¿Cuáles son las razones del cambio continuo de las pérdidas del transformador?

Answer 1

El transformador es un dispositivo estático, es decir, no vemos movimientos en sus partes, por lo que no existen pérdidas mecánicas en el transformador y solo se observan pérdidas eléctricas. Por lo tanto, hay dos tipos principales de pérdidas eléctricas en el transformador:

1. Pérdidas de cobre
2. Pérdidas de hierro

Además de estos, también se observa una pequeña cantidad de pérdidas de energía en forma de ‘pérdidas parásitas’, que se producen debido a la fuga de flujo magnético.

Pérdidas de cobre

Estas pérdidas ocurren en los devanados del transformador cuando se disipa el calor debido a la corriente que pasa a través de los devanados y la resistencia interna que ofrecen los devanados. Por lo tanto, también se conocen como pérdidas óhmicas o pérdidas I2R, donde ‘I’ es la corriente que pasa a través de los devanados y R es la resistencia interna de los devanados.

Estas pérdidas están presentes en los devanados primario y secundario del transformador y dependen de la carga unida a través de los devanados secundarios, ya que la corriente varía con la variación en la carga, por lo que estas son pérdidas variables.

Pérdidas de hierro

Estas pérdidas ocurren en el núcleo del transformador y se generan debido a las variaciones en el flujo. Estas pérdidas dependen de las propiedades magnéticas de los materiales que están presentes en el núcleo, por lo que también se conocen como pérdidas de hierro, ya que el núcleo del transformador está hecho de hierro. Y como no cambian como la carga, estas pérdidas también son constantes.

Hay dos tipos de pérdidas de hierro en el transformador:

1. Eddy pérdidas actuales
2. Pérdida de histéresis

Eddy Pérdidas actuales

Cuando se suministra una corriente alterna a los devanados primarios del transformador, genera un flujo magnético alterno en el devanado que luego se induce en el devanado secundario también a través de la ley de inducción electromagnética de Faraday, y luego se transfiere a la carga conectada externamente. Durante este proceso, los otros materiales de conducción de los que se compone el núcleo; También se vincula con este flujo y se induce una fem.

Pero este flujo magnético no contribuye en nada a la carga conectada externamente ni a la potencia de salida, y se disipa en forma de energía térmica. Entonces, esas pérdidas se llaman pérdidas por Eddy Current

Pérdida de histéresis

La pérdida de histéresis se define como la energía eléctrica que se requiere para realinear los dominios del material ferromagnético que está presente en el núcleo del transformador.

Estos dominios pierden su alineación cuando se suministra una corriente alterna a los devanados primarios del transformador y se induce la fem en el material ferromagnético del núcleo que perturba la alineación de los dominios y luego no se realinean correctamente. Para su realineamiento adecuado, se requiere un suministro de energía externo, generalmente en forma de corriente. Esta energía extra se conoce como pérdida de histéresis.

Estos son los diferentes tipos de pérdidas que ocurren en el transformador y un ingeniero eléctrico debe encargarse de sus pérdidas y tratar de reducirlas lo más bajo posible.

El transformador tiene dos estados de operaciones, uno sin carga y el otro con carga. La mayoría de estos errores aparecen cuando la carga se aplica al transformador.

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Answer 2

Respuesta corta:

El cambio continuo de cargas dará como resultado pérdidas de bobinado que cambian continuamente y, por lo tanto, pérdidas de potencia generales en un transformador.

Respuesta larga:
En un transformador, hay dos tipos de pérdidas:

Pérdidas de hierro (pérdidas de núcleo / pérdidas magnéticas / pérdidas de voltaje):

Las pérdidas de hierro son causadas por la imperfección del núcleo. El núcleo, hecho de material ferromagnético, tendrá corrientes parásitas, magnetostricción y pérdidas por histéresis.

Las corrientes parásitas son corrientes de bucle muy pequeñas dentro del núcleo mismo (como esas pequeñas ondas en la superficie del agua en un río que fluye). Aunque pequeñas individualmente, juntas, estas pérdidas se acumulan en una cantidad considerable. Para evitar pérdidas por corrientes parásitas, la mayoría de los núcleos de transformadores están hechos de láminas delgadas agrupadas. (Imagen del archivo: Transformer.filament.agr.jpg – Wikimedia Commons)

Las pérdidas por histéresis se deben a la ‘stubbonness’ del material del núcleo para cambiar su estado magnético continuamente. Cada vez que la corriente eléctrica alcanza su punto máximo y revierte el ciclo, el núcleo necesitará un poco de energía adicional para “impulsar” su polaridad magnética.

La magnetostricción es un fenómeno que cambia la longitud del material del núcleo un poco más y un poco menos durante cada ciclo. Durante un ciclo de magnetización / desmagnetización, las moléculas en el material del núcleo intentan alinearse y desalinearse, lo que resulta en esta muy leve oscilación mecánica continua. (El zumbido que se escucha desde un transformador se debe a este efecto). Esto también causa algunas pérdidas de potencia menores.

Otro tipo de pérdidas son las pérdidas perdidas. Esto sucede debido a que el flujo magnético se escapa del núcleo y del transformador mismo y pasa a través de estructuras ferrometálicas cercanas y pierde como calor dentro de ellas.

Las pérdidas de hierro también se pueden llamar pérdidas magnéticas o pérdidas centrales . Para una instalación de transformador dada, el grado de pérdidas de hierro depende directamente del voltaje y frecuencia de operación. Dado que la frecuencia es casi exactamente constante, las pérdidas de hierro dependen principalmente de la tensión de alimentación entrante sola. Cuando la tensión de alimentación también es algo constante, las pérdidas de hierro son fijas.

Las pérdidas de hierro no fluctúan mucho en un transformador de potencia con un voltaje y frecuencia dados.

Pérdidas de cobre (pérdidas de bobinado / pérdidas eléctricas / pérdidas de corriente):

Las pérdidas de cobre se deben a las pérdidas de potencia resistiva (pérdidas I2R) que ocurren cuando la corriente eléctrica fluye a través de los devanados primario y secundario.

La corriente eléctrica que pasa a través del devanado primario es una función de la corriente que pasa a través del devanado secundario. Esto a su vez, es una función de la carga misma.

En un buen sistema de energía, los voltajes entrantes no cambian mucho. Pero ese no es el caso de su carga. La carga de salida está determinada por los consumidores y sus necesidades de la hora. (Por ejemplo, en las horas pico de la noche, todos necesitan energía para usar sus equipos domésticos, pero durante la noche o la madrugada, se requiere mucha menos energía).

A medida que la carga sigue variando, la pérdida de cobre también seguirá cambiando. Durante el funcionamiento normal, el transformador tendrá una pérdida máxima de cobre a plena carga o sobrecarga. Cuando la salida no tiene carga, la pérdida de cobre es insignificantemente pequeña. (Esa pérdida insignificantemente pequeña se debe nuevamente a corrientes residuales menores resultantes de las fugas del núcleo magnético mencionadas anteriormente).

Dado que la pérdida de hierro es fija y la pérdida de cobre es variable dependiendo de la carga, un transformador tendrá pérdidas máximas cuando sus terminales secundarios estén en cortocircuito.

Durante el funcionamiento normal, nunca se permite que un transformador se cortocircuite durante mucho tiempo, por lo que podemos decir que, durante el funcionamiento normal, un transformador tendrá pérdidas máximas cuando sus terminales secundarios estén completamente cargados o sobrecargados.

Sin embargo, la máxima eficiencia de un transformador no es cuando está completamente cargado. La máxima eficiencia ocurre cuando las pérdidas de cobre = pérdidas de hierro. Esto generalmente se encuentra dentro de una ventana de carga del 50% al 70% en un transformador de 100 KVA con especificaciones industriales.

PD:

Para medir las pérdidas de potencia en un transformador, utilizamos dos tipos de pruebas en un laboratorio: (1) Prueba de circuito abierto (2) Prueba de cortocircuito.
La prueba OC (con el secundario completamente abierto y el primario con el voltaje nominal) nos da la cifra de pérdida de hierro.
La prueba SC (con los terminales secundarios en cortocircuito y se permite una corriente de carga completa con un voltaje primario muy reducido usando un suministro de voltaje variable) nos da la cifra de pérdida de cobre.

• Lea más sobre las pruebas SC y OC aquí:
  Prueba de circuito abierto y cortocircuito en transformador
• Lea más sobre la máxima eficiencia del transformador aquí:
  Transformador – Pérdidas y Eficiencia
  y aquí:
  Eficiencia del transformador: efecto de la carga | Zenatix

Answer 3

Superar las pérdidas de transformadores

Un transformador más eficiente puede pagarse muchas veces durante su vida útil de 25 años. El transformador desempeña un papel clave en la eficiencia y la calidad de la energía de un sistema eléctrico, aunque el 95% de las decisiones de compra se basan únicamente en el primer costo. La compra basada en el costo del ciclo de vida ahorraría literalmente cientos de miles de dólares en pérdidas operativas durante la vida útil instalada de los transformadores en una instalación típica. De hecho, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) estima que 60 a 80 mil millones de kWh anuales pueden atribuirse a las pérdidas de transformadores. Estas pérdidas le cuestan a los usuarios finales de $ 3 a $ 4 mil millones, y pueden anular nueve días de capacidad de generación en los Estados Unidos anualmente.

Al alimentar la naturaleza cada vez más electrónica de los equipos conectados, la distorsión de la forma de onda de voltaje puede reducir la confiabilidad operativa tanto del sistema eléctrico como del equipo conectado.

Subestimar los datos de pérdidas

Los equipos electrónicos y otras cargas no lineales ahora constituyen la mayor parte de la carga en los transformadores en muchas instalaciones. Incluso en la oficina promedio, muchas personas conectan principalmente computadoras, impresoras, escáneres y otros dispositivos electrónicos a receptáculos de 120V. El perfil de carga de los equipos electrónicos, desde la computadora en la oficina hasta el variador de velocidad en la fábrica, genera pérdidas adicionales y distorsiones no deseadas, de acuerdo con el estándar IEEE 519-1992. Dado que los fabricantes de transformadores prueban solo en condiciones ideales (lineales), como se exige en los estándares de construcción actuales, existe una brecha sustancial entre los datos de pérdidas publicados y las pérdidas reales incurridas después de la instalación (Fig. 1). De hecho, los resultados de las pruebas publicadas en un documento de Transacción IEEE de 1996 documentaron casi el triple de las pérdidas de transformadores al alimentar 60kW de carga de computadora en lugar de carga lineal.

Los transformadores tienen dos componentes principales que generan pérdidas

• El núcleo
• Las bobinas

Pérdida de núcleo

Las pérdidas del núcleo son aproximadamente constantes desde sin carga a carga completa cuando se alimentan cargas lineales. Representan un costo continuo, 24/7, para la vida útil del transformador de 25 a 40 años. Un transformador comercial común de 75 kVA tiene aproximadamente 400 W en pérdidas sin carga.

La pérdida de la bobina

Las pérdidas de la bobina, comúnmente conocidas como pérdidas de carga, están asociadas con la alimentación de energía a la carga conectada. Para cargas lineales, estas pérdidas son predominantemente pérdidas I ^ 2 * R. En otras palabras, las pérdidas de carga aumentan por el cuadrado de corriente de sin carga a carga completa, impulsada por la resistencia de la bobina.

Dado que una amplia variedad de transformadores sirven para diferentes propósitos, las pérdidas reales incurridas en el campo variarán sustancialmente de una instalación a otra. El nivel de carga varía ampliamente, con algunas instalaciones funcionando con mucha carga y otras con una carga más ligera. Esta diferencia afecta sustancialmente las pérdidas reales incurridas.

Comparación de pérdidas de transformadores

Solo hay disponible una cantidad limitada de datos de campo sobre pérdidas de transformadores debido al alto costo de recopilar datos detallados de un número razonable de transformadores individuales.

Transformador estándar

El transformador estándar está construido para entregar su clasificación de kVA en la placa de identificación solo bajo carga lineal y está listado por UL sobre esta base. Como tiene el precio de compra más bajo del mercado, representa la mayoría de las compras de transformadores realizadas en todo el país. Cuando se alimenta un equipo electrónico, se requiere una reducción considerable, del orden del 50% o más, para evitar el sobrecalentamiento y las fallas prematuras, de acuerdo con la Norma IEEE 1100-1992. Junto con su alto costo operativo, otros factores incluyen una pérdida sustancial en la capacidad y la distorsión del voltaje a los equipos conectados.

Transformador Energy Star

En 1998, la EPA incluyó un programa de transformadores de alta eficiencia bajo la marca Energy Star. Para un documento de referencia, la EPA se decidió por la Guía NEMA TP-1 para determinar la eficiencia energética de los transformadores de distribución. El estándar NEMA TP-1 establece las eficiencias requeridas con una carga del 35% para transformadores de tipo seco de bajo voltaje, y con una carga del 50% para transformadores de tipo seco con relleno de líquido y de voltaje medio.

Transformador con clasificación K

A diferencia de los transformadores estándar, que están diseñados para alimentar cargas lineales solamente y pierden capacidad al alimentar cargas no lineales, los transformadores con clasificación K están diseñados para alimentar cargas no lineales con contenido armónico hasta su clasificación nominal. El listado UL se mantiene siempre que el perfil de carga tenga un factor K menor que la clasificación K del transformador. Las clasificaciones estándar de la industria incluyen K4, K13 y K20, siendo K4 y K13 las más frecuentemente especificadas. Una calificación K más alta representa la capacidad de soportar un contenido armónico más alto.

La clasificación K es una clasificación de supervivencia al calor, no un tratamiento de los problemas de calidad de energía asociados, como la distorsión de voltaje, y la eficiencia no se discute típicamente. Sobrevivir al calor adicional significa usar más material de núcleo y bobina, y a veces el uso de diferentes técnicas de construcción.

Answer 4

• pérdidas en un transformador:

• pérdidas de cobre
• pérdidas de hierro
• fuga
• Magnetostricción
• Pérdidas EMI, etc.
• temperatura ambiente
• edad del transformador
• condición del aceite del transformador
• condiciones de falla
• carga en el transformador
• hora del día / clima / temporada /

Dependen de la frecuencia, voltaje, corriente, carga, factor de potencia, armónicos, etc.

Como las variables independientes cambian, la variable dependiente: las pérdidas también cambian …

Answer 5

Las pérdidas del núcleo del transformador permanecen aproximadamente constantes con los cambios en la carga, mientras que las pérdidas de cobre cambian con los cambios en la carga y, por lo tanto, la corriente del transformador.