Ideál transformátor je velmi efektivní, takže nemají energetické ztráty, což znamená, že energie dodávaná do vstupní svorky transformátoru musí být ekvivalentní energii dodávané do výstupní svorky transformátoru. Takže vstupní výkon a výstup Napájení v ideálním transformátoru jsou stejné, včetně ztrát nulové energie. V praxi se ale vstupní i výstupní výkon transformátoru nebude rovnat kvůli elektrickým ztrátám uvnitř transformátoru. Jedná se o statické zařízení, protože nemá žádné pohyblivé části, takže nemůžeme pozorovat mechanické ztráty, ale dojde k elektrickým ztrátám jako měď a železo. Tento článek pojednává o přehledu různých typů ztrát v transformátoru.
Druhy ztrát v transformátoru
V transformátoru mohou nastat různé druhy ztrát, například železo, měď, hystereze, víření, zbloudilost a dielektrikum. Ke ztrátě mědi dochází hlavně kvůli odpor ve vinutí transformátoru, zatímco ke ztrátám hystereze dojde v důsledku změny magnetizace uvnitř jádra.
Druhy ztrát v transformátoru
Ztráty železa v transformátoru
Ztráty železa nastávají hlavně střídavým tokem uvnitř jádra transformátoru. Jakmile k této ztrátě dojde v jádru, říká se jí ztráta jádra. Tento druh ztráty závisí hlavně na materiálu magnetický vlastnosti uvnitř jádra transformátoru. Jádro v transformátoru může být vyrobeno ze železa, proto se tomu říká ztráty železa. Tento typ ztráty lze rozdělit do dvou typů, jako je hystereze a vířivý proud.
Ztráta hystereze
Tento druh ztráty nastává hlavně tehdy, když střídavý proud je aplikováno na jádro transformátoru, pak bude magnetické pole obráceno. Tato ztráta závisí hlavně na materiálu jádra použitém v transformátoru. Ke snížení této ztráty lze použít vysoce kvalitní materiál jádra. CRGO - za studena válcovaná zrnitá Si ocel může být použita běžně jako jádro transformátoru, takže lze snížit ztráty hystereze. Tuto ztrátu lze vyjádřit pomocí následující rovnice.
Ph = Khf Bx m
Kde
„Kh“ je konstanta, která závisí na kvalitě a objemu materiálu jádra v transformátoru
„Bm“ je nejvyšší hustota toku v jádru
„F“ je frekvence střídavého toku, která se jinak dodává
„X“ je konstanta Steinmetz a hodnota této konstanty se mění hlavně z 1,5 na 2,5.
Ztráta vířivými proudy
Jakmile je tok připojen k uzavřenému obvodu, pak může být v obvodu indukován e.m.f a je tam zásobování v okruhu. Tok aktuální hodnoty závisí hlavně na součtu e.m.f a odporu v oblasti obvodu.
Jádro transformátoru může být navrženo z vodivého materiálu. Tok proudu v emf může být dodáván do těla materiálu. Tento tok proudu je znám jako vířivý proud. Tento proud nastane, jakmile vodič zažije měnící se magnetické pole.
Pokud tyto proudy nejsou odpovědné za provádění jakéhokoli funkčního úkolu, generuje ztrátu v magnetickém materiálu. Říká se tomu tedy ztráta vířivými proudy. Tuto ztrátu lze snížit vytvořením jádra pomocí mírných laminací. Rovnici vířivých proudů lze odvodit pomocí následující rovnice.
Pe = KeBm2t2f2V wattů
Kde,
„Ke“ je koefektivní látka na bázi vířivých proudů. Tato hodnota závisí hlavně na povaze magnetického materiálu, jako je měrný odpor a objem materiálu jádra a šířka laminací
„Bm“ je nejvyšší rychlost hustoty toku ve wb / m2
„T“ je šířka laminace v metrech
„F“ je frekvence zpětného chodu magnetického pole měřená v Hz
„V“ je množství magnetického materiálu vm3
Ztráta mědi
Ke ztrátám mědi dochází kvůli ohmickému odporu ve vinutí transformátoru. Pokud jsou primární a sekundární vinutí transformátoru I1 a I2, pak je odpor těchto vinutí R1 a R2. Takže ztráty mědi, ke kterým došlo ve vinutí, jsou I12R1 a I22R2. Celá ztráta mědi tedy bude
Pc = I12R1 + I22R2
Tyto ztráty se také nazývají variabilní nebo ohmické ztráty, protože tyto ztráty se budou měnit na základě zatížení.
Bludná ztráta
K těmto typům ztrát v transformátoru může dojít kvůli výskytu únikového pole. Ve srovnání se ztrátami mědi a železa je procento rozptýlených ztrát menší, takže tyto ztráty lze zanedbávat.
Dielektrická ztráta
K této ztrátě dochází hlavně v oleji transformátoru. Zde je olej izolačním materiálem. Jakmile se olej v transformátoru zhorší, jinak se sníží kvalita oleje, a tím bude ovlivněna účinnost transformátoru.
Účinnost transformátoru
Definice účinnosti je podobná jako u elektrického stroje. Je to poměr výstupního výkonu a příkonu. Účinnost lze vypočítat podle následujícího vzorce.
Účinnost = výstupní výkon / vstupní výkon.
Transformátor je vysoce efektivní zařízení a účinnost zátěže těchto zařízení se pohybuje hlavně mezi 95% - 98,5%. Když je transformátor vysoce účinný, pak jeho vstup a výstup mají téměř stejnou hodnotu, a proto není praktické vypočítat účinnost transformátoru pomocí výše uvedeného vzorce. Abychom však zjistili jeho účinnost, je lepší použít následující vzorec
Účinnost = (Vstup - Ztráty) / Vstup => 1 - (Ztráty / Vstup).
Nechť ztráta mědi je I2R1, zatímco ztráta železa je Wi
Efektivita = 1-ztráty / vstup
= 1-I12R1 + Wi / V1I1CosΦ1
Ƞ = 1- (I1R1 / V1CosΦ1) Wi / V1I1CosΦ1
Diferencovat výše uvedenou rovnici s ohledem na „I1“
d Ƞ / dI1 = 0- (R1 / V1CosΦ1) + Wi / V1I12 CosΦ1
„Ƞ“ je maximální při d Ƞ / dI1 = 0
Účinnost „Ƞ“ bude proto maximální při
R1 / V1CosΦ1 = Wi / V1I12 CosΦ1
I12R1 / V1I12 CosΦ1 = Wi / V1I12 CosΦ1
I12R1 = Wi
Účinnost transformátoru proto může být nejvyšší, jsou-li ztráty železa a mědi stejné.
Takže ztráta mědi = ztráta železa.
Jedná se tedy o vše o přehled typů ztrát v transformátoru . V transformátoru může dojít ke ztrátě energie z několika důvodů. Účinnost transformátoru se tedy sníží. Hlavní důvody různých typů ztrát v transformátoru jsou způsobeny účinkem tepla v cívce, únikem magnetického toku, magnetizací a demagnetizací jádra. Zde je otázka, jaké jsou různé typy transformátorů dostupných na trhu?
