Izračun gubitaka u distribucijskom transformatoru ključni je aspekt i za dobavljače i za potrošače. Kao dobavljač distribucijskih transformatora, razumijevanje ovih gubitaka ne samo da pomaže u pružanju visokokvalitetnih proizvoda, već iu usmjeravanju kupaca na učinkovitu upotrebu. U ovom postu na blogu istražit ću različite vrste gubitaka u distribucijskim transformatorima i kako ih izračunati.
Vrste gubitaka u distribucijskim transformatorima
Postoje uglavnom dvije vrste gubitaka u distribucijskim transformatorima: gubici bez opterećenja i gubici pod opterećenjem.
Gubici bez opterećenja (gubici jezgre)
Gubici u praznom hodu, također poznati kao gubici u jezgri, javljaju se čak i kada transformator nema opterećenje spojeno na sekundarnu stranu. Ovi gubici prvenstveno su posljedica dvaju čimbenika: gubitka zbog histereze i gubitka zbog vrtložnih struja.
Gubitak histereze: Gubitak histereze uzrokovan je opetovanim magnetiziranjem i demagnetiziranjem materijala jezgre transformatora. Kada izmjenična struja prolazi kroz primarni namot, magnetsko polje u jezgri mijenja smjer. Materijal jezgre opire se tim promjenama, a energija se rasipa kao toplina. Gubitak zbog histereze ($P_h$) može se izračunati pomoću Steinmetzove formule:
[P_h = k_h f B_m^n V]
gdje je $k_h$ Steinmetzova konstanta histereze, koja ovisi o materijalu jezgre; $f$ je frekvencija izmjenične struje; $B_m$ je najveća gustoća toka u jezgri; $n$ je Steinmetz eksponent (obično između 1,5 i 2,5 za većinu magnetskih materijala); a $V$ volumen jezgre.
Gubitak vrtložne struje: Gubitak vrtložne struje nastaje zbog induciranih cirkulirajućih struja (vrtložne struje) u jezgri. Kada se magnetsko polje u jezgri promijeni, ono inducira elektromotorne sile (EMF) u materijalu jezgre, koje zauzvrat uzrokuju vrtložne struje. Ove struje teku kroz otpor materijala jezgre i rasipaju energiju kao toplinu. Gubitak vrtložne struje ($P_e$) može se izračunati pomoću sljedeće formule:
[P_e=k_e f^2 B_m^2 t^2 V]
gdje je $k_e$ konstanta vrtložne struje, $f$ je frekvencija, $B_m$ je maksimalna gustoća toka, $t$ je debljina slojeva jezgre, a $V$ je volumen jezgre.
Ukupni gubitak u praznom hodu ($P_{nl}$) zbroj je gubitka od histereze i gubitka od vrtložne struje:
[P_{nl}=P_h + P_e]
Gubici opterećenja (gubici bakra)
Gubici u opterećenju, koji se nazivaju i gubici u bakru, javljaju se kada postoji opterećenje spojeno na sekundarnu stranu transformatora. Ovi gubici nastaju zbog otpora namota transformatora. Kada struja teče kroz namote, snaga se rasipa kao toplina prema Jouleovom zakonu.
Gubitak bakra ($P_{cu}$) u transformatoru može se izračunati pomoću formule:
[P_{cu}=I^2 R]
gdje je $I$ struja koja teče kroz namot, a $R$ je otpor namota. U distribucijskom transformatoru postoje primarni i sekundarni namoti, a ukupni gubitak bakra zbroj je gubitaka u oba namota.
Ako znamo nazivnu struju ($I_{rated}$) i nazivni gubitak bakra ($P_{cu - rated}$) transformatora, a stvarna struja opterećenja je $I_{actual}$, stvarni gubitak bakra može se izračunati kao:
[P_{cu}=\left(\frac{I_{actual}}{I_{rated}}\right)^2P_{cu - ocijenjeno}]
Primjer izračuna
Razmotrimo aDistribucijski transformator Yawei S11 1200KVA i 1600KVAsa sljedećim parametrima:
- Nazivna snaga ($S_{rated}$): 1200 kVA
- Gubitak bez opterećenja ($P_{nl}$): 2,2 kW
- Nazivni gubitak opterećenja ($P_{cu - rated}$): 13,8 kW
- Transformator radi s 80% nazivnog opterećenja.
Prvo izračunavamo stvarni omjer struje opterećenja. Budući da je opterećenje 80% nazivnog opterećenja, (\frac{I_{actual}}{I_{rated}} = 0,8)
Stvarni gubitak bakra je:
[P_{cu}=\left(\frac{I_{actual}}{I_{rated}}\right)^2P_{cu - rated}=(0,8)^2\times13,8\space kW = 8,832\space kW]
Ukupni gubitak ($P_{total}$) transformatora zbroj je gubitka u praznom hodu i stvarnog gubitka bakra:
[P_{ukupno}=P_{nl}+P_{cu}=2,2\prostorni kW + 8,832\prostorni kW=11,032\prostorni kW]
Važnost izračuna gubitka
Precizan proračun gubitaka u distribucijskim transformatorima od velike je važnosti iz više razloga.
Dobavljačima poput nas pomaže u dizajnu proizvoda i kontroli kvalitete. Preciznim izračunom gubitaka možemo optimizirati dizajn transformatora, kao što je odabir pravog materijala jezgre, podešavanje otpora namota i poboljšanje sustava hlađenja. Ovo osigurava daDistribucijski transformatoriisporučujemo zadovoljavaju standarde visoke učinkovitosti koje zahtijeva tržište.
Za potrošače je razumijevanje gubitaka ključno za ekonomičan i energetski učinkovit rad. Poznavajući gubitke pri različitim razinama opterećenja, potrošači mogu učinkovitije planirati svoju potrošnju energije, smanjiti troškove energije i doprinijeti zaštiti okoliša.
Čimbenici koji utječu na gubitke
Nekoliko čimbenika može utjecati na gubitke u distribucijskim transformatorima.
Razina opterećenja: Kao što je prikazano u izračunu gubitka opterećenja, gubitak bakra proporcionalan je kvadratu struje opterećenja. Više razine opterećenja rezultiraju znatno većim gubicima bakra.
Materijal jezgre: Kvaliteta materijala jezgre ima veliki utjecaj na gubitke u praznom hodu. Visokokvalitetni materijali jezgre s niskom histerezom i gubicima vrtložnih struja, kao što su amorfne metalne jezgre, mogu uvelike smanjiti gubitke jezgre transformatora.
Frekvencija: I gubitak histereze i gubitak vrtložne struje povezani su s frekvencijom izmjenične struje. Više frekvencije općenito dovode do većih gubitaka.
Temperatura: Otpor namota transformatora raste s temperaturom. Kao rezultat toga, gubitak bakra također raste s temperaturom. Stoga je pravilno hlađenje transformatora ključno za održavanje niskih gubitaka.
Odabir pravog transformatora
Prilikom odabira distribucijskog transformatora, važno je uzeti u obzir karakteristike njegovih gubitaka.Delta Star Distribucijski transformatorje popularan izbor u mnogim primjenama. Prilikom odabira transformatora potražite modele s malim gubicima u praznom hodu i opterećenju. To može uključivati veća početna ulaganja, ali dugoročne uštede energije mogu biti znatne.
Zaključak
Proračun gubitaka u distribucijskom transformatoru je složen, ali bitan zadatak. Razumijevanjem različitih vrsta gubitaka, njihovih metoda izračuna i čimbenika koji na njih utječu, i dobavljači i potrošači mogu donositi informirane odluke. Kao dobavljač distribucijskih transformatora, predani smo pružanju visokoučinkovitih transformatora s malim gubicima. Ako ste zainteresirani za naše proizvode ili imate pitanja o proračunu gubitaka i odabiru transformatora, slobodno nas kontaktirajte radi nabave i daljnjih rasprava.
Reference
- Elektroenergetski sustavi: planiranje, projektiranje i rad. Od SM Haldenwanga i drugih.
- Principi energetske elektronike. Autori John G. Kassakian, Marc F. Schlecht i George C. Verghese.