En ideal transformator är mycket effektiv så att de inte har energiförluster, vilket innebär att strömmen som tillförs transformatorns ingångsterminal måste motsvara den ström som matas till transformatorns utgångsterminal. Så ingångseffekten och utgången kraft i en ideal transformator är lika inklusive noll energiförluster. Men i praktiken kommer inte både transformatorns ingångs- och uteffekt att vara lika på grund av elektriska förluster i transformatorn. Det är en statisk anordning eftersom den inte har några rörliga delar, så vi kan inte observera mekaniska förluster men elektriska förluster kommer att uppstå som koppar och järn. Den här artikeln diskuterar en översikt över olika typer av förluster i en transformator.
Typer av förluster i en transformator
Det finns olika typer av förluster som kommer att inträffa i transformatorn, såsom järn, koppar, hysteres, virvel, stray & dielektrikum. Kopparförlusten uppstår främst på grund av motståndet i transformatorlindningen medan hysteresförluster kommer att inträffa på grund av magnetiseringsförändringen i kärnan.
Typer av förluster i en transformator
Järnförluster i en transformator
Järnförluster uppstår främst genom det växlande flödet i transformatorns kärna. När denna förlust inträffar inom kärnan kallas den för förlust. Denna typ av förlust beror främst på materialets magnetisk egenskaper inom transformatorns kärna. Kärnan i transformatorn kan tillverkas med järn, så dessa kallas järnförluster. Denna typ av förlust kan kategoriseras i två typer som hysteres såväl som virvelström.
Hysteresförlust
Denna typ av förlust uppstår främst när växelström appliceras på transformatorns kärna kommer magnetfältet att vändas. Denna förlust beror främst på det kärnmaterial som används i transformatorn. För att minska denna förlust kan det högkvalitativa kärnmaterialet användas. CRGO- Kallvalsat kornorienterat Si-stål kan användas som transformatorns kärna så att hysteresförlust kan minskas. Denna förlust kan representeras genom att använda följande ekvation.
Ph = Khf Bx m
Var
'Kh' är den konstant som beror på kärnmaterialets kvalitet och volym i transformatorn
'Bm' är den högsta flödestätheten inom kärnan
'F' är den växlande flödesfrekvensen som annars levereras
'X' är Steinmetz-konstanten och värdet på denna konstant ändras huvudsakligen från 1,5 till 2,5.
Eddy Current Loss
När flödet väl är anslutet till en sluten krets, kan en emf induceras i kretsen och det finns en tillförsel i kretsen. Flödet av strömvärdet beror huvudsakligen på summan av en fm och motstånd i kretsområdet.
Transformatorns kärna kan utformas med ett ledande material. Flödet av ström i emf kan tillföras i materialets kropp. Detta strömflöde kallas virvelström. Denna ström kommer att inträffa när ledaren upplever ett förändrat magnetfält.
När dessa strömmar inte är ansvariga för att utföra någon funktionell uppgift, genererar det en förlust inom magnetmaterialet. Så det kallas som ett Eddy Current Loss. Denna förlust kan minskas genom att utforma kärnan med lätta lameller. Virvelström ekvationen kan härledas med hjälp av följande ekvation.
Pe = KeBm2t2f2V watt
Var,
'Ke' är koefficienten för virvelström. Detta värde beror huvudsakligen på magnetmaterialets natur som resistivitet och volym hos kärnmaterialet och bredden på lamellerna
'Bm' är den högsta flödestätheten i wb / m2
'T' är lamineringsbredden inom meter
'F' är frekvensen för omvänd magnetfält uppmätt i Hz
‘V’ är mängden magnetiskt material i m3
Kopparförlust
Kopparförluster uppstår på grund av det ohmiska motståndet i transformatorns lindningar. Om transformatorns primära och sekundära lindningar är I1 och I2, är motståndet för dessa lindningar R1 och R2. Så kopparförlusterna som uppstod i lindningarna är I12R1 respektive I22R2. Så, hela kopparförlusten kommer att bli
Pc = I12R1 + I22R2
Dessa förluster kallas också variabla eller ohmska förluster eftersom dessa förluster kommer att förändras baserat på belastningen.
Stray Loss
Dessa typer av förluster i en transformator kan inträffa på grund av läckagefältet. Jämfört med koppar- och järnförluster är procentandelen förluster mindre, så dessa förluster kan försummas.
Dielektrisk förlust
Denna förlust uppträder främst i transformatorns olja. Här är olja ett isolerande material. När oljan i transformatorn försämras, annars påverkas transformatorns effektivitet när oljekvaliteten försämras.
Effektivitet av transformator
Definitionen av effektivitet liknar en elektrisk maskin. Det är förhållandet mellan uteffekt och ingångseffekt. Effektiviteten kan beräknas med följande formel.
Effektivitet = uteffekt / ingångseffekt.
Transformatorn är en mycket effektiv enhet och belastningseffektiviteten för dessa enheter varierar huvudsakligen mellan 95% - 98,5%. När en transformator är mycket effektiv har dess in- och utgång nästan samma värde, och det är därför inte praktiskt att beräkna transformatorns effektivitet med hjälp av ovanstående formel. Men för att hitta dess effektivitet är följande formel bättre att använda
Effektivitet = (Input - Losses) / Input => 1 - (Losses / Iinput).
Låt kopparförlust är I2R1 medan järnförlust är Wi
Effektivitet = 1-förluster / ingång
= 1-I12R1 + Wi / V1I1CosΦ1
Ƞ = 1- (I1R1 / V1CosΦ1) Wi / V1I1CosΦ1
Differentiera ovanstående ekvation med avseende på ”I1”
d Ƞ / dI1 = 0- (R1 / V1CosΦ1) + Wi / V1I12 CosΦ1
'Ƞ' är maximalt vid d Ƞ / dI1 = 0
Därför blir effektiviteten 'Ƞ' maximal vid
R1 / V1CosΦ1 = Wi / V1I12 CosΦ1
I12R1 / V1I12 CosΦ1 = Wi / V1I12 CosΦ1
I12R1 = Wi
Därför kan transformatoreffektiviteten vara högst när järn- och kopparförluster är lika.
Så kopparförlust = järnförlust.
Således handlar det här om ett översikt över typerna av förluster i en transformator . I en transformator kan energiförlust inträffa av flera skäl. Så transformatorns effektivitet kommer att minskas. De främsta orsakerna till olika typer av förluster i en transformator beror på effekten av värme i spolen, magnetflödesläckage, magnetisering och demagnetisering av kärnan. Här är en fråga till dig, vilka är de olika typerna av transformatorer som finns på marknaden?
