变压器中的损耗类型 - 铁损和铜损
变压器中发生的功率损耗有两种类型-
铁芯或铁损(Pi)
铜损耗或I2R损耗(Pcu)
变压器中的损耗以热量的形式出现,这会增加温度并降低效率。
铁芯或铁损(Pi)
的铁损发生在变压器的铁心因交变磁通。这些损耗包括磁滞损耗(Ph)和涡流损耗(Pe),即,
$$\mathrm{P_{i}=P_{h}+P_{e}}$$
滞后和涡流损耗由下式给出,
$$\mathrm{Hysteresis\:loss,\:P_{h}\:=\:k_{h}f_{max}^{1.6}\:1.6V\:Watt}$$
$$\mathrm{Eddy\:current\:loss,\:P_{e}\:=\:K_{e}f^2B_{max}^{2}t^2V\:Watt}$$
哪里,
kh=滞后系数,
ke=涡流系数,
f =供电频率,
Bmax=最大磁通密度,
t=每个叠片的厚度,和
V=核心体积。
最大磁通密度的指数1.6称为Steinmetz系数。现在,铁损也可以写成,
$$\mathrm{P_{i}\:=\:k_{h}f_{max}^{1.6}\:1.6V\:+\:K_{e}f^2B_{max}^{2}t^2V}$$
正如我们所看到的,磁滞和涡流损耗都是磁芯中最大磁通密度、供电频率和磁芯材料体积的函数,它是恒定的。因为,变压器连接到恒定频率源,因此f和Bmax都是恒定的。因此,变压器在所有负载下的铁损或磁芯损耗实际上是恒定的。变压器的铁损可以通过开路试验确定。
为了减少磁滞损耗,磁芯应由高硅钢制成,而为了最大限度地减少涡流损耗,磁芯采用薄叠片构成。
铜或I2R损耗
由于绕组的电阻,初级和次级绕组中的铜损可通过短路试验确定。
变压器中的总铜损(Pcu)由下式给出,
$$\mathrm{P_{cu}\:=\:初级\:winding\:cu\:loss\:+\:Secondary\:wind\:ng\:cu\:loss}$$
$$\mathrm{⇒\:P_{cu}\:=\:I_{1}^{2}R_{1}\:+\:I_{2}^{2}R_{2}}$$
由于,
$$\mathrm{N_{1}I_{1}\:=\:N_{2}I_{2}}$$
$$\mathrm{⇒\:I_{1}\:=\:\frac{N_{2}}{N_{1}}I_{2}}$$
$$\mathrm{\therefore\:P_{cu}\:=\:(\frac{N_{2}}{N_{1}})^2I_{2}^{2}R_{1}\:+\:I_{2}^{2}R_{2}\:=\:I_2^2((\frac{N_{2}}{N_{1}})^2R_{1}+R_{2})\:=\:I_{2}^{2}R_{02}}$$
还有,
$$\mathrm{P_{cu}\:=\:I_{1}^{2}R_{1}\:+\:I_{2}^{2}R_{2}\:=\:I_{1}^{2}R_{1}+(\frac{N_{1}}{N_{2}})^2I_{1}^{2}R_{1}\:=\:I_{1}^{2}R_{01}}$$
因此,
$$\mathrm{P_{cu}\:=\:I_{2}^{2}R_{02}\:=\:I_{1}^{2}R_{01}}$$
注意事项
杂散损耗–实用的变压器具有漏抗,会在导体、变压器油箱和其他金属部件中产生涡流,从而导致变压器中的损耗。这些损失称为杂散损失。
介电损耗——介电损耗发生在变压器的绝缘材料(变压器油或固体绝缘)中。介电损耗仅在高压变压器中显着。