Dönüşüm verimliliği
Dönüşüm Etkinliğinin Tanıtımı
Dönüştürücüler, tedarik sistemleri ve yük arasında en önemli bağlantıyı oluşturur. Dönüştürücünün etkinliği doğrudan performansını ve yaşlanmasını etkiler. Genel olarak, dönüştürücünün etkinliği %95 - %99 aralığında olur. Çok düşük kayıplarla büyük güç dönüştürücülerinde etkinlik %99,7'ye kadar çıkabilir. Bir dönüştürücünün giriş ve çıkış ölçümleri yüklü koşullarda yapılmaz çünkü wattmetre okumalarında kaçınılmaz hale gelen hatalar %1 - %2 arasındadır. Bu nedenle, etkinlik hesaplamaları için OC ve SC testleri kullanılır ve dönüştürücüdeki belirlenen çekirdek ve sarım kayıpları hesaplanır. Çekirdek kayıpları, dönüştürücünün nominal voltajına bağlıdır ve bakır kayıpları, dönüştürücünün birincil ve ikincil sarımlarından geçen akımlara bağlıdır. Bu nedenle, dönüştürücüyü sabit voltaj ve frekans koşullarında çalıştırmak için dönüştürücünün etkinliği çok önemlidir. Dönüştürücüde üretilen ısıya bağlı olarak sıcaklık yükselmesi, dönüştürücü yağının özelliklerinin ömrünü etkiler ve benimsenen soğutma yönteminin türünü belirler. Sıcaklık artışı, ekipmanın derecelendirmesini sınırlar. Dönüştürücünün etkinliği basitçe şu şekilde verilir:
Çıkış gücü, nominal yüklemenin (volt-amper) kesirini ve yükün güç faktörünün ürünüdür.
Kayıplar, sarımlardaki bakır kayıplarının toplamıdır + demir kaybı + dielektrik kayıp + yayılım yük kaybı.
Demir kayıpları, dönüştürücünün içindeki çekirdek histeresis ve fleyim kayıplarını içerir. Bu kayıplar, çekirdekteki manyetik akı yoğunluğuna bağlıdır. Matematiksel olarak,
Histeresis Kaybı :
Fleyim Kaybı :
Burada kh ve ke sabitlerdir, Bmax tepe manyetik alan yoğunluğu, f kaynak frekansıdır ve t çekirdeğin kalınlığıdır. Histeresis kaybındaki 'n' kuvveti Steinmetz sabiti olarak bilinir ve değeri yaklaşık 2'dir.
Dielektrik kayıplar, dönüştürücü yağında gerçekleşir. Düşük voltajlı dönüştürücülerde bu kayıp ihmal edilebilir.
Sızıntı akı, metaller çatı, tank vb. ile bağlantılıdır ve fleyim akıları üretir ve dönüştürücünün etrafında bulunur, bu yüzden "sızıntı yük kaybı" olarak adlandırılır ve yük akımına bağlıdır, bu nedenle "sızıntı yük kaybı" olarak adlandırılır. Bu, sızıntı reaktans serisindeki dirençle temsil edilebilir.
Dönüştürücünün Etkinliğinin Hesaplanması
Aşağıda birincil tarafına başvurulan dönüştürücünün eşdeğer devresi gösterilmiştir. Burada Rc çekirdek kayıplarını hesaplar. Kısa devre (SC) testi kullanarak, bakır kayıplarını hesaplayan eşdeğer direnci bulabiliriz
Tam veya nominal yük 'S' (VA) yüzdesi olan x% tanımlayalım ve Pcufl(vat) tam yük bakır kaybı ve cosθ yükün güç faktörü olsun. Ayrıca, Pi(vat) olarak çekirdek kaybını tanımladık. Bakır ve demir kayıpları, dönüştürücüdeki ana kayıplar olduğundan, etkinlik hesaplamaları yapılırken yalnızca bu iki tür kayıp dikkate alınır. O zaman dönüştürücünün etkinliği şu şekilde yazılabilir:
Burada, x2Pcufl = herhangi bir yüklenme x% tam yükündeki bakır kaybı (Pcu).
Maksimum etkinlik (ηmax), değişken kayıplar sabit kayıplara eşit olduğunda oluşur. Bakır kaybı yükten bağımlı olduğundan, bu bir değişken kayıp miktarıdır. Ve çekirdek kaybı sabit bir miktar olarak kabul edilir. Bu nedenle, maksimum etkinlik için şart şudur:
Şimdi maksimum etkinliği şu şekilde yazabiliriz:
Bu, sabit ve değişken kayıpların uygun seçilmesiyle tam yükte maksimum etkinliğin elde edilebileceğini gösterir. Ancak, bakır kayıpların sabit çekirdek kayıplarından çok daha yüksek olması nedeniyle maksimum etkinliğin elde edilmesi zordur.
Yüklenmeyle birlikte etkinliğin değişimini aşağıdaki grafikle temsil edebiliriz:
Grafikten, maksimum etkinliğin birim güç faktöründe oluştuğunu görebiliriz. Ve maksimum etkinlik, yükün güç faktörüne bakılmaksızın aynı yüklenmede oluşur.
Dönüştürücünün Gündelik Etkinliği
