Dažādi enerģijas zudumu veidi transformatorā
Vai jūs zināt, kā jūsu rokas sasilst, kad vēsā dienā tās berzējat kopā? Tā ir berze, kas kustību pārvērš siltumā. Kaut kas diezgan līdzīgs notiek transformatora iekšpusē. Elektrībai ir jāplūst cauri šīm vara spolēm, un tā saskaras ar pretestību-kā elektriskā berze. Tas izspiež siltumu, un tā ir enerģija, kas nekad nenokļūst jūsu gaismās vai ierīcēs. Inženieri to vienkārši saucvara zudums(galvenokārt tāpēc, ka jā, vadi parasti ir vara).
Un šis nav stabils. Tas palielinās atkarībā no tā, cik daudz transformators faktiski dara. Vai esat kādreiz sajutis, kā tālruņa lādētājs kļūst ievērojami karstāks, kad tas darbojas ar ātro uzlādi, nevis vienkārši pieslēgts, nedarot neko? Tas pats darījums-lielāka strāva nozīmē daudz lielāku "berzi", daudz vairāk izšķērdēta siltuma. Secinājums: palieliniet pieprasījumu, un šie tinumi ātri uzsilst.
Dizaineri cīnās ar diezgan acīmredzamu labojumu: biezāki vadi. Uztveriet to kā ceļa paplašināšanu, lai satiksme nebūtu tik liela. Protams, tas padara transformatoru lielāku un dārgāku, taču skaitļi liecina, ka tas ir tā vērts, jo tas darbojas vēsāk, kalpo ilgāk un tērē mazāk. Godīgi sakot, tas ir sākumpunkts, lai saprastu, kāpēc visa mūsu energosistēma nav 100% perfekta.
Fona aizplūšana: dzelzs zudumi (pazīstami arī kā pamata zudumi)
Vara zudumi nāk un iet kopā ar lietošanu, taču ir vēl viens zudums, kas vienmēr tiek atzīmēts, pat ja nekas nav pieslēgts. Iedomājieties automašīnu, kas sēž pie sarkanās gaismas, dzinējs darbojas tukšgaitā un joprojām sūc gāzi. Transformatori dara to pašu,-viņi iemalko nedaudz enerģijas, lai paliktu nomodā un gatavi. Mēs to saucamnav-slodzes zudumavaidzelzs zudums(jo tas notiek kodolā, nevis vados).
Kodols būtībā ir šī lielā īpašā tērauda kaudze, kas ir paredzēta magnētiskā lauka vadīšanai. Bet šis lauks atlec arī metāla iekšpusē, radot siltumu. Tas vienmēr ir ieslēgts tik ilgi, kamēr transformators ir pievienots tīklam, tāpēc zudumi paliek diezgan nemainīgi-neatkarīgi no tā, vai jūsu māja velk nedaudz sulas vai tonnu.
Kas patiesībā izraisa šo vienmērīgo fona siltumu? Divi lieli vainīgie.
Šie kaitinošie mazie virpuļi: virpuļstrāvas zaudējumi
Mainīgais magnētiskais lauks ne tikai pieklājīgi iziet cauri serdei-, bet arī metālā rada sīkas virpuļojošas elektrības cilpas, t.s.virpuļstrāvas. Viņi iet riņķī un dara daudz noderīgu, tikai uzsildot lietas, piemēram, mini īssavienojumus.
Agrāk cietais dzelzs kodols bija murgs, jo šie{0}}lielie virpuļi veidojās viegli un iztērēja daudz enerģijas. Labojums? Sagrieziet serdi īpaši-plānās tērauda loksnēs, no kurām katra ir pārklāta ar izolāciju (piemēram, laku). Salieciet tās kā kāršu klāju, nevis vienu cietu ķieģeli. Šie izolācijas slāņi bloķē lielo cilpu veidošanos. Tas ir tik vienkāršs, gudrs uzlaušanas veids-laminēšanasamazina virpuļstrāvas zudumus un liek visam darboties vēsāk.
Nepārtrauktā grozīšanās: histerēzes zudums (un dzirdamā dūkoņa)
Tad ir vēl viens dīvains. Ap lielajiem transformatoriem varat pamanīt zemu skaņu,{1}}kas nav tikai nejaušs troksnis; tas ir kodols, kas burtiski vibrē niecīgā līmenī.
Tērauda iekšpusē ir miljardiem mikroskopisku magnētisku "domēnu" (domājiet par maziem stieņu magnētiem). Kad transformators ir izslēgts, tie visi ir vērsti uz katru pusi. Bet pievienojiet maiņstrāvas strāvu, un lauks liek tiem pagriezties vienā virzienā, pēc tam pagriezt otru — 60 reizes sekundē (vai 50 reizes, atkarībā no tīkla).
Šī apgriešana nav vienkārša. Notiek vilkšana, piemēram, saspraudes locīšana uz priekšu un atpakaļ, līdz tā sasilst no stresa. Katrs apgrieziens zaudē nedaudz enerģijas kā siltumu. Tas irhisterēzes zudums. Visu šo domēnu apvērsuma kolektīvā ņirgāšanās ir tas, ko dzirdat kā dūkoņu.
Inženieri to pieradina, izmantojot silīcija tēraudu, nevis parasto dzelzi{0}}silīcijs atvieglo domēnu apvērsumu, samazina vilkšanu, karstumu un klusāku dūkoņu. Jūs nevarat to pilnībā noslaucīt, bet šis sakausējums palīdz ļoti daudz.
Nelielas noplūdes: klaiņojoši un dielektriski zudumi
Pat labs kodols nevar notvert katru magnētiskā lauka daļiņu. Daļa plūsmas izlīst un atsitās pret tvertni, skrūvēm vai skavām, izraisot tur vairāk virpuļstrāvas. Tas irklaiņojošs zaudējums-mazs, bet tas ir.
Arī izolācija nav ideāla. Transformatori izmanto eļļu un īpašu papīru, lai novērstu īssavienojumu. Spēcīgais elektriskais lauks noslogo šīs molekulas, piemēram, atkal un atkal izliekot plastmasu,-tas nedaudz sasilst. Tas irdielektriskie zudumi, parasti niecīga.
Šīs ekstras ir mazi kartupeļi, salīdzinot ar serdes un vara zudumiem, taču inženieri svīst katru vatu, jo miljoniem transformatoru nozīmē, ka šie pilieni palielinās.
Ātrā salīdzinājuma tabula: galvenie zaudējumu veidi
| Zaudējuma veids | Kur Tas Notiek | Pastāvīgs vai mainīgs? | Atkarīgs no | Galvenais cēlonis | Kā to samazināt | Tipiska akcija |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Vara zudums | Tinumi (spoles) | Mainīgs | Slodzes strāva (I²R) | Pretestība vara vados | Biezāki vadi, labāki vadītāji | Lielākais pie pilnas slodzes |
| Histerēzes zudums | Kodols | Pastāvīgi | Spriegums, frekvence, serdes materiāls | Magnētisko domēnu maiņas nobīde | Silīcija tērauds, mazāks plūsmas blīvums | Daļa no galvenajiem zaudējumiem |
| Virpuļstrāvas zudums | Kodols | Pastāvīgi | Spriegums, frekvence, laminēšanas biezums | Inducētās virpuļstrāvas | Plānas laminācijas, augstas{0}}pretestības tērauds | Daļa no galvenajiem zaudējumiem |
| Klaiņojošs zaudējums | Tvertne, skavas utt. | Pārsvarā nemainīgs | Noplūdes plūsma | Izplūdušas magnētiskā lauka inducējošas strāvas | Labāks ekranējums, dizaina atstatums | Mazs |
| Dielektriskais zudums | Izolācija (eļļa/papīrs) | Pastāvīgi | Elektriskā lauka stiprums | Molekulārais spriegums izolatoros | Labāki izolācijas materiāli | Ļoti mazs |
Pastāvīgs pret mainīgo: kāpēc slodze ir svarīga efektivitātei
Visi šie zaudējumi ir sadalīti divos segmentos:
Pastāvīgi zaudējumi(galvenokārt dzelzs/kodolu lietas)-vienmēr, piemēram, tukšgaitas dzinēja izmaksas.
Mainīgie zaudējumi(galvenokārt vara)-eksplodēt ar lielāku strāvu/slodzi, piemēram, nosedzot gāzes pedāli.
Tā kā vara zudumi ir vienādi ar strāvu (I²R), tie strauji pieaug. Tātad transformators nav visefektīvākais ar pilnu jaudu. Maksimālā efektivitāte parasti sasniedz aptuveni 50–75% slodzi, kur fiksētā fona aizplūšana labi līdzsvaro augošo mainīgo.
Kā inženieri patiesībā mēra šīs lietas
Kā noteikt šos slēptos zaudējumus bez minējumiem? Divi klasiskie testi:
Atvērt-ķēdes testu: ieslēdziet primāro, atstājiet atvienotu sekundāro. Gandrīz nav strāvas tinumos → vara zudumi tuvu nullei. Ievades jauda būtībā ir vienāda ar kodola zudumiem (pastāvīga dūkoņa daļa).
Īsslēguma-pārbaude: Īssavienojiet sekundāro, pieslēdziet zemu spriegumu, lai nospiestu nominālo strāvu. Kodola plūsma ir niecīga → kodola zudumi ir niecīgi. Ieejas jauda ≈ pilnas-slodzes vara zudumi.
Izmantojot šos divus skaitļus, varat paredzēt uzvedību pie jebkuras slodzes.
Kāpēc pat 1% ir svarīgi reālajā pasaulē
Jūs, iespējams, gājāt garām šiem stabu transformatoriem vai zaļajām spilventiņu{0}}montāžas kastēm un tikko nemanījāt. Tagad? Jūs saprotat,-viņi smagi strādā, dungojas un sildās, jo enerģijas skaidiņa izslīd kā karstums.
Protams, modernās efektivitāte ir 99%+, bet 1% zaudēts visā valstī ir kā papildu spēkstaciju darbināšana, lai radītu lieko siltumu. Katrs rēķins klusi sedz daļu no šīs neredzamās neefektivitātes.
Tāpēc tīkla jauninājumi nekad neapstājas. Nākamreiz, kad brauksiet garām, varbūt paminiet,-tā ir daļa no šīs milzīgās, klusās cīņas pret izšķērdēšanu, lai apgaismojums būtu nedaudz tīrāks. Diezgan forši, ja par to padomā.
