Straty transformatora bez obciążenia w szczegółach: definicja, przyczyny i obliczenia

Co to jest strata transformatora bez obciążenia

Strata transformatora bez obciążenia odnosi się do mocy czynnej pobieranej przez transformator, gdy uzwojenie wtórne transformatora jest otwarte, a uzwojenie pierwotne stosuje częstotliwość znamionową i napięcie znamionowe. Oznacza to, że w przypadku braku obciążenia, transformator sam w sobie pracuje ze stratami. Straty bez obciążenia składają się głównie ze strat żelaza i strat prądu bez obciążenia.

Utrata żelaza (utrata rdzenia)

Gdy rdzeń transformatora znajduje się w zmiennym polu elektromagnetycznym, w materiale rdzenia występują zmienne prądy wirowe strumienia magnetycznego i efekt histerezy, co powoduje straty energii. Ta część strat jest związana z konstrukcją transformatora, poziomem napięcia i właściwościami materiału, zwykle nieuniknionymi.

Strata prądu bez obciążenia

Gdy transformator jest w stanie bez obciążenia, chociaż nie ma obciążenia, ale ze względu na cewkę transformatora nadal płynie prąd, ta część prądu generowanego przez straty miedzi nazywana jest stratą prądu bez obciążenia. Jest to związane z rezystancją DC cewki transformatora i wielkością prądu.

Chociaż straty bez obciążenia zwykle stanowią niewielki procent całkowitych strat, mogą one nadal wpływać na ogólną sprawność transformatora, zwłaszcza podczas długotrwałej pracy.

Przyczyny nadmiernych strat transformatora bez obciążenia

Zbyt duża strata transformatora bez obciążenia zwykle wskazuje na problemy w projektowaniu lub działaniu, główne przyczyny obejmują:

Niska jakość materiału rdzenia

Materiał rdzenia bezpośrednio wpływa na histerezę i straty wiroprądowe. Jeśli zastosowany materiał rdzenia, taki jak blacha ze stali krzemowej, jest niskiej jakości, straty histerezy i straty wiroprądowe wzrosną, co spowoduje wzrost strat bez obciążenia.

Konstrukcja żelaznego rdzenia jest nierozsądna

Obszar przekroju rdzenia żelaznego, kształt, technologia przetwarzania i inne czynniki wpływają na rozkład strumienia magnetycznego transformatora. Jeśli konstrukcja nie jest odpowiednia, żelazny rdzeń łatwo się nasyca, co z kolei zwiększa straty.

Wahania napięcia są zbyt duże

Straty bez obciążenia są związane z napięciem przyłożonym do strony pierwotnej transformatora. Gdy wahania napięcia są duże, gęstość strumienia magnetycznego w żelaznym rdzeniu zmienia się, co powoduje zwiększone straty żelaza. Jeśli rzeczywiste napięcie jest wyższe niż napięcie znamionowe, straty rosną wykładniczo.

Problemy z jakością przetwarzania rdzenia żelaznego

Żelazny rdzeń w procesie przetwarzania, jeśli występuje niedokładne cięcie, zła izolacja między warstwami lub słaby kontakt wiórów żelaza, zwiększy straty histerezy i straty wiroprądowe.

Starzenie się transformatora

Transformator wraz ze wzrostem czasu pracy, wydajność izolacji i przenikalność magnetyczna rdzenia żelaznego może się zmniejszać, powodując zwiększone straty bez obciążenia.

Jak obliczyć straty transformatora bez obciążenia?

Straty bez obciążenia transformatora składają się głównie ze strat żelaza i strat prądu bez obciążenia, z których straty żelaza są główną częścią.

Wzór na obliczanie strat bez obciążenia jest następujący.

straty bez obciążenia = k × P × G

Wśród nich:

k: współczynnik procesu strat bez obciążenia, zależny od projektu i procesu produkcji transformatora;

P: strata jednostkowa, zwykle określana na podstawie właściwości materiału;

G: waga rdzenia żelaznego, w zależności od objętości i materiału transformatora.

Szczegółowe obliczenia strat żelaza:

Straty żelaza składają się głównie ze strat histerezy i strat wiroprądowych, wzór jest następujący:

Wśród nich:

kn i kw: stała;

f: częstotliwość napięcia zewnętrznego transformatora;

Bm: maksymalna gęstość strumienia w żelaznym rdzeniu;

n: Stała Shteinmetza, zwykle od 2,5 do 3,5.

Oznacza to, że straty bez obciążenia są ściśle związane z wielkością przyłożonego napięcia, częstotliwością i wydajnością materiału rdzenia. Utrzymanie stabilności napięcia i wybór wysokiej jakości materiałów rdzenia podczas pracy jest kluczem do kontrolowania strat bez obciążenia.