Straty żelaza i straty w miedzi transformatora

Każde urządzenie elektryczne będzie ponosić straty podczas długotrwałej eksploatacji, a transformatory energetyczne nie są wyjątkiem. Straty transformatorów energetycznych dzielą się głównie na straty w miedzi i straty w żelazie.

Definicja i zasada działania

Miedź odgrywa ważną rolę w transformatorach. Druty miedziane są zwykle używane w uzwojeniach transformatorów. "Straty w miedzi" w transformatorze to straty spowodowane przez druty miedziane. "Straty w miedzi" transformatora nazywane są również stratami obciążeniowymi. Tak zwane straty obciążeniowe to straty zmienne. Gdy transformator pracuje pod obciążeniem, występuje opór, gdy prąd przepływa przez drut, co powoduje straty oporowe. Zgodnie z prawem Joule'a, ten opór generuje ciepło Joule'a, gdy prąd przez niego przepływa, a im większy prąd, tym większa strata mocy. Dlatego straty oporowe są proporcjonalne do kwadratu prądu i nie mają nic wspólnego z napięciem. Właśnie dlatego, że zmieniają się wraz z prądem, straty w miedzi (straty obciążeniowe) są stratami zmiennymi i są również główną stratą podczas pracy transformatora.

Czynniki wpływające

Wielkość prądu: Jak wspomniano powyżej, straty w miedzi są proporcjonalne do kwadratu prądu, więc wielkość prądu jest kluczowym czynnikiem wpływającym na straty w miedzi.
Rezystancja uzwojenia: Rezystancja uzwojenia bezpośrednio wpływa na straty w miedzi. Im większa rezystancja, tym wyższe straty w miedzi. Liczba warstw cewki: Im więcej warstw cewki, tym dłuższa ścieżka przepływu prądu w uzwojeniu, a rezystancja odpowiednio wzrośnie, powodując zwiększenie strat w miedzi. Częstotliwość przełączania: Wpływ częstotliwości przełączania na straty w miedzi transformatora jest bezpośrednio związany z parametrami rozproszonymi i charakterystyką obciążenia transformatora. Gdy charakterystyka obciążenia i parametry rozproszone są indukcyjne, straty w miedzi maleją wraz ze wzrostem częstotliwości przełączania; gdy są pojemnościowe, straty w miedzi rosną wraz ze wzrostem częstotliwości przełączania. Wpływ temperatury: Straty obciążeniowe są również zależne od temperatury transformatora. Jednocześnie strumień upływu spowodowany prądem obciążenia generuje straty prądów wirowych w uzwojeniu i straty rozproszone w metalowej części na zewnątrz uzwojenia.

Metoda obliczania

Istnieją dwa wzory obliczeniowe
1. Wzór oparty na prądzie znamionowym i rezystancji:
Straty w miedzi (jednostka: kW) = I² × Rc × Δt
Gdzie I to prąd znamionowy transformatora, Rc to rezystancja przewodnika miedzianego, a Δt to czas pracy transformatora.
2. Wzór oparty na prądzie znamionowym i całkowitej rezystancji miedzi: Straty w miedzi = I² × R
Gdzie I reprezentuje prąd znamionowy transformatora, a R reprezentuje całkowitą rezystancję miedzi transformatora. Całkowitą rezystancję miedzi R transformatora można obliczyć za pomocą następującego wzoru:

R = (R1 + R2) / 2
Gdzie R1 reprezentuje rezystancję miedzi pierwotnej transformatora, a R2 reprezentuje rezystancję miedzi wtórnej transformatora.

Metody redukcji strat w miedzi

Zwiększenie przekroju uzwojenia transformatora: zmniejszenie rezystancji przewodnika, tym samym skuteczne zmniejszenie strat w miedzi transformatora. Użycie wysokiej jakości materiałów przewodzących: takich jak folia miedziana lub aluminiowa w celu zmniejszenia rezystancji uzwojenia. Zmniejszenie czasu pracy transformatora przy lekkim obciążeniu: ograniczenie proporcji czasu, w którym transformator jest lekko obciążony, co sprzyja zmniejszeniu strat w miedzi transformatora.