Tout type d'équipement électrique subira des pertes pendant le fonctionnement à long terme, et les transformateurs de puissance ne font pas exception. Dans les pertes de transformateurs de puissance, ils sont principalement divisés en deux parties: la perte de cuivre et la perte de fer.
Perte de cuivre
Définition et principe
Le cuivre joue un rôle important dans les transformateurs. Les enroulements des transformateurs utilisent généralement des fils de cuivre, et la "perte de cuivre" dans le transformateur est la perte générée par les fils de cuivre. La "perte de cuivre" d'un transformateur est également connue sous le nom de perte de charge. La perte dite de charge est une perte variable et elle change. Lorsque le transformateur fonctionne sous charge, il y a une résistance lorsque le courant passe à travers les fils, entraînant une perte de résistance. Selon la loi de Joule, lorsque le courant passe par cette résistance, la chaleur de Joule sera générée et plus le courant est grand, plus la perte de puissance est grande. Ainsi, la perte de résistance est proportionnelle au carré du courant et n'a rien à voir avec la tension. Précisément parce qu'il change avec l'amplitude du courant, la perte de cuivre (perte de charge) est une perte variable, et c'est également la principale perte pendant le fonctionnement du transformateur.
Influencer les facteurs
Magnitude du courant: Comme mentionné ci-dessus, la perte de cuivre est proportionnelle au carré du courant, de sorte que l'ampleur du courant est un facteur clé affectant la perte de cuivre.
Résistance à l'enroulement: La résistance de l'enroulement affecte directement la perte de cuivre. Plus la résistance est grande, plus la perte de cuivre est élevée.
Nombre de couches de bobine: plus le nombre de couches de bobine est confrontée, plus le chemin pour le courant s'écoule dans l'enroulement et la résistance augmentera également en conséquence, entraînant une augmentation de la perte de cuivre.
Fréquence de commutation: L'influence de la fréquence de commutation sur la perte de cuivre du transformateur est directement liée aux paramètres de distribution du transformateur et aux caractéristiques de charge. Lorsque les caractéristiques de charge et les paramètres de distribution présentent ensemble une caractéristique inductive, la perte de cuivre diminue à mesure que la fréquence de commutation augmente; Lorsqu'ils présentent ensemble une caractéristique capacitive, la perte de cuivre augmente à mesure que la fréquence de commutation augmente.
Influence de la température: La perte de charge est également affectée par la température du transformateur. Dans le même temps, le flux magnétique des fuites causé par le courant de charge générera une perte de courant de Foucault dans l'enroulement et la perte d'égard dans les pièces métalliques à l'extérieur de l'enroulement.
Méthode de calcul
Il existe deux formules de calcul:
Formule basée sur le courant et la résistance nominales:
Perte de cuivre (unité: kw)=i² × rc × Δt
Où I est le courant nominal du transformateur, RC est la résistance du fil de cuivre, et ΔT est le temps de fonctionnement du transformateur.
Formule basée sur le courant nominal et la résistance totale en cuivre: perte de cuivre=i² × r
Où je représente le courant nominal du transformateur, et R représente la résistance totale en cuivre du transformateur. La résistance totale en cuivre R du transformateur peut être calculée par la formule suivante:
R = (R1 + R2) / 2
Où R1 représente la résistance au cuivre latérale primaire du transformateur et R2 représente la résistance en cuivre latérale secondaire du transformateur.
Méthodes pour réduire la perte de cuivre
Augmentez la zone transversale de l'enroulement du transformateur: réduisez la résistance au conducteur, réduisant ainsi efficacement la perte de cuivre du transformateur.
Utilisez des matériaux de conducteur de haute qualité: tels que la feuille de cuivre ou le papier d'aluminium pour réduire la résistance à l'enroulement.
Réduisez le temps de fonctionnement de la charge de lumière du transformateur: limiter la proportion du temps de fonctionnement de charge de lumière du transformateur est bénéfique pour réduire la perte de cuivre du transformateur.
Perte de fer
Définition et principe
Différent de la perte de cuivre, la perte de fer du transformateur n'a rien à voir avec des facteurs tels que l'enroulement et l'ampleur du courant. Comme son nom l'indique, la perte de fer est liée au fer et elle est générée par le noyau de fer. La perte de fer du transformateur est également connue sous le nom de "perte à vide" car elle existe à la fois dans les états à chargement complet et à charge zéro du transformateur et est une perte fixe du transformateur. Cependant, dans la charge, la perte de puissance diminuera à mesure que la résistance au champ électrique diminue.
Classification
La perte de fer du transformateur est divisée en perte d'hystérésis et perte de courant de Foucault.
● Perte d'hystérésis Le principe de travail du transformateur est basé sur le principe de l'induction électromagnétique pour atteindre la transformation de la tension et le changement de courant. Le flux magnétique dans le transformateur coule sur le noyau de fer. Le noyau de fer a une résistance magnétique au flux magnétique, tout comme un conducteur a une résistance au courant, et la chaleur sera également générée. Une telle perte est appelée "perte d'hystérésis".
● La perte de courant de Foucault après l'enroulement primaire du transformateur est sous tension, le flux magnétique généré par les flux de bobine dans le noyau de fer. Étant donné que le noyau de fer lui-même est également un conducteur, une force électromotive induite sera générée sur le plan perpendiculaire aux lignes de champ magnétique. Cette force électromotive forme une boucle fermée sur la coupe transversale du noyau de fer et génère un courant, qui est comme un vortex, il est donc appelé un "courant de Foucault". La perte générée par ce courant de Foucault s'appelle la "perte de courant de tourbillon". C'est précisément parce que le noyau de fer générera des courants de Foucault qu'il est transformé en feuilles minces, car plus il est mince, plus la résistance est grande et plus le courant est petit.
Influencer les facteurs
Tension et fréquence de fonctionnement: la perte de fer est liée à la tension de fonctionnement et à la fréquence du transformateur car ces facteurs affecteront la résistance du champ magnétique et le phénomène d'hystérésis dans le noyau de fer.
Matériau du noyau de fer: Les propriétés d'hystérésis du matériau du noyau de fer affecteront l'ampleur de la perte de fer. Si le matériau du noyau de fer sélectionné n'est pas bon, la perte d'hystérésis augmentera.
Processus de fabrication: Le processus de fabrication du transformateur a également une certaine influence sur la perte de fer. Par exemple, la méthode de laminage du noyau de fer, le traitement d'isolation, etc. affectera toutes l'ampleur de la perte de fer.
Méthode de calcul
Formule basée sur les pertes de courant et d'hystérésis et de résistance nominales:
Perte de fer (unité: kva)=i² × (rm + ra)
Où I est le courant nominal du transformateur, RM est la perte d'hystérésis du noyau de fer, et RA est la perte de résistance du noyau de fer.
Formule basée sur une densité de flux magnétique constante et une fréquence de fonctionnement:
P _ Iron=kf × (bm) ^ 2 × f
Lorsque P _ le fer est la perte de fer, KF est une constante, BM est la densité de flux magnétique et F est la fréquence de fonctionnement du transformateur.
Méthodes pour réduire la perte de fer
Sélectionnez des matériaux de noyau de fer de haute qualité: sélectionnez les matériaux de noyau de fer avec une petite perte d'hystérésis, ce qui peut réduire la perte de fer du transformateur.
Optimiser le processus de fabrication: réduire la perte de fer en améliorant la méthode de laminage du noyau de fer, du traitement d'isolation et d'autres processus de fabrication.
Conception raisonnable: pendant la phase de conception du transformateur, réduisez la perte de fer en optimisant la conception structurelle et la sélection des paramètres.
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