Pérdidas y eficiencia del transformador

 

Definición de pérdida

• La pérdida de transformador se refiere al proceso de convertir la energía eléctrica en otras formas de energía (principalmente calor) durante la operación del transformador.

• La pérdida es un indicador importante de la evaluación del rendimiento del transformador, que afecta directamente la eficiencia y la economía del transformador.

 

La composición de la pérdida

 

 

Definición de pérdida sin carga

La pérdida sin carga se refiere a la pérdida de potencia del transformador cuando el lado primario se combina con el voltaje nominal bajo la condición de no carga (es decir, el lado secundario está abierto). La pérdida sin carga incluye principalmente pérdida de hierro y una pequeña cantidad de otras pérdidas, como pérdida dieléctrica y pérdida de corriente de excitación. Refleja la pérdida de energía del transformador en condiciones de no carga.

 

Composición de pérdida de carga sin carga

 

La pérdida sin carga consta de 1- pérdida de núcleo

La pérdida de hierro, también conocida como pérdida de núcleo o pérdida de núcleo, es la pérdida de energía causada por el campo magnético alterno en el material del núcleo durante la operación del transformador. La pérdida de hierro incluye principalmente dos partes: pérdida de histéresis y pérdida de corriente de Eddy.

Pérdida de histéresis:

La pérdida de histéresis es la pérdida de energía en el proceso de magnetización y desmagnetización del material central bajo el campo magnético alterno. Cuando cambia la dirección del campo magnético, los dominios magnéticos en el material central deben reorganizarse, y habrá pérdida de energía en este proceso. La pérdida de histéresis está relacionada con el área del bucle de histéresis del material central, la frecuencia de funcionamiento y la densidad de flujo magnético

Pérdida actual de Eddy:

La pérdida de corriente de Eddy es la pérdida de calor generada cuando la corriente (corriente de Foucault) inducida por el material del núcleo de hierro fluye dentro del núcleo de hierro debajo del campo magnético alterno. El campo magnético alterno induce la corriente deult en el núcleo de hierro, que forma un bucle en el material del núcleo de hierro y genera calor, lo que resulta en una pérdida de energía. La pérdida de corriente de Eddy está relacionada con la resistividad del material del núcleo de hierro, el grosor del laminado y la frecuencia de trabajo.

 

La pérdida sin carga consiste en 2- pérdida dieléctrica

Las pérdidas dieléctricas son la pérdida de energía causada por el material aislante en el transformador bajo la acción de alternar el campo eléctrico. Los materiales de aislamiento en los transformadores a menudo se usan para aislar piezas conductoras para evitar cortocircuitos y otras fallas eléctricas. La pérdida dieléctrica ocurre principalmente dentro del material aislante debido a las propiedades dieléctricas del material y al campo eléctrico alterno.

Pérdida de aislamiento:

Esta es la parte principal de la pérdida dieléctrica. Los materiales de aislamiento se utilizan en transformadores para aislar devanados, núcleos de hierro y otras partes conductoras. El campo eléctrico alterno dentro del material aislante causará la polarización de la fuga dieléctrica y de corriente, y estos procesos conducirán a la pérdida de energía. Los materiales aislantes comunes incluyen aceite de transformador, papel y resina.

Pérdida del efecto de capacitancia:

La estructura de devanado y aislamiento del transformador puede formar capacitancia parasitaria. Bajo el campo eléctrico alterno, el proceso de carga y descarga de estos condensadores también causará pérdida de energía.

Descarga parcial a alto voltaje

En condiciones de alto voltaje, la descarga parcial puede ocurrir dentro o en la superficie del material de aislamiento, que es un fenómeno de descomposición eléctrica local que conduce a la pérdida de energía y el deterioro gradual del material de aislamiento.

Las pérdidas dieléctricas suelen ser pequeñas, pero pueden parecer relativamente significativas en los transformadores de alto voltaje. La pérdida está relacionada con la constante dieléctrica del material de aislamiento, la tangente del ángulo de pérdida (Tanδ) y el voltaje de trabajo y la frecuencia del transformador.

La pérdida dieléctrica en la pérdida sin carga del transformador es relativamente pequeña, generalmente entre 0. 5% y 2%, pero en el transformador de alto voltaje requiere una atención y control especial.

 

La pérdida sin carga consiste en 3- pérdida de corriente de excitación

La pérdida de corriente de excitación se debe a la pérdida de I²R en el devanado primario causado por la corriente de excitación requerida para establecer el campo magnético en el núcleo. Incluso si no hay carga, el lado primario todavía necesita una cierta corriente para mantener la magnetización del núcleo, y esta parte de la corriente produce pérdida de calor en la resistencia al devanado.

 

La pérdida sin carga consiste en 4- pérdida callejera

Las pérdidas perdidas son pérdidas en un transformador causado por el flujo de fugas. El flujo de fuga se refiere a aquellos que no se filtran centralmente a través del núcleo del transformador, sino a través de otras rutas (como componentes estructurales del transformador, clips, paredes del tanque, etc.). Debido a que este flujo de fugas induce corrientes de remolino en el material conductor, la pérdida de energía es causada, y esta parte de la pérdida se llama pérdida callejera.

Pérdidas de sujeción: Pérdidas de corriente de Eddy inducidas por el flujo de fuga en clips de transformadores (como clips de núcleo, estructuras de soporte).

Pérdidas de la pared del tanque: Pérdidas de corriente de Eddy inducidas por el flujo de fuga en la pared del tanque de un transformador. Debido a que los tanques de combustible generalmente están hechas de metal, las pérdidas de corriente de Fouca Eddy pueden ser significativas en estas estructuras de metales.

Pérdidas de plomo y marco final: Pérdidas de corriente de Eddy inducidas por el flujo de fugas en los cables del transformador, los marcos finales y otras estructuras metálicas.

Las pérdidas perdidas son generalmente una pequeña fracción de la pérdida total de un transformador, pero pueden ser significativos en los transformadores de alta capacidad. Por lo tanto, en el diseño del transformador, es importante reducir la influencia del flujo de fugas y optimizar el diseño de componentes centrales y estructurales para reducir la pérdida estras.

 

 

Definición de pérdida de carga

• La pérdida de carga se refiere a la pérdida de energía eléctrica causada por la corriente de carga que pasa a través del devanado del transformador bajo la condición de operación de carga.

 

Composición de la pérdida de carga

 

La pérdida de carga consiste en 1- pérdida de cobre

La pérdida de cobre de un transformador es la pérdida de resistencia en el devanado del transformador (cobre o aluminio) debido a que la corriente fluye a través del conductor. Es un componente importante de la pérdida de carga y aumenta significativamente a medida que aumenta la corriente de carga.

 

Pérdida de resistencia de DC

Pérdida causada por la resistencia DC del devanado. La fórmula es 

Donde yo es la corriente de carga y R es la resistencia del devanado.

 

La pérdida de carga consiste en 1- Pérdida adicional

• Pérdidas magnéticas de fuga

Pérdida de corriente deult en componentes estructurales (como clips, placas de acero, paredes de caja, etc.) debido al flujo de fuga del transformador.

• Pérdidas adicionales de cobre

Pérdida adicional debido a una distribución de corriente desigual debido a los efectos de la piel y los efectos de proximidad. Estos efectos son más pronunciados a altas cargas o frecuencias.

• Pérdidas mecánicas

Pérdida debido a la vibración mecánica y el ruido dentro del transformador. Esta parte de la pérdida en la pérdida total representó una pequeña proporción.

• Pérdidas de equipos de enfriamiento

En los transformadores inmersos en aceite, los ventiladores y las bombas de aceite utilizadas para el enfriamiento consuman energía eléctrica, y estos dispositivos generan pérdidas durante la operación.

 

 

El efecto de la temperatura sobre la pérdida

• Sin pérdida de carga

El efecto de la temperatura sobre la pérdida de no carga es pequeño, principalmente afecta la resistividad del material central, pero el cambio es pequeño. La pérdida de hierro componente principal (pérdida de histéresis y pérdida de corriente de Foucault) no es sensible al cambio de temperatura.

• Pérdida de carga

La temperatura tiene una gran influencia en la pérdida de carga, principalmente porque la resistividad del conductor en la pérdida de carga aumenta significativamente con el cambio de temperatura. Como resultado, la resistencia del devanado aumenta con el aumento de la temperatura, de modo que la pérdida de cobre generada por la corriente a través del devanado aumenta significativamente. Dado que la pérdida de cobre es el componente principal de la pérdida de carga, la influencia del aumento de temperatura en la pérdida de carga es más obvia.

 

Dónde,

I=Cargar corriente

R=Resistencia

ρ=Resistividad

L=longitud del cable

S=Área de sección transversal del cable

 

Temperatura de referencia

La temperatura de referencia estándar de la pérdida de carga y la pérdida de carga del transformador es garantizar la consistencia de la evaluación de la prueba y el rendimiento. Los estándares internacionales y nacionales generalmente especifican temperaturas de referencia para estas pruebas.

 

Temperatura de referencia	IEC	Ieee	CSA
Sin pérdida de carga	No se requiere calibración	20 grados	85 grados
En pérdida de carga	75 grados	85 grados	85 grados

 

Corrección de pérdidas

La razón principal para corregir la pérdida del transformador a la temperatura de referencia estándar es garantizar la comparabilidad y la consistencia de los resultados de la prueba en diferentes condiciones.

Efecto de temperatura

Las pérdidas de transformadores, especialmente las pérdidas de carga, se ven significativamente afectadas por la temperatura. La resistencia al devanado aumenta al aumentar la temperatura, lo que resulta en una mayor pérdida de carga. Al corregir el valor de pérdida a una temperatura de referencia estándar, se puede eliminar el efecto de los cambios de temperatura, lo que hace que los resultados sean comparables en diferentes condiciones de prueba

normalización

El uso de una temperatura de referencia uniforme, como 75 u 85 grados, garantiza la consistencia y la estandarización de los resultados de las pruebas de transformador en los fabricantes, modelos y tiempos de prueba

 

 

Definición

• La eficiencia del transformador se refiere a la relación entre la potencia de entrada y la potencia de salida, generalmente expresada como un porcentaje, y la fórmula de comprensión simplificada es la siguiente