Transformatorverluste und Effizienz

 

Definition von Verlust

• Der Transformatorverlust bezieht sich auf den Prozess der Umwandlung elektrischer Energie in andere Energieformen (hauptsächlich Wärme) während des Transformatorbetriebs.

• Verlust ist ein wichtiger Indikator für die Bewertung der Transformatorleistung, die die Effizienz und Wirtschaft des Transformators direkt beeinflusst.

 

Die Zusammensetzung des Verlusts

 

 

Definition von No-Lastverlust

No-Load-Verlust bezieht sich auf den Stromverlust des Transformators, wenn die Primärseite mit der Nennspannung unter der Bedingung ohne Last kombiniert wird (dh die Sekundärseite ist geöffnet). No-Last-Verlust umfasst hauptsächlich Eisenverlust und eine geringe Menge anderer Verluste, wie z. B. dielektrischen Verlust und Anregungsstromverlust. Es spiegelt den Energieverlust des Transformators unter No-Load-Bedingungen wider.

 

Zusammensetzung des No-Last-Verlusts

 

No-Load-Verlust besteht aus 1- Kernverlust

Der Eisenverlust, auch als Kernverlust oder Kernverlust bezeichnet, ist der Energieverlust, der durch das abwechselnde Magnetfeld im Kernmaterial während des Transformatorbetriebs verursacht wird. Der Eisenverlust umfasst hauptsächlich zwei Teile: Hystereseverlust und Wirbelstromverlust.

Hystereseverlust:

Hystereseverlust ist der Energieverlust beim Magnetisierungsprozess und der Entmagnetisierung des Kernmaterials unter dem alternierenden Magnetfeld. Wenn sich die Richtung des Magnetfeldes ändert, müssen die magnetischen Domänen im Kernmaterial neu angeordnet werden, und es wird einen Energieverlust in diesem Prozess geben. Der Hystereseverlust hängt mit der Fläche der Hystereseschleife des Kernmaterials, der Betriebsfrequenz und der magnetischen Flussdichte zusammen

Wirbelstrahlungsverlust:

Wirbelstromverlust ist der Wärmeverlust, der erzeugt wird, wenn der durch das Eisenkernmaterial induzierte Strom (Wirbelstrom) im Eisenkern unter dem alternierenden Magnetfeld fließt. Das abwechselnde Magnetfeld induziert den Wirbelstrom im Eisenkern, der eine Schleife im Eisenkernmaterial bildet und Wärme erzeugt, was zu einem Energieverlust führt. Der Stromverlust des Wirbelstroms hängt mit dem Widerstand des Eisenkernmaterials, der Dicke des Laminats und der Arbeitsfrequenz zusammen.

 

No-Last-Verlust besteht aus 2- dielektrischem Verlust

Dielektrische Verluste sind der Energieverlust, der durch das Isoliermaterial im Transformator unter der Wirkung des alternierenden elektrischen Feldes verursacht wird. Isolationsmaterialien in Transformatoren werden häufig verwendet, um leitende Teile zu isolieren, um Kurzschlüsse und andere elektrische Fehler zu verhindern. Der dielektrische Verlust tritt hauptsächlich im Isoliermaterial aufgrund der dielektrischen Eigenschaften des Materials und des abwechselnden elektrischen Feldes auf.

Isolationsverlust:

Dies ist der Hauptteil des dielektrischen Verlusts. Isolationsmaterialien werden in Transformatoren verwendet, um Wicklungen, Eisenkernen und andere leitende Teile zu isolieren. Das abwechselnde elektrische Feld im Isoliermaterial führt zu Polarisation des Dielektrikums und der Stromverletzung. Diese Prozesse führen zu einem Energieverlust. Gemeinsame Isoliermaterialien umfassen Transformatoröl, Papier und Harz.

Verlust des Kapazitätseffekts:

Die Wickel- und Isolationsstruktur des Transformators kann parasitäre Kapazität bilden. Unter dem wechselnden elektrischen Feld verursacht auch der Lade- und Entladungsprozess dieser Kondensatoren einen Energieverlust.

Teilentladung bei hoher Spannung

Unter hohen Spannungsbedingungen kann innerhalb oder auf der Oberfläche des Isolationsmaterials teilweise Entladung auftreten. Dies ist ein lokales elektrisches Abbauphänomen, das zu einem Energieverlust und einer allmählichen Verschlechterung des Isolationsmaterials führt.

Dielektrische Verluste sind normalerweise gering, können in Hochspannungstransformatoren jedoch relativ signifikant erscheinen. Der Verlust hängt mit der Dielektrizitätskonstante des Isolationsmaterials, der Tangente des Verlustwinkels (Tan & Dgr;) und der Arbeitsspannung und Frequenz des Transformators zusammen.

Der dielektrische Verlust des No-Lastverlusts des Transformators ist relativ gering, normalerweise zwischen 0. 5% und 2%, aber im Hochspannungstransformator erfordert besondere Aufmerksamkeit und Kontrolle.

 

No-Load-Verlust besteht aus 3- Anregungsstromverlust

Der Anregungsstromverlust ist auf den I²R -Verlust bei der Primärwicklung zurückzuführen, die durch den Anregungsstrom verursacht werden, der erforderlich ist, um das Magnetfeld im Kern festzulegen. Auch wenn es keine Last gibt, benötigt die Primärseite noch einen bestimmten Strom, um die Magnetisierung des Kerns aufrechtzuerhalten, und dieser Teil des Stroms erzeugt Wärmeverlust beim Wickelwiderstand.

 

No-Load-Verlust besteht aus 4- Streat-Verlust

Streunerverluste sind Verluste in einem durch Leckagefluss verursachten Transformator. Der Leckfluss bezieht sich auf diejenigen, die nicht zentral durch den Transformatorkern laufen, sondern durch andere Wege (wie Transformatorstrukturkomponenten, Clips, Tankwände usw.). Da dieser Leckagefluss Wirbelströme im leitfähigen Material induziert, wird der Energieverlust verursacht, und dieser Teil des Verlusts wird als Streat -Verlust bezeichnet.

Verluste klemmen: Wirbelstromverluste, die durch Leckflusspunkt in Transformatorclips (z. B. Kernclips, Stützstrukturen) induziert werden.

Panzerwandverluste: Wirbelstromverluste, die durch Leckfluss in der Tankwand eines Transformators induziert werden. Da Kraftstofftanks normalerweise aus Metall bestehen, können in diesen Metallstrukturen Wirbelstromverluste von Bedeutung sein.

Verluste von Lead- und Endrahmen: Wirbelstromverluste, die durch Leckflusspflicht in Transformatorleitungen, Endrahmen und andere Metallstrukturen induziert werden.

Streunerverluste sind im Allgemeinen ein kleiner Teil des Totalverlusts eines Transformators, können jedoch bei Hochkapazitätstransformatoren signifikant werden. Daher ist es im Transformatordesign wichtig, den Einfluss des Leckflusses zu verringern und das Design von Kern- und Strukturkomponenten zu optimieren, um den Verlust von Streunern zu verringern.

 

 

Definition des Lastverlusts

• Lastverlust bezieht sich auf den durch den Laststrom verursachten elektrischen Energieverlust, der durch die Transformatorwicklung unter dem Lastbetriebszustand führt.

 

Lastverlustzusammensetzung

 

Der Lastverlust besteht aus 1- Kupferverlust

Der Kupferverlust eines Transformators ist der Widerstandsverlust bei der Wicklung des Transformators (Kupfer oder Aluminium) aufgrund des durch den Leiter fließenden Stroms. Es ist eine Hauptkomponente des Lastverlusts und steigt mit zunehmendem Laststrom erheblich an.

 

Gleichstromresistenzverlust

Verlust verursacht durch den DC -Widerstand der Wicklung. Die Formel ist 

Wo ich der Laststrom und R ist, ist der Wickelwiderstand.

 

Der Lastverlust besteht aus 1- zusätzlichen Verlust

• Magnetverluste für die Leckage

Wirbelstromverlust in strukturellen Komponenten (wie Clips, Stahlplatten, Kastenwände usw.) aufgrund des Leckflusses des Transformators.

• Zusätzliche Kupferverluste

Zusätzlicher Verlust aufgrund einer ungleichmäßigen Stromverteilung aufgrund von Hautffekten und Proximity -Effekten. Diese Effekte sind bei hohen Lasten oder Frequenzen stärker ausgeprägt.

• Mechanische Verluste

Verlust aufgrund mechanischer Schwingung und Rauschen innerhalb des Transformators. Dieser Teil des Verlusts des Totalverlusts machte einen kleinen Anteil aus.

• Verluste für Kühlgeräte

In ölgezogenen Transformatoren verbrauchen die zum Abkühlen verwendeten Lüfter und Ölpumpen elektrische Energie, und diese Geräte erzeugen während des Betriebs Verluste.

 

 

Die Auswirkung der Temperatur auf den Verlust

• Kein Lastverlust

Der Effekt der Temperatur auf den Verlust ohne Ladung ist gering, was hauptsächlich den Widerstand des Kernmaterials beeinflusst, aber die Änderung ist gering. Der Hauptkomponenten -Eisenverlust (Hystereseverlust und Wirbelstromverlust) ist nicht empfindlich gegenüber Temperaturänderungen.

• Lastverlust

Die Temperatur hat einen großen Einfluss auf den Lastverlust, vor allem, weil der Widerstand des Leiters im Lastverlust mit der Temperaturänderung signifikant zunimmt. Infolgedessen nimmt der Wickelwiderstand mit zunehmender Temperatur zu, so dass der durch den Strom erzeugte Kupferverlust erheblich zunimmt. Da Kupferverlust der Hauptkomponente des Lastverlusts ist, ist der Einfluss der Temperaturerhöhung auf den Lastverlust offensichtlich.

 

Wo,

I=laden Strom

R=Widerstand

ρ=Widerstand

L=Länge des Drahtes

S=Querschnittsfläche des Drahtes

 

Referenztemperatur

Die Standardreferenztemperatur des No-Last-Verlusts und des Lastverlusts des Transformators besteht darin, die Konsistenz der Test- und Leistungsbewertung zu gewährleisten. Internationale und nationale Standards geben normalerweise Referenztemperaturen für diese Tests an.

 

Referenztemperatur	IEC	IEEE	CSA
Kein Lastverlust	Keine Kalibrierung erforderlich	20 Grad	85 Grad
Beim Lastverlust	75 Grad	85 Grad	85 Grad

 

Verlustkorrektur

Der Hauptgrund für die Korrektur des Verlusts des Transformators zur Standardreferenztemperatur besteht darin, die Vergleichbarkeit und Konsistenz der Testergebnisse unter verschiedenen Bedingungen sicherzustellen.

Temperatureffekt

Transformatorverluste, insbesondere Lastverluste, sind durch die Temperatur signifikant beeinflusst. Der Wicklungswiderstand nimmt mit zunehmender Temperatur zu, was zu einem erhöhten Lastverlust führt. Durch die Korrektur des Verlustwerts auf eine Standardreferenztemperatur kann der Effekt von Temperaturänderungen beseitigt werden, wodurch die Ergebnisse unter verschiedenen Testbedingungen vergleichbar sind

Standardisierung

Verwendet eine gleichmäßige Referenztemperatur, wie 75 oder 85 Grad

 

 

Definition

• Die Effizienz des Transformators bezieht sich auf das Verhältnis zwischen der Eingangsleistung und der Ausgangsleistung, die normalerweise als Prozentsatz ausgedrückt wird, und die vereinfachte Verständnisformel ist wie folgt