Olkaamme todellisia{0}}muuntajat eivät taianomaisesti muuta kaikkea syöttötehoa hyödylliseksi ulostuloksi. Ne ovat varmasti melko tehokkaita, mutta aina on energiaa, joka "imeytyy" ja muuttuu lämmöksi. Tämä lämpö tulee pääasiassa kahdesta suuresta häviöstä:
Ydinhäviöt (rautahäviöt)
Kuparihäviöt (käämihäviöt)
Jos ymmärrät nämä tappiot, voit tehdä niillä paljon paremmintehokkuutta, lämpösuunnittelu, jakäyttökustannukset. Ja rehellisesti sanottuna muuntajahäviöt eivät ole vain teoreettinen asia,{1}}nämä häviöt vaikuttavat suoraan siihen, kuinka paljon maksat ja kuinka kauan laitteet pysyvät kunnossa.
Muuntajahäviöiden tyypit
Perushäviöt (ei-kuormitushäviöitä)
Sydänhäviöt ovat useimmiten olemassa, vaikka muuntaja ei ole raskaasti kuormitettu. Siksi niitä usein kutsutaanei-kuormitushäviöitä-he jäävätmelko vakiokuorman kanssa.
Perushäviöitä ovat tyypillisesti:
Hystereesin menetys: energiaa, jota käytetään magneettisten domeenien kääntämiseen ydinmateriaalissa
Pyörrevirran menetys: laminoinnissa indusoituvat virrat, jotka myös muuttuvat lämmöksi
Miten ydinhäviöt mitataan?
Ne mitataan käyttämälläOpen Circuit (OC) -testi:
Ensiövirtaan syötetään nimellisjännite
Toissijainen jääavoin-piiri
Wattimittarin lukema antaa sinulle ydinhäviön, joka yleensä kirjoitetaan muodossa
Likimääräiset ydin-tappiosuhteet
Insinöörit käyttävät usein tällaisia yksinkertaistettuja kaavoja (hyvä ymmärtää suuntauksia, vaikka todelliset muuntajat eivät ole koskaan "täydellisiä"):
Jossa:
Kuparihäviöt (kuormitushäviöt)
Kuparihäviöitä tapahtuu, koska virta kulkee käämien läpi. Ja aina kun virta kulkee vastuksen läpi, saat lämmityksen-klassikkoa
.
Keskeinen kohta:kuparihäviöt kasvavat kuormitusvirran neliön mukana, mikä tarkoittaa, että ne voivat nousta nopeasti, kun muuntajaa kuormitetaan raskaammin.
Miten kuparihäviöt mitataan?
Ne löytyvät käyttämälläOikosulkutesti (SC).:
Yksi käämitys on oikosulussa
Jännite asetetaan vähitellen toiseen käämiin, kunnes nimellisvirta kiertää
Wattimittarin lukema ontäysi-kuormituskuparihäviö, kutsutaan usein
Kuparihäviö millä tahansa kuormitustasolla
Jos kuormitusvirta on
ja nimellisvirta on
sitten:
Joten kyllä-jos lataat muuntajan 50 %:iin, kuparihäviöt eivät puolitu; ne putoavat noin neljännekseen. Se on "neliö" vaikutus tekee tehtävänsä.
Muuntajan hyötysuhteen laskenta
Muuntajan tehokkuus kertoo, kuinka paljon hyödyllistä tehoa todellisuudessa saat, verrattuna siihen, mitä käytät, mukaan lukien häviöt:
Käytännöllisempi tapa (kVA, PF ja kuormitusosuus)
Todellisissa{0}}laskelmissa on yleistä käyttää kVA-arvoa ja tehokerrointa (PF). Yksi käytännön muoto on:
Milloin tehokkuus on huipussaan?
Huipputehokkuus tapahtuu yleensä, kun:
Ja monissa jakelumuuntajissa tuo "suloinen paikka" osuu usein ympärille50-70 % täydestä kuormasta. (Ei luonnonlaki, mutta se on yleinen malli.)
Käytännön esimerkki (toiminut skenaario)
Oletetaan, että meillä on a500 kVA, 11 kV/415 Vjakelumuuntaja valmistajan testitiedoilla:
Kuparihäviö tietyllä kuormalla
Jos kuorma on
, sitten:
Esimerkiksi 50 %:n kuormituksella:
Se on melko lähellä ydinhäviötä (1,8 kW), mikä selittää, miksi hyötysuhde on usein korkein tällä kuormitustasolla.
Häviöt ja tehokkuus eri kuormilla (Unity PF)
(Käytä unity PF:ää kuten alkuperäisessä esimerkissäsi.)
| kuormitus (%) | Kuorma kVA | Kuparihäviö (kW) | Kokonaishäviö (kW) | Teho (kW) | Tehokkuus (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 25 | 125 | 0.39 | 2.19 | 125 | 98.27 |
| 50 | 250 | 1.55 | 3.35 | 250 | 98.68 |
| 75 | 375 | 3.49 | 5.29 | 375 | 98.61 |
| 100 | 500 | 6.20 | 8.00 | 500 | 98.43 |
Tekijät, jotka vaikuttavat muuntajan hävikkiin
Tappiot eivät vain "tapahdu"-neihin vaikuttavat monet suunnittelun ja toiminnan yksityiskohdat, kuten:
Ydinmateriaali
Paremmat materiaalit (kuten korkealaatuinen{0}}piiteräs tai amorfiset seokset) vähentävät yleensä hystereesiä.
Suunniteltu vuotiheys
Alentaa
vähentää ydinhäviöitä-mutta se voi vaatia suuremman ytimen kokoa.
Käämitysvastus
Paksummat johtimet / pienempi resistanssi vähentävät yleensä kuparihäviöitä.
Lämpötila
Resistanssi kasvaa lämpötilan myötä, joten myös kuparihäviöt kasvavat. (Korjataan usein standardiin, kuten 75 astetta, riippuen IEC/IEEE-sopimuksista.)
Yliaallot kuormassa
Epälineaariset kuormitukset voivat lisätä ylimääräisiä pyörrevirtoja ja hajahäviöitä,-joten "todellinen häviö" voi olla huonompi kuin mitä voit odottaa puhtaalla sinimuotoisella kuormituksella.
Tyypillinen tappion jakautuminen (peukalosääntö)
Erityyppiset/kokoiset muuntajat pyrkivät jakamaan häviöt eri tavalla. Yleinen karkea ohje on:
Pienemmät jakelumuuntajat: ydinhäviö voi olla ~25–40 %, kupari ~60–75 %
Tehomuuntajat (isommat).: ydinhäviö ~30-50%, kupari ~50-70%
Jälleen, se vaihtelee suunnittelun mukaan,{0}}mutta se on hyödyllinen mielikuva.
Päätös- / Päätelmä
Jos lasket muuntajan häviöt tarkasti, voit tehdä älykkäämpiä päätöksiä seuraavista asioista:
kuinka mitoittaa muuntaja,
kuinka ladata se tehokkaasti,
ja kuinka suunnitella huolto ennen kuin asiat tulevat kalliiksi.
OC- ja SC-testit antavat vankkaa todellista-dataa, mutta nykyaikainen muuntajatekniikka menee usein tätä pidemmälle-käyttää elementtianalyysiä esimerkiksi hajahäviöiden ja kuumapisteiden lämpötilojen{2}} arvioimiseen (joissa vikariskit yleensä piiloutuvat).
Sähkön hinnannousu ja maailmanlaajuisesti tiukemmat tehokkuusvaatimukset (ajatellen DOE/EU{0}}tyylisiä aloitteita) hävikkien minimoiminen ei ole enää vain "kiva saada"-se on todellinen taloudellinen ja ympäristönsuojelun prioriteetti.
Alarivi:Tarkista aina nimikilven tiedot ja noudata standardeja, kutenIEC 60076kun tarvitset todistettuja tappioarvoja.
