トランスの損失と効率

 

損失の定義

•変圧器の損失とは、変圧器の動作中に電気エネルギーを他の形態のエネルギー（主に熱）に変換するプロセスを指します。

•損失は、変圧器のパフォーマンス評価の重要な指標であり、変圧器の効率と経済に直接影響します。

 

損失の構成

 

 

負荷なしの損失の定義

無負荷損失とは、一次側が荷重なしの条件下で定格電圧と組み合わされた場合のトランスの電力損失を指します（つまり、二次側が開いています）。負荷なしの損失には、主に鉄の損失と、誘電損失や励起電流損失など、他の少量の損失が含まれます。それは、無負荷条件下での変圧器のエネルギー損失を反映しています。

 

無負荷損失の組成

 

負荷なしの損失は、{1-コア損失で構成されます

コア損失またはコア損失とも呼ばれる鉄損失は、変圧器動作中のコア材料の交互の磁場によって引き起こされるエネルギー損失です。鉄の損失には、主にヒステリシス損失と渦電流損失の2つの部分が含まれます。

ヒステリシスの損失：

ヒステリシスの損失は、交互の磁場の下でのコア材料の磁化と消磁のプロセスにおけるエネルギー損失です。磁場の方向が変化すると、コア材料の磁気ドメインを再配置する必要があり、このプロセスでエネルギー損失が発生します。ヒステリシスの損失は、コア材料のヒステリシスループ、動作周波数、および磁束密度の領域に関連しています

渦電流損失：

渦電流損失は、鉄のコア材料によって誘導される電流（渦電流）が交互の磁場の下で鉄のコア内に流れるときに発生する熱損失です。交互の磁場は、鉄のコアに渦電流を誘導し、鉄のコア材料にループを形成し、熱を生成し、エネルギー損失をもたらします。渦電流損失は、鉄のコア材料の抵抗率、ラミネートの厚さ、および作動周波数に関連しています。

 

負荷のない損失は、{2-誘電損失で構成されます

誘電損失は、交互の電界の作用下での変圧器の絶縁材料によって引き起こされるエネルギー損失です。トランスの断熱材は、導電性部品を分離するためにしばしば使用され、短絡やその他の電気障害を防ぎます。誘電損失は、材料と交互の電界の誘電特性により、主に絶縁材料内で発生します。

絶縁損失：

これが誘電損失の主要部分です。断熱材は、巻線、鉄のコア、その他の導電性部品を分離するために変圧器で使用されます。絶縁材料内の交互の電界は、誘電体の偏光と電流漏れを引き起こし、これらのプロセスはエネルギー損失につながります。一般的な断熱材には、変圧器オイル、紙、樹脂が含まれます。

静電容量効果損失：

変圧器の巻線および断熱構造は、寄生性容量を形成する可能性があります。交互の電界の下では、これらのコンデンサの充電および放電プロセスもエネルギー損失を引き起こします。

高電圧での部分排出

高電圧条件下では、断熱材の内部または表面内または表面に部分的な放電が発生する可能性があります。これは、エネルギー損失と断熱材の漸進的劣化につながる局所電気崩壊現象です。

誘電損失は通常小さいですが、高電圧変圧器では比較的重要に見える場合があります。損失は​​、断熱材の誘電率、損失角（TANδ）の接線、および変圧器の動作電圧と周波数に関連しています。

トランスの無負荷損失における誘電損失は比較的小さく、通常は0。5％と2％の間ですが、高電圧変圧器では特別な注意と制御が必要です。

 

ロード損失なしは、3-励起電流損失で構成されます

励起電流損失は、コアの磁場を確立するために必要な励起電流によって引き起こされる一次巻線のI²R損失によるものです。負荷がない場合でも、主要な側は、コアの磁化を維持するために特定の電流を必要とし、電流のこの部分は巻き抵抗に熱損失を生成します。

 

負荷のない損失は、{4-迷路損失で構成されます

浮遊損失は、漏れ流束によって引き起こされる変圧器の損失です。リークフラックスとは、変圧器のコアを介して中央に漏れていないものを指しますが、他の経路（トランス構造成分、クリップ、タンク壁など）を介してです。これらの漏れ束は導電性材料に渦電流を誘発するため、エネルギー損失が引き起こされ、損失のこの部分は迷走損失と呼ばれます。

クランプ損失：トランスクリップ（コアクリップ、サポート構造など）の漏れ束によって引き起こされる渦電流損失。

タンクの壁の損失：トランスのタンク壁の漏れ束によって引き起こされる渦電流損失。燃料タンクは通常金属製であるため、これらの金属構造では渦電流損失が重要になる可能性があります。

リードおよびエンドフレームの損失：トランスリード、エンドフレーム、およびその他の金属構造の漏れ流れによって引き起こされる渦電流損失。

野外損失は一般に、トランスの総損失のごく一部ですが、大容量の変圧器では重要になる可能性があります。したがって、変圧器の設計では、漏れ流束の影響を減らし、コアと構造のコンポーネントの設計を最適化して、迷走喪失を減らすことが重要です。

 

 

負荷損失の定義

•負荷損失とは、負荷動作条件下で変圧器を通過する負荷電流によって引き起こされる電気エネルギー損失を指します。

 

負荷損失の組成

 

負荷損失は、{1-銅損失で構成されています

トランスの銅の損失は、導体を流れる電流によるトランス（銅またはアルミニウム）の巻きの耐性の損失です。これは負荷損失の主要なコンポーネントであり、負荷電流が増加するにつれて大幅に増加します。

 

DC耐性損失

巻線のDC抵抗によって引き起こされる損失。式はです 

ここで、私は負荷電流であり、Rは巻き抵抗です。

 

負荷損失は、{1-追加損失で構成されています

•漏れ磁気損失

トランスの漏れ流量による構造成分（クリップ、鋼板、箱の壁など）の渦電流の損失。

•追加の銅損失

皮膚の影響と近接効果による不均一な電流分布による追加の損失。これらの効果は、高負荷または周波数でより顕著です。

•機械的損失

変圧器内の機械的振動とノイズによる損失。総損失の損失のこの部分は、わずかな割合を占めました。

•冷却装置の損失

オイルインマー型変圧器では、冷却に使用されるファンとオイルポンプは電気エネルギーを消費し、これらのデバイスは動作中に損失を生成します。

 

 

損失に対する温度の影響

•負荷損失はありません

無負荷損失に対する温度の影響は小さく、主にコア材料の抵抗率に影響しますが、変化はほとんどありません。主成分の鉄の損失（ヒステリシス損失と渦電流損失）は、温度変化に敏感ではありません。

•負荷損失

主に負荷損失における導体の抵抗率が温度の変化とともに大幅に増加するため、温度は負荷損失に大きな影響を及ぼします。その結果、巻線抵抗は温度の上昇とともに増加し、巻線を介して電流によって発生する銅の損失は大幅に増加します。銅損失は負荷損失の主な成分であるため、荷重損失に対する温度上昇の影響はより明白です。

 

どこ、

i=load電流

r =抵抗

ρ=抵抗率

l =ワイヤの長さ

s =ワイヤの断面領域

 

参照温度

トランスの無負荷損失と負荷損失の標準参照温度は、テストとパフォーマンスの評価の一貫性を確保することです。国際および国内の基準は通常、これらのテストの参照温度を指定します。

 

参照温度	IEC	IEEE	CSA
負荷損失はありません	キャリブレーションは必要ありません	20度	85度
負荷損失	75度	85度	85度

 

損失補正

トランスの標準参照温度への損失を修正する主な理由は、異なる条件下でのテスト結果の比較可能性と一貫性を確保することです。

温度効果

トランスの損失、特に負荷損失は、温度の影響を大きく受けます。巻き抵抗は温度の上昇とともに増加し、負荷損失が増加します。損失値を標準の参照温度に修正することにより、温度変化の影響を排除し、異なるテスト条件下で結果を匹敵させることができます

標準化

75や85度などの均一な参照温度を使用すると、メーカー、モデル、テスト時間全体の変圧器テスト結果の一貫性と標準化が保証されます。

 

 

意味

•トランスの効率は、通常はパーセンテージとして表される入力電力と出力電力との比率を指し、単純化された理解式は次のとおりです。