Transformatörlerde Enerji Kayıplarının Çeşitleri Açıklandı

Soğuk bir günde ellerinizi birbirine sürttüğünüzde ellerinizin nasıl ısındığını biliyor musunuz? Bu, hareketi ısıya dönüştüren sürtünmedir. Bir transformatörün içinde de oldukça benzer bir şey oluyor. Elektrik, bu bakır bobinlerin içinden geçmek zorundadır ve elektrik sürtünmesi gibi-bir dirençle karşılaşır. Bu, ısıyı dışarı iter ve patlama, ışıklarınıza veya cihazlarınıza asla ulaşamayan enerjidir. Mühendisler buna öyle diyorbakır kaybı(çoğunlukla evet, teller genellikle bakır olduğundan).

Ve bu sabit değil. Transformatörün gerçekte ne kadar çalıştığına bağlı olarak artar. Telefonunuzun şarj cihazının hiçbir şey yapmadan şarja takılıyken hızlı şarj olurken nasıl fark edilir derecede ısındığını hiç hissettiniz mi? Aynı-daha yüksek akım, çok daha fazla "sürtünme", çok daha fazla ısı israfı anlamına gelir. Sonuç olarak: talebi artırdığınızda bu sargılar hızla ısınır.

Tasarımcılar oldukça bariz bir çözümle buna karşı çıkıyor: daha kalın kablolar. Bunu trafiğin daha fazla sıkışmaması için yolu genişletmek olarak düşünün. Elbette, transformatörü daha büyük ve daha pahalı hale getiriyor, ancak rakamlar daha serin çalışan, daha uzun ömürlü ve daha az israf eden bir şey için buna değdiğini gösteriyor. Dürüst olmak gerekirse, tüm güç sistemimizin neden %100 mükemmel olmadığını anlamak için başlangıç ​​noktası budur.

Bakır kayıpları kullanımla birlikte gelir ve gider, ancak hiçbir şey fişe takılmadığında bile her zaman azalan başka bir kayıp daha vardır. Kırmızı ışıkta duran, motoru rölantide çalışan ve hâlâ benzin içen bir araba hayal edin. Transformatörler de aynı şeyi yapar:-sadece "uyanık" ve hazır kalmak için küçük bir miktar güç tüketirler. Biz buna diyoruz-yük kaybı yokveyademir kaybı(çünkü bu olay kablolarda değil çekirdekte gerçekleşir).

Çekirdek temelde manyetik alanı yönlendirmek için orada bulunan büyük bir özel çelik yığınıdır. Ancak bu alan metalin içinde de sıçrayarak ısı yaratıyor. Transformatör şebekeye bağlı olduğu sürece her zaman açıktır, bu nedenle-eviniz biraz meyve suyu ya da bir ton meyve suyu çekse de kayıp oldukça sabit kalır.

Bu sabit arka plan sıcaklığına aslında ne sebep oluyor? İki büyük suçlu.

Değişen manyetik alan sadece kibarca çekirdekten geçmekle kalmaz-metalin içinde dönen küçük elektrik döngülerini de harekete geçirir.girdap akımları. Hiçbir işe yaramayacak şekilde dönüp duruyorlar, sadece mini kısa devreler gibi işleri kızıştırıyorlar.

Eskiden bu büyük girdaplar-kolayca oluştuğundan ve çok fazla enerji harcadığından, sağlam bir demir çekirdek bir kabustu. Düzeltme mi? Çekirdeği, her biri yalıtımla (vernik gibi) kaplanmış süper-ince çelik levhalara dilimleyin. Bunları tek bir tuğla yerine bir iskambil destesi gibi istifleyin. Bu yalıtım katmanları büyük döngülerin oluşmasını engeller. Bu çok basit ve akıllı bir hiledir-laminasyongirdap akımı kayıplarını çok azaltır ve her şeyin daha serin çalışmasını sağlar.

Sonra başka bir tuhaflık daha var. Büyük transformatörlerin çevresinde hafif bir vızıltı fark edebilirsiniz-bu yalnızca rastgele bir gürültü değildir; kelimenin tam anlamıyla küçük bir seviyede titreşen çekirdektir.

Çeliğin içinde milyarlarca mikroskobik manyetik "alan" vardır (ufacık çubuk mıknatısları düşünün). Transformatör kapalıyken hepsi her tarafı işaret ediyor. Ancak AC gücünü taktığınızda, alan onların bir yönde hareket etmesini, ardından diğerini saniyede 60 kez (veya şebekenize bağlı olarak 50 kez) çevirmesini sağlar.

Bu çevirme zahmetsiz değil. Bir atacın stresten dolayı ısınıncaya kadar ileri geri bükülmesi gibi bir sürüklenme vardır. Her çevirmede ısı olarak bir miktar enerji kaybedilir. buhisterezis kaybı. Tüm bu alanların değişmesinin kolektif sallantısı, uğultu olarak duyduğunuz şeydir.

Mühendisler, sade demir yerine silikon çelik kullanarak bu durumu yumuşatıyorlar-silikon, alanların daha kolay dönmesini, daha az sürüklenmeyi, daha az ısıyı ve daha sessiz uğultu sağlıyor. Tamamen yok edemezsiniz ama bu alaşımın çok faydası olur.

İyi bir çekirdek bile manyetik alanın her bir parçasını yakalayamaz. Akının bir kısmı gizlice dışarı çıkar ve tanka, cıvatalara veya kelepçelere çarparak orada daha fazla girdap akımı başlatır. bubaşıboş kayıp-küçük ama orada.

Yalıtım da mükemmel değil. Transformatörler, parçaların kısa devre yapmasını önlemek için yağ ve özel kağıt kullanır. Güçlü elektrik alanı, tıpkı plastiğin tekrar tekrar esnemesi gibi, bu molekülleri zorluyor-biraz ısınıyor. budielektrik kaybı, genellikle küçüktür.

Bu ekstralar, çekirdek ve bakır kayıplarına kıyasla küçük patateslerdir, ancak mühendisler her watt'ta ter dökerler çünkü milyonlarca transformatör bu düşüşlerin artması anlamına gelir.

Tüm bu kayıplar iki kovaya indirgeniyor:

Sabit kayıplar(çoğunlukla demir/çekirdek malzemeleri)-her zaman oradadır, örneğin rölantideki motor maliyeti gibi.

Değişken kayıplar(çoğunlukla bakır)-gaz pedalına basmak gibi daha fazla akım/yük ile patlar.

Bakır kayıpları akımla (I²R) kare olduğundan hızla tırmanırlar. Yani transformatör tam güçte en verimli değildir. En yüksek verimlilik genellikle %50-75 civarında yüke ulaşır; burada sabit arka plan drenajı, artan değişken olanı güzel bir şekilde dengeler.

Bu gizli kayıpları tahmin etmeden nasıl tespit edersiniz? İki klasik test:

Açık-devre testi: Birincil üniteye güç verin, ikincil bağlantıyı kesmeyin. Sargılarda neredeyse hiç akım yok → sıfıra yakın bakır kaybı. Giriş gücü temel olarak çekirdek kayıplarına (sürekli uğultu kısmı) eşittir.

Kısa-devre testi: İkincil devreyi kısa devre yapın, nominal akımı itmek için düşük voltaj uygulayın. Çekirdek akışı küçüktür → çekirdek kayıpları ihmal edilebilir düzeydedir. Giriş gücü ≈ tam-yükte bakır kayıpları.

Bu iki sayıyla herhangi bir yükteki davranışı tahmin edebilirsiniz.

Muhtemelen o kutup transformatörlerinin veya yeşil ped{0}}montaj kutularının yanından geçiyordunuz ve farkına bile varmıyordunuz. Şimdi? Anlıyorsunuz ki-çok çalışıyorlar, mırıldanıyorlar ve ısınıyorlar çünkü bir miktar enerji ısı olarak kayıp gidiyor.

Elbette, modern olanlar %99'un üzerinde verimliliğe ulaşıyor, ancak ülke genelindeki %1'lik kayıp, sırf atık ısı üretmek için fazladan elektrik santrallerine güç vermek gibidir. Her yasa tasarısı bu görünmez verimsizliğin bir kısmını sessizce örtüyor.

Bu nedenle şebeke yükseltmeleri asla durmaz. Bir dahaki sefere bunlardan birini geçtiğinizde belki başını sallayabilirsiniz-bu, ışıklarımızı biraz daha temiz bir şekilde açık tutan, israfa karşı verilen bu büyük, sessiz mücadelenin bir parçasıdır. Düşündüğünde oldukça hoş.

Şimdi iletişime geçin