Transformatorverluste – Lastverluste und Leerlaufverluste
Während des Spannungsumwandlungsprozesses in einem Transformator geht eine gewisse Leistung verloren. Der Strom fließt in einer Transformatorwicklung und das magnetische Wechselfeld im Kern trägt zu den meisten Transformatorverlusten bei. Lassen Sie uns im Detail lernen, die verschiedenen Transformatorverluste.
Arten von Transformatorverlusten
- Leerlaufverluste
- Kernverluste oder Eisenverluste
- Hystereseverlust
- Wirbelstromverlust
- Streuverluste
- Dielektrische Verluste
- Kupferverlust durch Leerlaufverluste
- Kernverluste oder Eisenverluste
- Lastverlust oder Kupferverlust
Leerlaufverluste
Alle Transformatorverluste, die unabhängig von den Lastschwankungen immer konstant sind, werden als Leerlaufverluste bezeichnet. Sie variieren nicht je nach Belastung eines Transformators. Schon eine geringe Reduzierung der Leerlaufverluste kann bei großen Transformatoren zu erheblichen Energieeinsparungen führen.
Kernverluste oder Eisenverluste
Kernverluste treten im Stahlkern des Transformators aufgrund des zur Erregung des Kerns erforderlichen Magnetisierungsstroms auf. Der Magnetisierungsstrom bleibt im Leerlauf und bei Volllast gleich. Kernverluste werden auch als Eisenverluste in Transformatoren bezeichnet. Die Kernverluste bilden zwei Komponenten: Hystereseverluste und Wirbelstromverluste.
Hystereseverluste
Hystereseverlust es ist der höchste Beitrag zu den Kernverlusten. Der Kern eines Transformators besteht aus ferromagnetischen Materialien wie Siliziumstahl. Wenn in einem Magnetfeld angeordnet, die Moleküle in ihnen in eine Richtung orientiert, abhängig von der Polarität des Feldes. Das durch einen Wechselstrom erzeugte Magnetfeld variiert jedoch mit einer Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz. Daher widerstehen die Moleküle einer so schnellen Änderung der Magnetisierung. Dieser Widerstand gegen die Änderung der Magnetisierung führt zu Energieverlusten in Form von Wärme im Kern. Der Energieverlust durch Hysterese wird als Hystereseverlust bezeichnet. Der Hystereseverlust wird durch die für den Kern verwendete Stahlblechsorte bestimmt.
Wirbelstromverlust
Das magnetische Wechselfeld induziert zirkulierende Ströme in jeder Stahllaminierung des Kerns. Diese Ströme tragen nicht zur Energieübertragung zwischen Primär- und Sekundärwicklung bei, sondern werden als Wärme im Kern abgeführt. Die induzierten Ströme sind als Wirbelströme bekannt und die durch sie verursachte Verlustleistung wird als Wirbelstromverlust bezeichnet.
Der Wirbelstromverlust in einem Transformator ist direkt proportional zur Dicke der Bleche, zum Quadrat der Versorgungsfrequenz und zum Quadrat der Flussdichte.
Streu-Wirbelstrom-Verlust
Der Begriff Streu-Wirbelstrom-Verluste bezieht sich auf die zusätzlichen Verluste, die in Transformatoren infolge von Wirbelströmen auftreten, die in metallischen Teilen eines Transformators mit Ausnahme des Transformatorkerns induziert werden. Dazu gehören die Wirbelstromverluste in Kernklemmen, Bolzen, Transformatorbehälter und sogar Transformatorwicklungen selbst.
Dielektrische Verluste
Ein Teil der Leistung geht in den Isoliermaterialien verloren, insbesondere im Transformatoröl.
Hystereseverlust und Wirbelstromverlust machen zusammen 90% der Leerlaufverluste aus, während Streu-Wirbelstromverluste, dielektrische Verluste und Kupferverluste aufgrund von Leerlaufverlusten die restlichen 10% ausmachen.
Der Kupferverlust durch Leerlaufstrom ist gering und wird daher oft vernachlässigt. Leerlaufverluste hängen in erster Linie von der Spannung und Frequenz ab, so dass sie unter Betriebsbedingungen nur geringfügig mit Systemschwankungen variieren. Die Leerlaufverluste des Transformators können reduziert werden, indem der Kern aus hochwertigen magnetischen Stahlkernmaterialien aufgebaut und die Kernabmessungen optimiert werden.
Last verlust oder Kupfer Verlust (I2R verlust)
Last verlust oder kupfer verlust auftritt in die primäre und sekundäre spulen von transformatoren, ist das ergebnis von spule widerstand. Es ist lastabhängig. Es ist proportional zum Quadrat von Strom und Widerstand der Spulen. Es wird auch als I2R-Verlust bezeichnet.
Seien Ip und Rp der Primärstrom bzw. der Spulenwiderstand und Is und Rs der Primärstrom bzw. der Spulenwiderstand. Dann ist die Summe gegeben durch
Gesamtkupferverlust = Ip2Rp + Is2Rs
Da die Kupferverluste vom Spulenwiderstand abhängen, ist es notwendig, die Spulenleiter richtig zu dimensionieren, um den Spulenwiderstand zu begrenzen.
Transformatorverluste können durch sorgfältiges Design und richtige Dimensionierung der Komponenten reduziert werden. Leistungsverlust in einem Transformator ist unvermeidlich. Selbst ein unter Spannung stehender Transformator, der jedoch nicht an die Last angeschlossen ist, verschwendet etwas Energie in Form von Leerlaufverlusten. Der Leistungsgesamtverlust in einem Transformator wird durch die folgende Formel angegeben.
Gesamttransformatorverluste = Kernverluste + Kupferverluste
Die Kernverluste und Kupferverluste können durch Durchführung von Leerlauf- und Kurzschlussprüfungen in einem Transformator bestimmt werden.
Mehr erfahren: Leerlaufprüfung & Kurzschlussprüfung in Transformatoren