لنكن واقعيين-لا تقوم المحولات بتحويل كل طاقة الإدخال إلى مخرجات مفيدة بطريقة سحرية. إنها فعالة جدًا، بالتأكيد، ولكن هناك دائمًا بعض الطاقة التي يتم "امتصاصها" وتحويلها إلى حرارة. تأتي هذه الحرارة أساسًا من دلوين كبيرين من الخسارة:
الخسائر الأساسية (خسائر الحديد)
خسائر النحاس (خسائر اللف)
إذا فهمت هذه الخسائر، فيمكنك أن تفعل الكثير بشكل أفضل معهاكفاءة, التصميم الحراري، وتكاليف التشغيل. وبصراحة، خسائر المحولات ليست مجرد أمر نظري-تلك الخسائر تؤثر بشكل مباشر على المبلغ الذي تدفعه ومدة بقاء المعدات في حالة جيدة.
أنواع خسائر المحولات
الخسائر الأساسية (لا-خسائر التحميل)
تكون الخسائر الأساسية موجودة في الغالب حتى عندما لا يتم تحميل المحول بشكل كبير. لهذا السبب يتم استدعاؤهم في كثير من الأحيانلا يوجد-خسائر في التحميل-يبقونثابت إلى حد مامع الحمل.
تشمل الخسائر الأساسية عادةً ما يلي:
فقدان التباطؤ: الطاقة المستخدمة لمواصلة تقليب المجالات المغناطيسية في المادة الأساسية
إيدي الخسارة الحالية: التيارات المستحثة في الصفائح والتي تتحول أيضًا إلى حرارة
كيف يتم قياس الخسائر الأساسية؟
يتم قياسها باستخداماختبار الدائرة المفتوحة (OC).:
يتم تطبيق الجهد المقنن على الابتدائي
الثانوي بقيمفتوح-مدار
تمنحك قراءة الواطميتر الخسارة الأساسية، وعادةً ما يتم كتابتها كـ
علاقات الخسارة الأساسية التقريبية-.
غالبًا ما يستخدم المهندسون صيغًا مبسطة مثل هذه (مفيدة لفهم الاتجاهات، على الرغم من أن المحولات الحقيقية ليست "مثالية" أبدًا):
أين:
خسائر النحاس (خسائر الحمل)
تحدث خسائر النحاس بسبب تدفق التيار عبر اللفات. وكلما يتدفق التيار عبر المقاومة، تحصل على التسخين-الكلاسيكي
.
النقطة الرئيسية:تنمو خسائر النحاس مع مربع تيار الحمل، مما يعني أنها يمكن أن تكثف بسرعة عندما يتم تحميل المحول بكثافة أكبر.
كيف يتم قياس خسائر النحاس؟
تم العثور عليهم باستخداماختبار الدائرة القصيرة (SC).:
تم تقصير لف واحد
يتم تطبيق الجهد تدريجيا على الملف الآخر حتى يدور التيار المقدر
قراءة الواطميتر هيالحمل الكامل-فقدان النحاس، غالبا ما يطلق عليه
فقدان النحاس عند أي مستوى تحميل
إذا كان الحمل الحالي
والتيار المقنن هو
، ثم:
لذا نعم-إذا قمت بتحميل المحول إلى 50%، فلن تنخفض خسائر النحاس إلى النصف؛ ينخفضون إلى حوالي الربع. هذا هو التأثير "المربع" الذي يقوم بعمله.
حساب كفاءة المحولات
تخبرك كفاءة المحولات بمقدار الطاقة المفيدة التي تحصل عليها فعليًا، مقارنة بما تنفقه بما في ذلك الخسائر:
طريقة أكثر عملية (باستخدام كيلو فولت أمبير، PF، وجزء الحمل)
في الحسابات الحقيقية-، من الشائع استخدام تصنيف كيلو فولت أمبير وعامل الطاقة (PF). أحد الأشكال العملية هو:
متى تبلغ الكفاءة ذروتها؟
تحدث ذروة الكفاءة عادةً عندما:
وفي العديد من محولات التوزيع، غالبًا ما تقع تلك "النقطة الجميلة".50-70% من الحمولة الكاملة. (ليس من قوانين الطبيعة، ولكنه نمط شائع).
مثال عملي (سيناريو عملي)
لنفترض أن لدينا500 كيلو فولت أمبير, 11 كيلو فولت/415 فولتمحول التوزيع مع بيانات اختبار الشركة المصنعة:
فقدان النحاس عند حمولة معينة
إذا كان الحمل
، ثم:
على سبيل المثال، عند تحميل 50%:
وهذا قريب جدًا من الخسارة الأساسية (1.8 كيلووات)، وهو ما يفسر سبب كون الكفاءة غالبًا عند مستوى التحميل هذا.
الخسائر والكفاءة عند الأحمال المختلفة (Unity PF)
(باستخدام الوحدة PF كما في المثال الأصلي.)
| حمولة (٪) | تحميل كيلو فولت أمبير | فقدان النحاس (كيلوواط) | الخسارة الإجمالية (كيلوواط) | الإخراج (كيلوواط) | كفاءة (٪) |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
العوامل التي تؤثر على خسائر المحولات
لا "تحدث" الخسائر فحسب-بل إنها تتأثر بمجموعة من تفاصيل التصميم والتشغيل، مثل:
المواد الأساسية
عادةً ما تعمل المواد الأفضل (مثل-الفولاذ السليكوني عالي الجودة أو السبائك غير المتبلورة) على تقليل التباطؤ.
كثافة التدفق التصميمية
أدنى
يساعد في تقليل الخسائر الأساسية-لكنه قد يتطلب حجمًا أكبر من النواة.
مقاومة اللف
تعمل الموصلات السميكة / المقاومة المنخفضة بشكل عام على تقليل خسائر النحاس.
درجة حرارة
وتزداد المقاومة مع ارتفاع درجة الحرارة، وبالتالي ترتفع خسائر النحاس أيضًا. (غالبًا ما يتم تصحيحه إلى معيار، مثل 75 درجة، اعتمادًا على اتفاقيات IEC/IEEE.)
التوافقيات في الحمل
يمكن أن تضيف الأحمال غير الخطية-تيارات دوامية إضافية وخسائر شاردة-وبالتالي يمكن أن تكون "الخسارة الفعلية" أسوأ مما تتوقعه مع حمل جيبي نظيف ولطيف.
توزيع الخسارة النموذجي (القاعدة الأساسية)
تميل أنواع/أحجام المحولات المختلفة إلى تقسيم الخسائر بشكل مختلف. الدليل التقريبي الشائع هو:
محولات التوزيع الصغيرة: قد تكون الخسارة الأساسية ~ 25-40٪، والنحاس ~ 60-75٪
محولات الطاقة (الأكبر).: فقدان النواة ~30-50%، النحاس ~50-70%
مرة أخرى، إنها تختلف حسب التصميم-لكنها صورة ذهنية مفيدة.
اختتام-التالي / الخاتمة
إذا قمت بحساب خسائر المحولات بدقة، فيمكنك اتخاذ قرارات أكثر ذكاءً بشأن:
كيفية قياس حجم المحولات,
كيفية تحميله بكفاءة،
وكيفية التخطيط للصيانة قبل أن تصبح الأمور مكلفة.
توفر اختبارات OC وSC بيانات واقعية-متينة، ولكن هندسة المحولات الحديثة غالبًا ما تتجاوز ذلك-باستخدام تحليل العناصر المحدودة لتقدير أشياء مثل الخسائر الشاردة ودرجات الحرارة- الساخنة (حيث تميل مخاطر الفشل إلى الاختباء).
مع ارتفاع أسعار الكهرباء ومتطلبات الكفاءة القوية في جميع أنحاء العالم (فكر في مبادرات وزارة الطاقة/الاتحاد الأوروبي-)، فإن تقليل الخسائر لم يعد مجرد "أمر جميل" بعد الآن-بل أصبح أولوية اقتصادية وبيئية حقيقية.
خلاصة القول:تحقق دائمًا من بيانات اللوحة واتبع المعايير مثلإيك 60076عندما تحتاج إلى قيم الخسارة المعتمدة.
