خسائر المحولات والكفاءة

 

تعريف الخسارة

• يشير فقدان المحول إلى عملية تحويل الطاقة الكهربائية إلى أشكال أخرى من الطاقة (بشكل رئيسي الحرارة) أثناء تشغيل المحولات.

• الخسارة هي مؤشر مهم لتقييم أداء المحولات ، والذي يؤثر بشكل مباشر على كفاءة واقتصاد المحول.

 

تكوين الخسارة

 

 

تعريف خسارة عدم التحميل

يشير خسارة عدم التحميل إلى فقدان الطاقة للمحول عندما يتم دمج الجانب الأساسي مع الجهد المقنن تحت حالة عدم الحمل (أي ، الجانب الثانوي مفتوح). لا تشمل خسارة عدم التحميل بشكل أساسي فقدان الحديد وكمية صغيرة من الخسائر الأخرى ، مثل فقدان العزل الكهربائي وخسارة التيار الإثارة. إنه يعكس فقدان الطاقة للمحول في ظل ظروف عدم التحميل.

 

تكوين خسارة عدم التحميل

 

تتكون خسارة عدم التحميل من الخسارة الأساسية 1-

فقدان الحديد ، المعروف أيضًا باسم الخسارة الأساسية أو فقدان الأساس ، هو فقدان الطاقة الناجم عن المجال المغناطيسي المتناوب في المادة الأساسية أثناء تشغيل المحول. تتضمن فقدان الحديد أساسًا جزأين: فقدان التباطؤ وخسارة التيار الدوامة.

فقدان التباطؤ:

فقدان التباطؤ هو فقدان الطاقة في عملية المغناطيسية وتزوير المواد الأساسية تحت المجال المغناطيسي المتناوب. عندما يتغير اتجاه المجال المغناطيسي ، يجب إعادة ترتيب المجالات المغناطيسية في المادة الأساسية ، وسيكون هناك فقدان للطاقة في هذه العملية. يرتبط فقدان التباطؤ بمساحة حلقة التباطؤ للمادة الأساسية وتردد التشغيل وكثافة التدفق المغناطيسي

خسارة الدوامة الحالية:

فقدان التيار الدوامة هو فقدان الحرارة المتولد عندما يتدفق التيار (التيار الدوامة) الناجم عن المادة الأساسية الحديدية داخل قلب الحديد تحت المجال المغناطيسي المتناوب. يحفز المجال المغناطيسي بالتناوب تيار الدوامة في قلب الحديد ، والذي يشكل حلقة في المادة الأساسية الحديدية ويولد الحرارة ، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة. يرتبط فقدان تيار الدوامة بمقاومة المادة الأساسية الحديدية ، وسمك الصفائح وتردد العمل.

 

تتكون خسارة عدم التحميل من 2- خسارة عازلة

الخسائر العازلة هي فقدان الطاقة الناجم عن المواد العازلة في المحول تحت عمل المجال الكهربائي المتناوب. غالبًا ما تستخدم مواد العزل في المحولات لعزل الأجزاء الموصلة لمنع الدوائر القصيرة وغيرها من الفشل الكهربائي. يحدث الخسارة العازلة بشكل رئيسي داخل المادة العازلة بسبب الخواص العازلة للمادة والمجال الكهربائي المتناوب.

فقدان العزل:

هذا هو الجزء الرئيسي من الخسارة العازلة. يتم استخدام مواد العزل في المحولات لعزل اللفات ، النوى الحديدية والأجزاء الموصلة الأخرى. سيؤدي المجال الكهربائي المتناوب داخل المادة العازلة إلى استقطاب العزل الكهربائي والتسرب الحالي ، وستؤدي هذه العمليات إلى فقدان الطاقة. تشمل المواد العازلة الشائعة زيت المحولات والورق والراتنج.

فقدان تأثير السعة:

قد يشكل هيكل متعرج وعزل المحول السعة الطفيلية. في ظل المجال الكهربائي المتناوب ، فإن عملية الشحن والتفريغ لهذه المكثفات ستتسبب أيضًا في فقدان الطاقة.

تفريغ جزئي في الجهد العالي

في ظل ظروف الجهد العالي ، قد يحدث التفريغ الجزئي داخل أو على سطح مادة العزل ، وهي ظاهرة انهيار كهربائي محلي تؤدي إلى فقدان الطاقة والتدهور التدريجي لمادة العزل.

عادة ما تكون الخسائر العازلة صغيرة ، ولكنها قد تبدو ذات أهمية نسبيًا في محولات الجهد العالي. ترتبط الخسارة بالثابت العازلة لمادة العزل ، وظل زاوية الخسارة (TANδ) وجهد العمل وتواتر المحول.

تكون الخسارة العازلة في خسارة عدم التحميل للمحول صغيرة نسبيًا ، وعادة ما تكون بين 0. 5 ٪ و 2 ٪ ، ولكن في محول الجهد العالي يتطلب اهتمامًا خاصًا وتحكمًا.

 

تتكون خسارة عدم التحميل من 3- الإثارة الخسارة الحالية

يرجع فقدان تيار الإثارة إلى فقدان I²R في اللف الأوائل الناجم عن تيار الإثارة المطلوب لإنشاء المجال المغناطيسي في القلب. حتى إذا لم يكن هناك حمولة ، فإن الجانب الأساسي لا يزال يحتاج إلى تيار معين للحفاظ على مغنطة النواة ، وهذا الجزء من التيار ينتج فقدان الحرارة على مقاومة متعرج.

 

تتكون خسارة عدم التحميل من 4- خسارة طائشة

الخسائر الطائكة هي خسائر في محول ناتج عن تدفق التسرب. يشير تدفق التسرب إلى تلك التي لا تتسرب مركزيًا من خلال قلب المحولات ، ولكن من خلال مسارات أخرى (مثل المكونات الهيكلية المحول ، والمقاطع ، وجدران الخزانات ، وما إلى ذلك). نظرًا لأن تدفق التسرب هذا يحفز التيارات الدوامة في المواد الموصلة ، فإن فقدان الطاقة يحدث ، ويسمى هذا الجزء من الخسارة خسارة طائشة.

خسائر التثبيت: خسائر التيار الدوامة الناجم عن تدفق التسرب في مقاطع المحولات (مثل المقاطع الأساسية ، هياكل الدعم).

خسائر جدار الخزان: خسائر التيار الدوامة الناجم عن تدفق التسرب في جدار الخزان للمحول. نظرًا لأن خزانات الوقود عادة ما تكون مصنوعة من المعدن ، فقد تكون خسائر تيار الدوامة مهمة في هذه الهياكل المعدنية.

خسائر الرصاص والنهائي: خسائر التيار الدوامة الناجم عن تدفق التسرب في خيوط المحولات ، والإطارات النهائية ، وغيرها من الهياكل المعدنية.

تعتبر الخسائر الضالة عمومًا جزءًا صغيرًا من الخسارة الكلية للمحول ، ولكن يمكن أن تصبح مهمة في المحولات عالية السعة. لذلك ، في تصميم المحولات ، من المهم تقليل تأثير تدفق التسرب وتحسين تصميم المكونات الأساسية والهيكلية لتقليل فقدان الضالة.

 

 

تعريف فقدان الحمل

• يشير فقدان الحمل إلى فقدان الطاقة الكهربائية الناجم عن تيار الحمل الذي يمر عبر محول اللف تحت حالة تشغيل الحمل.

 

تكوين فقدان الحمل

 

تتكون فقدان التحميل من خسارة النحاس 1-

إن فقدان النحاس للمحول هو فقدان المقاومة في لف المحول (النحاس أو الألومنيوم) بسبب تدفق التيار عبر الموصل. إنه مكون رئيسي لفقدان الحمل ويزيد بشكل كبير مع زيادة تيار الحمل.

 

فقدان المقاومة العاصمة

الخسارة الناجمة عن مقاومة DC لللف. الصيغة 

حيث أنا تيار الحمل و R هو المقاومة المتعرجة.

 

تتكون فقدان التحميل من 1- خسارة إضافية

• تسرب الخسائر المغناطيسية

خسارة التيار الدوامة في المكونات الهيكلية (مثل المقاطع ، ألواح الصلب ، جدران الصندوق ، إلخ) بسبب تدفق التسرب للمحول.

• خسائر نحاسية إضافية

خسارة إضافية بسبب التوزيع الحالي غير المتكافئ بسبب تأثيرات الجلد وتأثيرات القرب. هذه التأثيرات أكثر وضوحا في الأحمال العالية أو الترددات.

• الخسائر الميكانيكية

فقدان بسبب الاهتزاز الميكانيكي والضوضاء داخل المحول. هذا الجزء من الخسارة في إجمالي الخسارة يمثل نسبة صغيرة.

• خسائر معدات التبريد

في المحولات المملوءة بالزيت ، تستهلك المشجعون ومضخات الزيت المستخدمة للتبريد الطاقة الكهربائية ، وتولد هذه الأجهزة خسائر أثناء التشغيل.

 

 

تأثير درجة الحرارة على الخسارة

• لا فقدان الحمل

تأثير درجة الحرارة على فقدان الحمل صغير ، مما يؤثر بشكل رئيسي على مقاومة المادة الأساسية ، ولكن التغيير قليل. إن فقدان المكون الرئيسي (فقدان التباطؤ وفقدان التيار الدوامة) ليس حساسًا لتغير درجة الحرارة.

• فقدان الحمل

درجة الحرارة لها تأثير كبير على فقدان الحمل ، وذلك أساسًا لأن مقاومة الموصل في فقدان الحمل تزداد بشكل كبير مع تغيير درجة الحرارة. نتيجة لذلك ، تزداد مقاومة المتعرجة مع زيادة درجة الحرارة ، بحيث يزداد فقدان النحاس الناتج عن التيار من خلال اللف بشكل كبير. نظرًا لأن فقدان النحاس هو المكون الرئيسي لفقدان الحمل ، فإن تأثير زيادة درجة الحرارة على فقدان الحمل أكثر وضوحًا.

 

أين،

I=تحميل تيار

R=المقاومة

ρ=المقاومة

L=طول الأسلاك

S=منطقة مستعرضة من السلك

 

درجة الحرارة المرجعية

تتمثل درجة الحرارة المرجعية القياسية لفقدان عدم التحميل وفقدان الحمل للمحول لضمان اتساق تقييم الاختبار والتقييم. عادة ما تحدد المعايير الدولية والوطنية درجات الحرارة المرجعية لهذه الاختبارات.

 

درجة الحرارة المرجعية	IEC	IEEE	CSA
لا فقدان الحمل	لا مطلوب معايرة	20 درجة	85 درجة
على فقدان الحمل	75 درجة	85 درجة	85 درجة

 

تصحيح الخسارة

السبب الرئيسي لتصحيح فقدان المحول إلى درجة حرارة المرجع القياسية هو ضمان قابلية المقارنة واتساق نتائج الاختبار في ظل ظروف مختلفة.

تأثير درجة الحرارة

تتأثر خسائر المحولات ، وخاصة فقدان الحمل ، بشكل كبير بدرجة الحرارة. تزداد مقاومة متعرج مع زيادة درجة الحرارة ، مما يؤدي إلى زيادة فقدان الحمل. عن طريق تصحيح قيمة الخسارة إلى درجة حرارة مرجعية قياسية ، يمكن القضاء على تأثير التغيرات في درجة الحرارة ، مما يجعل النتائج قابلة للمقارنة في ظروف اختبار مختلفة

التقييس

باستخدام درجة حرارة مرجعية موحدة ، مثل 75 أو 85 درجة ، يضمن تناسق وتوحيد نتائج اختبار المحولات عبر الشركات المصنعة والموديلات وأوقات الاختبار

 

 

تعريف

• تشير كفاءة المحول إلى النسبة بين طاقة الإدخال وطاقة الخرج ، وعادة ما يتم التعبير عنها كنسبة مئوية ، وصيغة التفاهم المبسطة هي كما يلي