Perdas sem carga do transformador em detalhes: definição, causas e cálculos

Qual é a perda sem carga do transformador?

A perda sem carga de um transformador refere-se à potência ativa consumida pelo transformador quando o enrolamento secundário do transformador está em circuito aberto e o enrolamento primário aplica a frequência nominal e a tensão nominal. Ou seja, na ausência de carga, o próprio transformador quando a operação da perda. A perda sem carga é composta principalmente de perda de ferro e perda de corrente sem carga.

Perda de ferro (perda de núcleo)

Quando o núcleo do transformador estiver no campo eletromagnético alternado, o material do núcleo será devido ao fluxo magnético alternado, à corrente de Foucault e ao efeito de histerese, resultando em perda de energia. Essa parte da perda está relacionada ao projeto do transformador, ao nível de tensão e às propriedades do material, geralmente inevitáveis.

Perda de corrente sem carga

Quando o transformador está no estado sem carga, embora não haja carga, mas devido à bobina do transformador ainda há fluxo de corrente, essa parte da corrente gerada pela perda de cobre é chamada de perda de corrente sem carga. Ela está relacionada à resistência CC da bobina do transformador e ao tamanho da corrente.

Embora as perdas sem carga geralmente representem uma pequena porcentagem das perdas totais, elas ainda podem afetar a eficiência geral do transformador, especialmente durante a operação de longo prazo.

Razões para perdas excessivas em vazio do transformador

A perda sem carga do transformador é muito grande, o que geralmente indica que há problemas no projeto ou na operação, e os principais motivos incluem:

Baixa qualidade do material do núcleo

O material do núcleo afeta diretamente a histerese e as perdas por correntes parasitas. Se o material do núcleo usado, como a qualidade da chapa de aço silício, for ruim, a perda por histerese e a perda por corrente parasita aumentarão, resultando em aumento da perda sem carga.

O design do núcleo de ferro não é razoável

A área da seção transversal do núcleo de ferro, a forma, a tecnologia de processamento e outros fatores afetarão a distribuição do fluxo magnético do transformador. Se o projeto não for adequado, o núcleo de ferro é facilmente saturado, o que, por sua vez, aumenta a perda.

A flutuação de tensão é muito grande

A perda sem carga está relacionada à tensão aplicada ao lado primário do transformador. Quando a flutuação da tensão é grande, a densidade do fluxo magnético no núcleo de ferro muda, resultando em maiores perdas de ferro. Se a tensão real for maior do que a tensão nominal, a perda aumentará exponencialmente.

Problemas de qualidade no processamento do núcleo de ferro

O núcleo de ferro no processo de processamento, se houver corte impreciso, mau isolamento entre as camadas ou mau contato dos cavacos de ferro, aumentará a perda por histerese e a perda por corrente parasita.

Envelhecimento do transformador

Com o aumento do tempo de operação, o desempenho do isolamento e a permeabilidade magnética do núcleo de ferro podem diminuir, resultando em maior perda sem carga.

Como calcular a perda sem carga do transformador

A perda sem carga do transformador é composta principalmente de perda de ferro e perda de corrente sem carga, sendo a perda de ferro a parte principal.

A fórmula para calcular a perda sem carga é a seguinte.

perda em vazio = k × P × G

Entre eles:

k: coeficiente do processo de perda sem carga, dependendo do projeto e do processo de fabricação do transformador;

P: perda unitária, geralmente determinada pelas propriedades do material;

G: peso do núcleo de ferro, dependendo do volume e do material do transformador.

Cálculo detalhado da perda de ferro:

A perda de ferro é composta principalmente pela perda por histerese e pela perda por corrente parasita, e a fórmula é a seguinte:

Entre eles:

kn e kw: constantes;

f: a frequência da tensão externa do transformador;

Bm: densidade máxima de fluxo no núcleo de ferro;

n: Constante de Shteinmetz, geralmente de 2,5 a 3,5.

Isso significa que a perda sem carga está intimamente relacionada ao tamanho da tensão aplicada, à frequência e ao desempenho do material do núcleo. Manter a estabilidade da tensão e selecionar materiais de núcleo de alta qualidade durante a operação é a chave para o controle das perdas sem carga.