Qualsiasi tipo di apparecchiatura elettrica subirà perdite durante il funzionamento a lungo termine e i trasformatori di alimentazione non fanno eccezione. Nelle perdite di trasformatori di potenza, sono principalmente divisi in due parti: perdita di rame e perdita di ferro.
Perdita di rame
Definizione e principio
Il rame svolge un ruolo importante nei trasformatori. Gli avvolgimenti dei trasformatori di solito usano fili di rame e la "perdita di rame" nel trasformatore è la perdita generata dai fili di rame. La "perdita di rame" di un trasformatore è anche nota come perdita di carico. La cosiddetta perdita di carico è una perdita variabile e cambia. Quando il trasformatore funziona sotto carico, vi è resistenza quando la corrente passa attraverso i fili, con conseguente perdita di resistenza. Secondo la legge di Joule, quando la corrente attraversa questa resistenza, verrà generato il calore di Joule e maggiore è la corrente, maggiore è la perdita di potenza. Pertanto, la perdita di resistenza è proporzionale al quadrato della corrente e non ha nulla a che fare con la tensione. Proprio perché cambia con l'entità della corrente, la perdita di rame (perdita di carico) è una perdita variabile ed è anche la perdita principale durante il funzionamento del trasformatore.
Fattori influenzanti
Magnitudine di corrente: come menzionato sopra, la perdita di rame è proporzionale al quadrato della corrente, quindi l'entità della corrente è un fattore chiave che colpisce la perdita di rame.
Resistenza all'avvolgimento: la resistenza dell'avvolgimento influisce direttamente sulla perdita di rame. Maggiore è la resistenza, maggiore è la perdita di rame.
Numero di strati di bobina: maggiore è il numero di strati di bobina, più lungo è il percorso affinché la corrente fluisca nell'avvolgimento e la resistenza aumenterà di conseguenza, con conseguente aumento della perdita di rame.
Frequenza di commutazione: l'influenza della frequenza di commutazione sulla perdita di rame del trasformatore è direttamente correlata ai parametri di distribuzione del trasformatore e alle caratteristiche di carico. Quando le caratteristiche di carico e i parametri di distribuzione mostrano una caratteristica induttiva, la perdita di rame diminuisce all'aumentare della frequenza di commutazione; Quando insieme mostrano una caratteristica capacitiva, la perdita di rame aumenta all'aumentare della frequenza di commutazione.
Influenza della temperatura: la perdita di carico è anche influenzata dalla temperatura del trasformatore. Allo stesso tempo, il flusso magnetico di dispersione causato dalla corrente di carico genererà perdita di corrente parassita nell'avvolgimento e la perdita vagante nelle parti metalliche al di fuori dell'avvolgimento.
Metodo di calcolo
Esistono due formule di calcolo:
Formula basata sulla corrente nominale e sulla resistenza:
Ropper Loss (unità: kw)=i² × rc × Δt
Dove i è la corrente nominale del trasformatore, RC è la resistenza del filo di rame e Δt è il tempo di funzionamento del trasformatore.
Formula basata sulla corrente nominale e la resistenza al rame totale: perdita di rame=i² × r
Dove rappresenta la corrente nominale del trasformatore e r rappresenta la resistenza totale di rame del trasformatore. La resistenza al rame totale R del trasformatore può essere calcolata con la seguente formula:
R = (R1 + R2) / 2
Laddove R1 rappresenta la resistenza del rame laterale principale del trasformatore e R2 rappresenta la resistenza del rame laterale secondario del trasformatore.
Metodi per ridurre la perdita di rame
Aumenta l'area trasversale dell'avvolgimento del trasformatore: ridurre la resistenza del conduttore, riducendo così efficacemente la perdita di rame del trasformatore.
Utilizzare materiali di conduttore di alta qualità: come un foglio di rame o un foglio di alluminio per ridurre la resistenza di avvolgimento.
Ridurre il tempo di funzionamento del carico chiaro del trasformatore: limitare la proporzione del tempo di funzionamento del carico chiaro del trasformatore è utile per ridurre la perdita di rame del trasformatore.
Perdita di ferro
Definizione e principio
Diversamente dalla perdita di rame, la perdita di ferro del trasformatore non ha nulla a che fare con fattori come l'avvolgimento e l'entità della corrente. Come suggerisce il nome, la perdita di ferro è correlata al ferro ed è generata dal nucleo di ferro. La perdita di ferro del trasformatore è anche conosciuta come "perdita di non carico" perché esiste sia negli stati a pieno carico che a carico zero del trasformatore ed è una perdita fissa del trasformatore. Tuttavia, nel carico, la perdita di potenza diminuirà quando la resistenza al campo elettrico diminuisce.
Classificazione
La perdita di ferro del trasformatore è divisa in perdita di isteresi e perdita di corrente parassita.
● Perdita di isteresi Il principio di funzionamento del trasformatore si basa sul principio dell'induzione elettromagnetica per ottenere la trasformazione della tensione e il cambiamento di corrente. Il flusso magnetico nel trasformatore scorre sul nucleo di ferro. Il nucleo di ferro ha una resistenza magnetica al flusso magnetico, proprio come un conduttore ha resistenza alla corrente e verrà generato anche il calore. Tale perdita è chiamata "perdita di isteresi".
● La perdita di corrente di vortice dopo che l'avvolgimento primario del trasformatore è eccitata, il flusso magnetico generato dalla bobina fluisce nel nucleo di ferro. Poiché il nucleo di ferro stesso è anche un conduttore, una forza elettromotrice indotta verrà generata sul piano perpendicolare alle linee di campo magnetico. Questa forza elettromotiva forma un anello chiuso sulla sezione trasversale del nucleo di ferro e genera una corrente, che è come un vortice, quindi è chiamata "corrente parassita". La perdita generata da questa corrente di parassita è chiamata "perdita di corrente elegante". È proprio perché il nucleo di ferro genererà correnti parassite che viene trasformato in fogli sottili, perché più si è più sottile, maggiore è la resistenza e più piccola è la corrente.
Fattori influenzanti
Tensione e frequenza operativa: la perdita di ferro è correlata alla tensione e alla frequenza operativa del trasformatore perché questi fattori influenzeranno la resistenza del campo magnetico e il fenomeno di isteresi nel nucleo di ferro.
Materiale del nucleo di ferro: le proprietà di isteresi del materiale del nucleo di ferro influenzeranno l'entità della perdita di ferro. Se il materiale del nucleo di ferro selezionato non è buono, la perdita di isteresi aumenterà.
Processo di produzione: il processo di produzione del trasformatore ha anche una certa influenza sulla perdita di ferro. Ad esempio, il metodo di laminazione del nucleo di ferro, il trattamento dell'isolamento, ecc. Influenzerà tutti l'entità della perdita di ferro.
Metodo di calcolo
Formula basata sulla corrente nominale e le perdite di isteresi e resistenza:
Iron Loss (Unit: KVA)=i² × (RM + RA)
Dove sono la corrente nominale del trasformatore, RM è la perdita di isteresi del nucleo di ferro e l'AR è la perdita di resistenza del nucleo di ferro.
Formula basata su una densità di flusso magnetico costante e frequenza operativa:
P _ Iron=Kf × (BM)^2 × f
Dove p _ Iron è la perdita di ferro, KF è una costante, BM è la densità del flusso magnetico e F è la frequenza operativa del trasformatore.
Metodi per ridurre la perdita di ferro
Seleziona Materiali per il nucleo di ferro di alta qualità: selezionare materiali per il nucleo di ferro con piccola perdita di isteresi, che può ridurre la perdita di ferro del trasformatore.
Ottimizzare il processo di produzione: ridurre la perdita di ferro migliorando il metodo di laminazione del nucleo di ferro, il trattamento dell'isolamento e altri processi di produzione.
Design ragionevole: durante la fase di progettazione del trasformatore, ridurre la perdita di ferro ottimizzando la progettazione strutturale e la selezione dei parametri.
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