نحوه محاسبه تلفات در ترانسفورماتور توزیع

محاسبه تلفات در یک ترانسفورماتور توزیع یک جنبه حیاتی برای تامین کنندگان و مصرف کنندگان است. به عنوان یک تامین کننده ترانسفورماتور توزیع، درک این تلفات نه تنها به ارائه محصولات با کیفیت بالا کمک می کند، بلکه به راهنمایی مشتریان در استفاده کارآمد نیز کمک می کند. در این پست وبلاگ، انواع تلفات در ترانسفورماتورهای توزیع و نحوه محاسبه آنها را بررسی خواهم کرد.

انواع تلفات در ترانسفورماتورهای توزیع

عمدتاً دو نوع تلفات در ترانسفورماتورهای توزیع وجود دارد: تلفات بدون بار و تلفات بار.

تلفات بدون بار (تلفات اصلی)

تلفات بدون بار، که به عنوان تلفات هسته نیز شناخته می شود، حتی زمانی رخ می دهد که ترانسفورماتور هیچ باری به سمت ثانویه خود متصل نباشد. این تلفات در درجه اول به دلیل دو عامل است: افت هیسترزیس و افت جریان گردابی.

از دست دادن هیسترزیس: از دست دادن هیسترزیس در اثر مغناطیس و مغناطیس زدایی مکرر مواد هسته ترانسفورماتور ایجاد می شود. هنگامی که یک جریان متناوب از سیم پیچ اولیه عبور می کند، میدان مغناطیسی در هسته تغییر جهت می دهد. ماده هسته در برابر این تغییرات مقاومت می کند و انرژی به صورت گرما تلف می شود. افت هیسترزیس ($P_h$) را می توان با استفاده از فرمول Steinmetz محاسبه کرد:

[P_h = k_h f B_m^n V]

که در آن $k_h$ ثابت پسماند Steinmetz است که به ماده هسته بستگی دارد. $f$ فرکانس جریان متناوب است. $B_m$ حداکثر چگالی شار در هسته است. $n$ توان Steinmetz است (معمولاً بین 1.5 تا 2.5 برای اکثر مواد مغناطیسی). و $V$ حجم هسته است.

از دست دادن جریان گردابی: افت جریان گردابی به دلیل جریان های گردشی القایی (جریان های گردابی) در هسته است. هنگامی که میدان مغناطیسی در هسته تغییر می کند، نیروهای الکتروموتور (EMF) را در مواد هسته ایجاد می کند که به نوبه خود باعث ایجاد جریان های گردابی می شود. این جریان ها از مقاومت ماده هسته عبور می کنند و انرژی را به صورت گرما تلف می کنند. تلفات جریان گردابی ($P_e$) را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

[P_e=k_e f^2 B_m^2 t^2 V]

که $k_e$ ثابت جریان گردابی است، $f$ فرکانس، $B_m$ حداکثر چگالی شار، $t$ ضخامت لایه های هسته، و $V$ حجم هسته است.

مجموع تلفات بدون بار ($P_{nl}$) مجموع تلفات هیسترزیس و تلفات جریان گردابی است:

[P_{nl}=P_h + P_e]

تلفات بار (تلفات مس)

تلفات بار که تلفات مس نیز نامیده می شود، زمانی رخ می دهد که باری به سمت ثانویه ترانسفورماتور متصل باشد. این تلفات ناشی از مقاومت سیم پیچ های ترانسفورماتور است. وقتی جریان از سیم پیچ ها عبور می کند، طبق قانون ژول، نیرو به صورت گرما تلف می شود.

تلفات مس ($P_{cu}$) در یک ترانسفورماتور را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:

[P_{cu}=I^2 R]

که در آن $I$ جریان عبوری از سیم پیچ و $R$ مقاومت سیم پیچ است. در ترانسفورماتور توزیع سیم پیچ اولیه و ثانویه وجود دارد و تلفات مس مجموع تلفات هر دو سیم پیچ است.

اگر جریان نامی ($I_{rated}$) و تلفات مس نامی ($P_{cu - rated}$) ترانسفورماتور را بدانیم و جریان بار واقعی $I_{actual}$ باشد، تلفات مس واقعی را می‌توان به صورت زیر محاسبه کرد:

[P_{cu}=\left(\frac{I_{واقعی}}{I_{rated}}\right)^2P_{cu - rated}]

مثال محاسبه

بیایید الف را در نظر بگیریمترانسفورماتور توزیع Yawei S11 1200KVA و 1600KVAبا پارامترهای زیر:

• توان نامی ($S_{rated}$): 1200 کیلو ولت آمپر
• تلفات بدون بار ($P_{nl}$): 2.2 کیلو وات
• تلفات بار نامی ($P_{cu - rated}$): 13.8 کیلو وات
• ترانسفورماتور با 80 درصد بار نامی خود کار می کند.

ابتدا نسبت جریان بار واقعی را محاسبه می کنیم. از آنجایی که بار 80٪ بار نامی است، (\frac{I_{واقعی}}{I_{rated}} = 0.8)

تلفات واقعی مس عبارتند از:

[P_{cu}=\left(\frac{I_{واقعی}}{I_{rated}}\right)^2P_{cu - rated}=(0.8)^2\times13.8\space kW = 8.832\space kW]

تلفات کل ($P_{total}$) ترانسفورماتور مجموع تلفات بدون بار و تلفات مس واقعی است:

[P_{total}=P_{nl}+P_{cu}=2.2\space kW + 8.832\space kW=11.032\space kW]

اهمیت محاسبه ضرر

محاسبه دقیق تلفات در ترانسفورماتورهای توزیع به چند دلیل از اهمیت بالایی برخوردار است.

برای تامین کنندگانی مانند ما، در طراحی محصول و کنترل کیفیت کمک می کند. با محاسبه دقیق تلفات، می توانیم طراحی ترانسفورماتور را بهینه کنیم، مانند انتخاب مواد هسته مناسب، تنظیم مقاومت سیم پیچ و بهبود سیستم خنک کننده. این تضمین می کند کهترانسفورماتورهای توزیعما عرضه می کنیم مطابق با استانداردهای بازده بالا مورد نیاز بازار.

برای مصرف کنندگان، درک تلفات برای عملکرد اقتصادی و انرژی کارآمد بسیار مهم است. با دانستن تلفات در سطوح مختلف بار، مصرف کنندگان می توانند مصرف برق خود را به طور موثرتری برنامه ریزی کنند، هزینه های انرژی را کاهش دهند و به حفاظت از محیط زیست کمک کنند.

عوامل موثر بر ضرر و زیان

عوامل متعددی می توانند بر تلفات ترانسفورماتورهای توزیع تأثیر بگذارند.

سطح بار: همانطور که در محاسبه تلفات بار نشان داده شده است، تلفات مس با مجذور جریان بار متناسب است. سطوح بار بالاتر منجر به تلفات مس قابل توجهی می شود.

مواد اصلی: کیفیت مواد هسته تاثیر عمده ای در تلفات بدون بار دارد. مواد هسته با کیفیت بالا با تلفات هیسترزیس کم و جریان گردابی، مانند هسته های فلزی آمورف، می توانند تلفات هسته ترانسفورماتور را تا حد زیادی کاهش دهند.

فرکانس: هر دو افت هیسترزیس و افت جریان گردابی به فرکانس جریان متناوب مربوط می شوند. فرکانس های بالاتر معمولاً منجر به تلفات بیشتر می شود.

دما: مقاومت سیم پیچ های ترانسفورماتور با افزایش دما افزایش می یابد. در نتیجه اتلاف مس نیز با دما افزایش می یابد. بنابراین، خنک سازی مناسب ترانسفورماتور برای حفظ تلفات کم ضروری است.

انتخاب ترانسفورماتور مناسب

هنگام انتخاب یک ترانسفورماتور توزیع، مهم است که ویژگی های تلفات آن را در نظر بگیرید.ترانسفورماتور توزیع ستاره دلتایک انتخاب محبوب در بسیاری از برنامه ها است. هنگام انتخاب ترانسفورماتور، به دنبال مدل هایی با تلفات بی بار و بار کم باشید. این ممکن است مستلزم سرمایه گذاری اولیه بالاتر باشد، اما صرفه جویی در انرژی بلند مدت می تواند قابل توجه باشد.

نتیجه گیری

محاسبه تلفات در ترانسفورماتور توزیع یک کار پیچیده اما ضروری است. با درک انواع مختلف تلفات، روش های محاسبه آنها و عوامل موثر بر آنها، هم تامین کنندگان و هم مصرف کنندگان می توانند تصمیمات آگاهانه ای اتخاذ کنند. به عنوان تامین کننده ترانسفورماتور توزیع، ما متعهد به ارائه ترانسفورماتورهای با راندمان بالا با تلفات کم هستیم. اگر به محصولات ما علاقه مند هستید یا در مورد محاسبه تلفات و انتخاب ترانسفورماتور سؤالی دارید، لطفاً برای تهیه و بحث های بیشتر با ما تماس بگیرید.

مراجع

• سیستم های قدرت الکتریکی: برنامه ریزی، طراحی و بهره برداری توسط SM Haldenwang و دیگران.
• اصول الکترونیک قدرت. توسط John G. Kassakian، Marc F. Schlecht و George C. Verghese.