Att beräkna förlusterna för en nedsänkt transformator är en avgörande aspekt för både tillverkare och användare. Som leverantör av nedsänkta transformatorer hjälper förståelsen av dessa förluster inte bara produktdesign och optimering utan gör det också möjligt för oss att tillhandahålla mer exakt information till våra kunder. I den här bloggen kommer vi att fördjupa oss i de olika typerna av förluster i en nedsänkt transformator och metoderna för att beräkna dem.
Typer av förluster i en nedsänkt transformator
Det finns två huvudtyper av förluster i en nedsänkt transformator: tomgångsförluster och lastförluster.
Nej - Lastförluster
Olastförluster, även kända som härdförluster, uppstår när transformatorn är spänningssatt men det finns ingen last ansluten till sekundärsidan. Dessa förluster beror främst på två faktorer: hysteresförlust och virvelströmsförlust.
Förlust av hysteres
Hysteresförlust orsakas av upprepad magnetisering och avmagnetisering av transformatorns kärnmaterial. När en växelström passerar genom primärlindningen ändrar magnetfältet i kärnan kontinuerligt riktning. Kärnmaterialet har en egenskap som kallas hysteres, vilket innebär att det krävs energi för att ändra materialets magnetiska orientering. Hysteresförlusten ($P_h$) kan beräknas med Steinmetz formel:
$P_h = k_h f B_m^{n} V$
där $k_h$ är Steinmetz-koefficienten, som beror på kärnmaterialet; $f$ är växelströmmens frekvens; $B_m$ är den maximala magnetiska flödestätheten i kärnan; $n$ är Steinmetz-exponenten (vanligtvis mellan 1,5 och 2,5); och $V$ är kärnans volym.
Eddy Aktuell förlust
Virvelströmsförlust beror på de inducerade strömmarna i kärnan. När magnetfältet i kärnan förändras, inducerar det cirkulerande strömmar, så kallade virvelströmmar, i kärnmaterialet. Dessa virvelströmmar orsakar effektförlust i form av värme. Virvelströmsförlusten ($P_e$) kan beräknas med följande formel:
$P_e=k_e f^{2} B_m^{2} t^{2} V$
där $k_e$ är en konstant relaterad till kärnmaterialet och dess elektriska ledningsförmåga, är $t$ tjockleken på lamineringarna i kärnan.
Den totala tomgångsförlusten ($P_{nl}$) är summan av hysteresförlusten och virvelströmsförlusten:
$P_{nl}=P_h + P_e$
Lastförluster
Lastförluster, även kallade kopparförluster, uppstår när transformatorn levererar ström till en last. Dessa förluster beror främst på motståndet i transformatorlindningarna. När ström flyter genom lindningarna försvinner kraften som värme enligt Joules lag.
Lastförlusten ($P_{l}$) kan beräknas med formeln:
$P_{l}=I^{2}R$
där $I$ är strömmen som flyter genom lindningen och $R$ är lindningens resistans. I en transformator mäts lastförlusten vanligtvis vid full-lastström. Men i praktiken kan belastningen på en transformator variera. För att ta hänsyn till den variabla lasten kan lastförlusten vid en dellast beräknas med hjälp av följande samband:
$P_{l}(x)=x^{2}P_{lfl}$
där $x$ är bråkdelen av full-lastströmmen ($x = \frac{I}{I_{fl}}$), och $P_{lfl}$ är lastförlusten vid full-last.
Faktorer som påverkar transformatorförluster
Kärnmaterial
Valet av kärnmaterial har en betydande inverkan på tomgångsförlusterna. Till exempel,Amorf metalltransformatoranvänd amorfa metallkärnor, som har mycket lägre hysteres och virvelströmsförluster jämfört med traditionella kiselstålkärnor. Detta beror på att amorfa metaller har en mer slumpmässig atomstruktur, vilket minskar den energi som krävs för magnetisering och avmagnetisering.
Slingrande design
Utformningen av lindningarna, inklusive tvärsnittsarean och ledarnas längd, påverkar belastningsförlusterna. En större tvärsnittsarea på lindningsledarna minskar motståndet och därmed belastningsförlusterna. Men detta ökar också kostnaden och storleken på transformatorn.
Driftsvillkor
Driftstemperaturen och belastningsfaktorn påverkar också transformatorförlusterna. När temperaturen ökar ökar lindningsledarnas resistans, vilket leder till högre belastningsförluster. Belastningsfaktorn, som är förhållandet mellan medelbelastningen och maxlasten, bestämmer den faktiska belastningen på transformatorn över tiden. En högre belastningsfaktor innebär att transformatorn arbetar närmare sin fulla lastkapacitet under en längre tid, vilket resulterar i högre belastningsförluster.
Beräkna totala transformatorförluster
Den totala transformatorförlusten ($P_{total}$) är summan av tomgångsförlusten och lastförlusten:
$P_{total}=P_{nl}+P_{l}$
För att beräkna den totala förlusten vid en given last, beräknar vi först tomgångsförlusten, som är konstant oavsett last. Sedan beräknar vi lastförlusten baserat på den faktiska lastströmmen med hjälp av formeln för partiella - lastförluster.
Till exempel, om en transformator har en tomgångsförlust på 1000 W och en fulllastförlust på 5000 W, och den arbetar med 50 % av sin fulllastkapacitet, är lastförlusten vid denna dellast:
$P_{l}(0.5)=0.5^{2}\times5000 = 1250$ W
Den totala förlusten vid 50 % belastning är:
$P_{total}=1000 + 1250=2250$ W
Vikten av förlustberäkning
Noggrann beräkning av transformatorförluster är väsentlig av flera skäl. För det första hjälper det till vid design och val av transformatorer. Genom att minimera förlusterna kan vi förbättra transformatorns effektivitet, vilket minskar energiförbrukningen och driftskostnaderna. För det andra är förlustberäkningen viktig för att bestämma transformatorns temperaturstegring. Högre förluster resulterar i mer värmeutveckling, vilket kan påverka isoleringens livslängd och transformatorns tillförlitlighet.
Fallstudie:Trefas transformator
Låt oss överväga enTrefas oljenedsänkt transformatormed följande specifikationer:
- Ingen - belastningsförlust ($P_{nl}$): 2000 W
- Full - lastförlust ($P_{lfl}$): 8000 W
- Märkeffekt: 1000 kVA
Om transformatorn arbetar med 70 % av sin fulllastkapacitet, kan vi beräkna lastförlusten vid denna dellast:
$x = 0,7 $
$P_{l}(0.7)=0.7^{2}\times8000=3920$ W
Den totala förlusten vid 70 % belastning är:
$P_{total}=2000 + 3920 = 5920$ W
Slutsats
Att beräkna förlusterna för en nedsänkt transformator är en komplex men viktig uppgift. Genom att förstå de olika typerna av förluster, de faktorer som påverkar dem och metoderna för att beräkna dem, kan vi designa och välja mer effektiva transformatorer. Som leverantör av nedsänkta transformatorer har vi åtagit oss att tillhandahålla högkvalitativa produkter med låga förluster. Om du är intresserad av våra produkter eller behöver mer information om transformatorförluster är du välkommen att kontakta oss för upphandling och vidare diskussioner.
Referenser
- Electric Power Systems av J. Duncan Glover, Mulukutla S. Sarma, Thomas J. Overbye
- Transformer Engineering: Design, Technology, and Diagnostics av George Karady och James G. McCalley