Pertes et efficacité du transformateur

 

Définition de la perte

• La perte de transformateur fait référence au processus de conversion de l'énergie électrique en autres formes d'énergie (principalement la chaleur) pendant le fonctionnement du transformateur.

• La perte est un indicateur important de l'évaluation des performances du transformateur, qui affecte directement l'efficacité et l'économie du transformateur.

 

La composition de la perte

 

 

Définition de la perte de chargement

La perte de chargement ne fait pas référence à la perte de puissance du transformateur lorsque le côté primaire est combiné avec la tension nominale à la condition de non-charge (c'est-à-dire que le côté secondaire est ouvert). La perte à l'abri ne comprend principalement que la perte de fer et une petite quantité d'autres pertes, telles que la perte diélectrique et la perte de courant d'excitation. Il reflète la perte d'énergie du transformateur dans des conditions de contre-charge.

 

Composition de perte de chargement

 

La perte de co-charge comprend la perte de base 1-

La perte de fer, également connue sous le nom de perte de base ou de perte de base, est la perte d'énergie causée par le champ magnétique alterné dans le matériau central pendant le fonctionnement du transformateur. La perte de fer comprend principalement deux parties: la perte d'hystérésis et la perte de courant de Foucault.

Perte d'hystérésis:

La perte d'hystérésis est la perte d'énergie dans le processus de magnétisation et de démagnétisation du matériau central sous le champ magnétique alternatif. Lorsque la direction du champ magnétique change, les domaines magnétiques du matériau central doivent être réorganisés et il y aura une perte d'énergie dans ce processus. La perte d'hystérésis est liée à la zone de la boucle d'hystérésis du matériau central, de la fréquence de fonctionnement et de la densité de flux magnétique

Eddy Current Loss:

La perte de courant de Foucault est la perte de chaleur générée lorsque le courant (courant de Foucault) induit par le matériau du noyau de fer s'écoule à l'intérieur du noyau de fer sous le champ magnétique alternatif. Le champ magnétique alterné induit le courant de Foucault dans le noyau de fer, qui forme une boucle dans le matériau du noyau de fer et génère de la chaleur, entraînant une perte d'énergie. La perte de courant de Foucault est liée à la résistivité du matériau du noyau de fer, à l'épaisseur du stratifié et à la fréquence de travail.

 

La perte de chargement ne se compose de la perte diélectrique 2-

Les pertes diélectriques sont la perte d'énergie causée par le matériau isolant dans le transformateur sous l'action du champ électrique alterné. Les matériaux d'isolation dans les transformateurs sont souvent utilisés pour isoler les pièces conductrices afin d'éviter les courts-circuits et autres défaillances électriques. La perte diélectrique se produit principalement à l'intérieur du matériau isolant en raison des propriétés diélectriques du matériau et du champ électrique alternatif.

Perte d'isolation:

Ceci est la partie principale de la perte diélectrique. Les matériaux d'isolation sont utilisés dans les transformateurs pour isoler les enroulements, les noyaux de fer et autres pièces conductrices. Le champ électrique alterné à l'intérieur du matériau isolant entraînera la polarisation du diélectrique et la fuite de courant, et ces processus entraîneront une perte d'énergie. Les matériaux isolants courants comprennent l'huile de transformateur, le papier et la résine.

Perte d'effet de capacité:

L'enroulement et la structure d'isolation du transformateur peuvent constituer une capacité parasite. Dans le champ électrique alternant, le processus de charge et de décharge de ces condensateurs entraînera également une perte d'énergie.

Décharge partielle à haute tension

Dans des conditions de haute tension, une décharge partielle peut se produire à l'intérieur ou à la surface du matériau d'isolation, qui est un phénomène de dégradation électrique local qui entraîne une perte d'énergie et une détérioration progressive du matériau d'isolation.

Les pertes diélectriques sont généralement faibles, mais peuvent sembler relativement significatives dans les transformateurs à haute tension. La perte est liée à la constante diélectrique du matériau d'isolation, à la tangente de l'angle de perte (tanδ) et à la tension de travail et à la fréquence du transformateur.

La perte diélectrique dans la perte à vide du transformateur est relativement faible, généralement entre 0. 5% et 2%, mais dans le transformateur haute tension nécessite une attention et un contrôle spéciaux.

 

La perte de chargement ne consiste pas à 3- Excitation Perte de courant

La perte de courant d'excitation est due à la perte I²R dans l'enroulement primaire causée par le courant d'excitation requis pour établir le champ magnétique dans le noyau. Même s'il n'y a pas de charge, le côté principal a encore besoin d'un certain courant pour maintenir l'aimantation du noyau, et cette partie du courant produit une perte de chaleur sur la résistance à l'enroulement.

 

La perte de chargement consiste en 4- perte de pertes de parasite

Les pertes errantes sont des pertes dans un transformateur causées par un flux de fuite. Le flux de fuite fait référence à ceux qui ne fuient pas de manière centralisée à travers le noyau du transformateur, mais à travers d'autres chemins (tels que les composants structurels du transformateur, les clips, les murs du réservoir, etc.). Étant donné que ces flux de fuite induisent des courants de Foucault dans le matériau conducteur, la perte d'énergie est causée et cette partie de la perte est appelée perte parasite.

Serrer les pertes: Pertes de courant de Foucault induites par le flux de fuite dans les clips de transformateur (tels que les clips de base, les structures de support).

Pertes de mur de réservoir: Pertes de courant de Foucault induites par le flux de fuite dans la paroi du réservoir d'un transformateur. Parce que les réservoirs de carburant sont généralement en métal, les pertes de courant de Foucault peuvent être significatives dans ces structures métalliques.

Pertes de plomb et de cadre final: Pertes de courant de Foucault induites par le flux de fuite dans les fils de transformateur, les trames d'extrémité et autres structures métalliques.

Les pertes errantes sont généralement une petite fraction de la perte totale d'un transformateur, mais peuvent devenir significatives dans les transformateurs à haute capacité. Par conséquent, dans la conception du transformateur, il est important de réduire l'influence du flux de fuite et d'optimiser la conception des composants du noyau et de la structure pour réduire la perte parasite.

 

 

Définition de la perte de charge

• La perte de charge fait référence à la perte d'énergie électrique causée par le courant de charge passant par l'enroulement du transformateur sous la condition de fonctionnement de charge.

 

Composition de la perte de charge

 

La perte de charge se compose de 1- perte de cuivre

La perte de cuivre d'un transformateur est la perte de résistance dans l'enroulement du transformateur (cuivre ou aluminium) en raison du courant qui coule à travers le conducteur. Il s'agit d'un composant majeur de la perte de charge et augmente considérablement à mesure que le courant de charge augmente.

 

Perte de résistance DC

Perte causée par la résistance DC de l'enroulement. La formule est 

Où i est le courant de charge et R est la résistance à l'enroulement.

 

La perte de charge se compose de 1- perte supplémentaire

• Fuite des pertes magnétiques

Perte de courant de Foucault dans les composants structurels (tels que les clips, les plaques en acier, les murs de la boîte, etc.) en raison du flux de fuite du transformateur.

• Pertes de cuivre supplémentaires

Perte supplémentaire due à une distribution de courant inégale due aux effets de la peau et aux effets de proximité. Ces effets sont plus prononcés à des charges ou des fréquences élevées.

• Pertes mécaniques

Perte due à la vibration mécanique et au bruit à l'intérieur du transformateur. Cette partie de la perte dans la perte totale représentait une petite proportion.

• Pertes d'équipement de refroidissement

Dans les transformateurs à huile, les ventilateurs et les pompes à huile utilisés pour refroidir consomment de l'énergie électrique, et ces appareils génèrent des pertes pendant le fonctionnement.

 

 

L'effet de la température sur la perte

• Aucune perte de charge

L'effet de la température sur la perte de chargement à vide est faible, affectant principalement la résistivité du matériau central, mais le changement est petit. La perte de fer principale (perte d'hystérésis et perte de courant de Foucault) n'est pas sensible au changement de température.

• Perte de chargement

La température a une grande influence sur la perte de charge, principalement parce que la résistivité du conducteur dans la perte de charge augmente considérablement avec le changement de température. En conséquence, la résistance à l'enroulement augmente avec l'augmentation de la température, de sorte que la perte de cuivre générée par le courant par l'enroulement augmente considérablement. Étant donné que la perte de cuivre est le composant principal de la perte de charge, l'influence de l'augmentation de la température sur la perte de charge est plus évidente.

 

Où,

I=Courant de chargement

R=Résistance

ρ=résistivité

L=Longueur du fil

S=zone transversale du fil

 

Température de référence

La température de référence standard de la perte et de la perte de charge du transformateur est d'assurer la cohérence du test et de l'évaluation des performances. Les normes internationales et nationales spécifient généralement les températures de référence pour ces tests.

 

Température de référence	IEC	IEEE	CSA
Aucune perte de charge	Aucun étalonnage requis	20 degrés	85 degrés
Sur la perte de charge	75 degrés	85 degrés	85 degrés

 

Correction des pertes

La principale raison de corriger la perte du transformateur vers la température de référence standard est d'assurer la comparabilité et la cohérence des résultats des tests dans différentes conditions.

Effet de température

Les pertes de transformateurs, en particulier les pertes de charge, sont significativement affectées par la température. La résistance à l'enroulement augmente avec l'augmentation de la température, entraînant une perte de charge accrue. En corrigeant la valeur de perte à une température de référence standard, l'effet des changements de température peut être éliminé, ce qui rend les résultats comparables dans différentes conditions de test

standardisation

L'utilisation d'une température de référence uniforme, telle que 75 ou 85 degrés, assure la cohérence et la normalisation des résultats des tests de transformateur entre les fabricants, les modèles et les temps de test

 

 

Définition

• L'efficacité du transformateur se réfère au rapport entre la puissance d'entrée et la puissance de sortie, généralement exprimée en pourcentage, et la formule de compréhension simplifiée est la suivante