Изчисляването на загубите в силов трансформатор е критична задача както за операторите на електроенергийната система, така и за потребителите. Като доставчик на силови трансформатори, разбирането на тези загуби и възможността да съобщите как да ги изчислите е от съществено значение за предоставянето на висококачествени продукти и услуги. В този блог ще проучим различните видове загуби в силови трансформатори, методите за изчисляването им и защо тези изчисления са толкова важни.
Видове загуби в силови трансформатори
Има два основни типа загуби в силови трансформатори: загуби без товар и загуби при товар.
Загуби без натоварване (загуби в ядрото)
Загубите без товар, известни също като загуби в сърцевината, възникват дори когато трансформаторът не доставя никакъв товар. Тези загуби се дължат главно на два фактора: загуба на хистерезис и загуба на вихров ток.
Загуба на хистерезис:
Загубата на хистерезис се причинява от повтарящото се намагнитване и демагнетизиране на ядрото на трансформатора. Когато променлив ток преминава през първичната намотка, магнитното поле в ядрото непрекъснато променя посоката си. Молекулите в материала на сърцевината се съпротивляват на тази промяна в намагнитването и енергията се разсейва под формата на топлина. Формулата за загуба на хистерезис ($P_h$) се дава от уравнението на Steinmetz:
[P_h = k_h f B_m^{n} V]
където (k_h) е хистерезисната константа на Steinmetz, (f) е честотата на променливия ток, (B_m) е максималната плътност на потока в сърцевината, (n) е показателят на Steinmetz (обикновено между 1,5 и 2,5) и (V) е обемът на материала на сърцевината.
Загуба на вихров ток:
Загубата на вихрови токове се дължи на индуцираните токове (вихрови токове), които протичат в сърцевината. Променящото се магнитно поле в сърцевината индуцира циркулиращи токове в проводящия материал на сърцевината. Тези токове протичат в затворени вериги и причиняват загуба на мощност под формата на топлина. Формулата за загуба на вихров ток ($P_e$) е:
[P_e=k_e f^{2} B_m^{2} t^{2} V]
където (k_e) е константата на вихровия ток, (t) е дебелината на ламинациите на сърцевината. Общата загуба на празен ход ((P_{nl})) е сумата от загубата на хистерезис и загубата на вихров ток, т.е. (P_{nl}=P_h + P_e).
Загуби при натоварване (загуби от мед)
Загубите на натоварване или загубите на мед възникват, когато трансформаторът захранва товар. Тези загуби се дължат на съпротивлението на намотките на трансформатора. Когато токът протича през намотките, мощността се разсейва като топлина съгласно закона на Джаул. Формулата за загуба на мед ($P_{cu}$) е:
[P_{cu}=I^{2}R]
където (I) е токът, протичащ през намотката, а (R) е съпротивлението на намотката. Тъй като токът в намотките зависи от товара, загубите на мед варират в зависимост от товара.
Изчисляване на общите загуби
Общите загуби ((P_{total})) в силов трансформатор са сумата от загубите на празен ход и загубите при натоварване:
[P_{total}=P_{nl}+P_{cu}]
За да изчислим точно общите загуби, трябва да вземем предвид следните стъпки:
Стъпка 1: Определете загубите без натоварване
Като доставчик на силови трансформатори, ние извършваме тестове на празен ход по време на производствения процес, за да измерим загубите на празен ход. При тест на празен ход вторичната намотка на трансформатора се оставя отворена - свързана и към първичната намотка се прилага номинално напрежение. Входящата мощност към първичната намотка при това условие е равна на загубите на празен ход. Тази стойност е посочена в техническите спецификации на трансформатора.
Стъпка 2: Определете коефициента на натоварване
Коефициентът на натоварване ((LF)) е съотношението на средното натоварване към максималното натоварване за даден период. Това е важен параметър при изчисляване на загубите при натоварване, тъй като натоварването на трансформатора обикновено варира с времето.
[LF=\frac{\text{Средно натоварване}}{\text{Максимално натоварване}}]
Стъпка 3: Изчислете загубите на натоварване
Първо, трябва да знаем номиналните загуби на натоварване ((P_{cu - rated})) на трансформатора, които също се определят чрез тестове по време на производството. Загубите на натоварване при дадено ниво на натоварване могат да се изчислят по следната формула:
[P_{cu}=P_{cu - оценка}\times(\frac{S}{S_{оценка}})^{2}]
където (S) е действителната привидна мощност на товара и (S_{rated}) е номиналната привидна мощност на трансформатора.
Стъпка 4: Изчислете общите загуби
След като имаме загубите на празен ход ((P_{nl})) и загубите при натоварване ((P_{cu})), можем да изчислим общите загуби, използвайки формулата (P_{total}=P_{nl}+P_{cu}).
Значение на изчисляването на загубите
Точното изчисляване на загубите в силов трансформатор е от голямо значение поради няколко причини:
Енергийна ефективност
Като разбират загубите, операторите на електроенергийната система могат да предприемат мерки за подобряване на енергийната ефективност на трансформатора. Например, използването на висококачествени сърцевини с нисък хистерезис и загуби от вихрови токове може да намали загубите на празен ход. По същия начин оптимизирането на дизайна на намотката за намаляване на съпротивлението може да намали загубите на мед. Това не само спестява енергия, но и намалява оперативните разходи.
Оразмеряване на трансформатор
Изчисляването на загубите помага за правилното оразмеряване на трансформатора. Ако загубите са подценени, трансформаторът може да прегрее, което да доведе до намален живот и потенциални повреди. От друга страна, надценяването на загубите може да доведе до прекалено голям трансформатор, който е по-скъп и по-малко ефективен.
Въздействие върху околната среда
Намаляването на загубите на трансформатора означава, че се губи по-малко енергия като топлина, което от своя страна намалява търсенето на производство на електроенергия. Това има положително въздействие върху околната среда чрез намаляване на емисиите на парникови газове, свързани с производството на електроенергия.
Нашите висококачествени трансформаторни продукти
Като водещ доставчик на силови трансформатори, ние предлагаме широка гама от висококачествени трансформатори, като напримерВисоковолтов високочестотен трансформатор,Трансформатор от аморфна сплав SH15, иТрансформатор от аморфна сплав. Тези трансформатори са проектирани с модерна технология за минимизиране на загубите и подобряване на енергийната ефективност.
Нашите трансформатори от аморфна сплав, например, използват материали от аморфна сплав в сърцевината. Тези материали имат изключително нисък хистерезис и загуби от вихрови токове, което води до значително по-ниски загуби на празен ход в сравнение с традиционните трансформатори. Това ги прави идеални за приложения, при които трансформаторът работи при леки натоварвания за дълги периоди от време.
Свържете се с нас за поръчки
Ако се интересувате от нашите силови трансформатори или се нуждаете от повече информация за изчисляване на загубите и енергийно ефективни решения, препоръчваме ви да се свържете с нас. Имаме екип от опитни инженери и търговски представители, които могат да ви предоставят подробна информация за продукта, техническа поддръжка и персонализирани решения, за да отговорят на вашите специфични нужди. Независимо дали сте електроснабдителна компания, промишлен потребител или електрически изпълнител, ние се ангажираме да ви предоставим най-добрите продукти и услуги.
Референции
- Основи на електрическите машини, Стивън Дж. Чапман
- Анализ и проектиране на електроенергийната система, J. Duncan Glover, Mulukutla S. Sarma, Thomas J. Overbye