Tipos de pérdidas en un transformador y su eficiencia

Un transformador ideal es muy eficiente y por lo tanto no tiene pérdidas de energía, lo que significa que la potencia suministrada al terminal de entrada del transformador debe ser equivalente a la potencia suministrada al terminal de salida del transformador. Por lo tanto, la potencia de entrada y la potencia de salida en un transformador ideal son iguales, incluidas las pérdidas de energía cero. Pero en la práctica, la potencia de entrada y salida del transformador no será igual debido a las pérdidas eléctricas dentro del transformador. Es un dispositivo estático porque no tiene partes móviles, por lo que no podemos observar pérdidas mecánicas, pero se producirán pérdidas eléctricas como el cobre y el hierro. Este artículo presenta una descripción general de los diferentes tipos de pérdidas en un transformador.

Tipos de pérdidas en un transformador

Hay diferentes tipos de pérdidas que ocurrirán en el transformador, como hierro, cobre, histéresis, remolinos, fugas y dieléctricos. La pérdida de cobre ocurre principalmente debido a la resistencia en el devanado del transformador, mientras que las pérdidas por histéresis ocurrirán debido al cambio de magnetización en el núcleo.

Pérdidas de hierro en un transformador.

Las pérdidas en el hierro ocurren principalmente a través del flujo alterno en el núcleo del transformador. Una vez que esta pérdida ocurre en el núcleo, se denomina pérdida central. Este tipo de pérdida depende principalmente de las propiedades magnéticas del material en el núcleo del transformador. El núcleo del transformador puede estar hecho de hierro, esto se llama pérdidas de hierro. Este tipo de pérdida se puede clasificar en dos tipos, como histéresis y corrientes de Foucault.

Pérdida de histéresis

Este tipo de pérdida ocurre principalmente cuando se aplica corriente alterna al núcleo del transformador, luego se invierte el campo magnético. Esta pérdida depende principalmente del material del núcleo utilizado en el transformador. Para reducir esta pérdida, se puede utilizar el material base de alta calidad. CRGO: el acero de silicio orientado a grano laminado en frío se puede usar comúnmente como núcleo de transformador para reducir la pérdida por histéresis. Esta pérdida se puede representar usando la siguiente ecuación.

Ph = Khf Bx m

Dónde

'kh' es la constante que depende de la calidad y el volumen del material base del transformador

'Bm' es la densidad de flujo más alta en el núcleo

'f' es la frecuencia del flujo alterno, de lo contrario, suministro

'x' es la constante de Steinmetz y el valor de esta constante oscila principalmente entre 1,5 y 2,5.

Pérdida de corrientes de Foucault

Una vez que el flujo se conecta a un circuito cerrado, se puede inducir una fem en el circuito y hay potencia en el circuito. El flujo de valor actual depende principalmente de la suma de una fem y una resistencia en la región del circuito.
El núcleo del transformador se puede diseñar con material conductor. El flujo de corriente en la fuerza electromotriz se puede proporcionar dentro del cuerpo del material. Este flujo de corriente se llama corriente de Foucault. Esta corriente ocurrirá una vez que el conductor experimente un campo magnético alterado.

Cuando estas corrientes no son las encargadas de realizar una tarea funcional, se genera una pérdida en el material magnético. Esto se llama pérdida por corrientes de Foucault. Esta pérdida se puede reducir diseñando el núcleo con laminaciones ligeras. La ecuación de la corriente de Foucault se puede derivar usando la siguiente ecuación.

Pe = KeBm2t2f2V vatios

Dónde,

'Ke' es el coeficiente de corriente de Foucault. Este valor depende principalmente de la naturaleza del material magnético, como la resistividad y el volumen del material del núcleo y el ancho de las laminaciones.

'Bm' es la tasa más alta de densidad de flujo en wb/m2

'T' es el ancho de rodadura en metros

'F' es la frecuencia de inversión del campo magnético medida en Hz

'V' es la cantidad de material magnético en m3

pérdida de cobre

Las pérdidas de cobre ocurren debido a la resistencia óhmica en los devanados del transformador. Si los devanados primario y secundario del transformador son I1 e I2, entonces la resistencia de estos devanados es R1 y R2. Entonces, las pérdidas de cobre que ocurrieron en los devanados son I12R1 e I22R2 respectivamente. Así que toda la pérdida de cobre será

PC = I12R1 + I22R2

Estas pérdidas también se denominan pérdidas variables u óhmicas porque estas pérdidas cambiarán según la carga.

Pérdida parasitaria

Estos tipos de pérdidas en un transformador pueden ocurrir debido a la aparición del campo de dispersión. En comparación con las pérdidas de cobre y hierro, el porcentaje de pérdidas parásitas es menor, por lo que estas pérdidas pueden despreciarse.

Pérdida dieléctrica

Esta pérdida se produce principalmente en el aceite del transformador. Aquí, el aceite es un material aislante. Una vez que el aceite en el transformador se deteriore, de lo contrario, cuando la calidad del aceite disminuya, la eficiencia del transformador se verá afectada.

Eficiencia del transformador

La definición de eficiencia es similar a la de una máquina eléctrica. Es la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada. La eficiencia se puede calcular mediante la siguiente fórmula.

Eficiencia = Potencia de salida / Potencia de entrada.

El transformador es un dispositivo muy eficiente y la eficiencia de carga de estos dispositivos está mayoritariamente entre el 95% y el 98,5%. Cuando un transformador es altamente eficiente, su entrada y salida tienen casi el mismo valor, por lo que no es práctico calcular la eficiencia del transformador utilizando la fórmula anterior. Pero para encontrar su efectividad, es mejor usar la siguiente fórmula

Eficiencia = (Entrada – Pérdidas) / Entrada => 1 – (Pérdidas / Ientrada).

Deje que la pérdida de cobre sea I2R1 mientras que la pérdida de hierro es Wi

Eficiencia = 1-Pérdidas/Entrada

= 1-I12R1+Wi/V1I1CosΦ1

Ƞ = 1-(I1R1/V1CosΦ1) –Wi/ V1I1CosΦ1

Diferencie la ecuación anterior de 'I1'

d Ƞ/dI1= 0- (R1/V1CosΦ1) + Wi/V1I12 CosΦ1

'Ƞ' es máximo en d Ƞ/dI1 =0

Por lo tanto, la eficiencia 'Ƞ' será máxima en

R1/V1CosΦ1 = Wi/V1I12 CosΦ1

I12R1/ V1I12 CosΦ1 = Wi/V1I12 CosΦ1

I12R1 = Wi

Por lo tanto, la eficiencia del transformador puede ser más alta cuando las pérdidas de hierro y cobre son iguales.

Entonces, pérdida de cobre = pérdida de hierro.

es por lo tanto un descripción general de los tipos de pérdidas en un transformador. En un transformador, la pérdida de energía puede ocurrir por varias razones. Por lo tanto, se reducirá la eficiencia del transformador. Las razones principales de los diferentes tipos de pérdidas en un transformador se deben al efecto del calor en la bobina, la fuga de flujo magnético, la magnetización y la desmagnetización del núcleo. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuáles son los diferentes tipos de transformadores disponibles en el mercado?