Ztráty transformátoru naprázdno v detailu: definice, příčiny a výpočty

Co je ztráta transformátoru bez zatížení

Ztráty transformátoru naprázdno se vztahují k činnému výkonu spotřebovanému transformátorem, když je sekundární vinutí transformátoru otevřeno a primární vinutí používá jmenovitou frekvenci a jmenovité napětí. To znamená, že při nepřítomnosti zátěže transformátor sám při provozu ztrácí. Ztráty naprázdno se skládají především ze ztrát v železe a proudových ztrát naprázdno.

Ztráta železa (ztráta jádra)

když je jádro transformátoru ve střídavém elektromagnetickém poli, materiál jádra bude v důsledku střídavého magnetického toku vířivý proud a hysterezní efekt, což vede ke ztrátě energie. Tato část ztrát souvisí s konstrukcí transformátoru, úrovní napětí a vlastnostmi materiálu, obvykle je nevyhnutelná.

Ztráta proudu bez zatížení

když je transformátor ve stavu bez zátěže, ačkoli není žádná zátěž, ale kvůli cívce transformátoru stále teče proud, tato část proudu generovaná ztrátou mědi se nazývá proudová ztráta bez zátěže. Souvisí se stejnosměrným odporem cívky transformátoru a velikostí proudu.

Přestože ztráty naprázdno obvykle představují malé procento celkových ztrát, mohou přesto ovlivnit celkovou účinnost transformátoru, zejména při dlouhodobém provozu.

Důvody nadměrných ztrát transformátoru naprázdno

Příliš velké ztráty transformátoru naprázdno obvykle naznačují, že jsou problémy v konstrukci nebo provozu, mezi hlavní důvody patří:

Špatná kvalita jádrového materiálu

Materiál jádra přímo ovlivňuje hysterezi a ztráty vířivými proudy. Pokud je použitý materiál jádra, jako je křemíkový ocelový plech, špatné kvality, zvýší se hysterezní ztráty a ztráty vířivými proudy, což vede k nárůstu ztrát bez zatížení.

Konstrukce železného jádra je nerozumná

Plocha průřezu železného jádra, tvar, technologie zpracování a další faktory ovlivňují rozložení magnetického toku transformátoru. Pokud není konstrukce vhodná, železné jádro se snadno nasytí, což následně zvyšuje ztráty.

Kolísání napětí je příliš velké

Ztráta naprázdno souvisí s napětím přivedeným na primární stranu transformátoru. Při velkém kolísání napětí se mění hustota magnetického toku v železném jádře, což vede ke zvýšeným ztrátám v železe. Pokud je skutečné napětí vyšší než jmenovité napětí, ztráty se exponenciálně zvyšují.

Problémy s kvalitou zpracování železného jádra

Železné jádro v procesu zpracování, pokud dojde k nepřesnému řezání, špatné izolaci mezi vrstvami nebo špatnému kontaktu železných třísek, zvýší ztrátu hystereze a ztrátu vířivými proudy.

Stárnutí transformátoru

Transformátor s rostoucí dobou provozu může snižovat izolační vlastnosti a magnetickou propustnost železného jádra, což vede ke zvýšení ztrát bez zatížení.

Jak vypočítat ztráty transformátoru naprázdno

Ztráty naprázdno transformátoru se skládají především ze ztrát v železe a proudových ztrát naprázdno, z nichž hlavní část tvoří ztráty v železe.

Vzorec pro výpočet ztrát bez zatížení je následující.

ztráta bez zatížení = k × P × G

Patří mezi ně:

k: procesní ztrátový koeficient naprázdno v závislosti na konstrukci a výrobním procesu transformátoru;

P: jednotková ztráta, obvykle určená vlastnostmi materiálu;

G: hmotnost železného jádra v závislosti na objemu a materiálu transformátoru.

Podrobný výpočet ztrát železa:

Ztráty v železe se skládají především z hysterezních ztrát a ztrát vířivými proudy, vzorec je:

Patří mezi ně:

kn a kw: konstantní;

f: frekvence vnějšího napětí transformátoru;

Bm : maximální hustota toku v železném jádře;

n: Shteinmetzova konstanta, obvykle 2,5 až 3,5.

To znamená, že ztráta naprázdno úzce souvisí s velikostí přiloženého napětí, frekvencí a výkonem materiálu jádra. Klíčem k řízení ztrát naprázdno je udržení stability napětí a výběr kvalitních materiálů jádra během provozu.