกนถือว่าเป็นค่าคงที่ ดังนั้นเงื่อนไขสำหรับประสิทธิภาพสูงสุดคือ :

ตอนนี้เราสามารถเขียนประสิทธิภาพสูงสุดได้ว่า :

นี่แสดงว่าเราสามารถได้ประสิทธิภาพสูงสุดที่โหลดเต็มโดยการเลือกความสูญเสียคงที่และเปลี่ยนแปลงอย่างเหมาะสม อย่างไรก็ตาม ยากที่จะได้ประสิทธิภาพสูงสุดเนื่องจากความสูญเสียทองแดงสูงกว่าความสูญเสียแกนคงที่
การเปลี่ยนแปลงของประสิทธิภาพกับโหลดสามารถแสดงได้ดังรูปด้านล่าง :