Le calcul des pertes dans un transformateur de distribution est un aspect crucial tant pour les fournisseurs que pour les consommateurs. En tant que fournisseur de transformateurs de distribution, comprendre ces pertes aide non seulement à fournir des produits de haute qualité, mais également à guider les clients vers une utilisation efficace. Dans cet article de blog, j'aborderai les différents types de pertes dans les transformateurs de distribution et comment les calculer.
Types de pertes dans les transformateurs de distribution
Il existe principalement deux types de pertes dans les transformateurs de distribution : les pertes à vide et les pertes en charge.
Non - Pertes de charge (pertes de base)
Les pertes à vide, également appelées pertes dans le noyau, se produisent même lorsque le transformateur n'a aucune charge connectée à son côté secondaire. Ces pertes sont principalement dues à deux facteurs : la perte par hystérésis et la perte par courants de Foucault.
Perte d'hystérésis: La perte d'hystérésis est causée par la magnétisation et la démagnétisation répétées du matériau du noyau du transformateur. Lorsqu'un courant alternatif traverse l'enroulement primaire, le champ magnétique dans le noyau change de direction. Le matériau du noyau résiste à ces changements et l’énergie est dissipée sous forme de chaleur. La perte par hystérésis ($P_h$) peut être calculée à l'aide de la formule de Steinmetz :
[P_h = k_h f B_m^n V]
où $k_h$ est la constante d'hystérésis de Steinmetz, qui dépend du matériau du noyau ; $f$ est la fréquence du courant alternatif ; $B_m$ est la densité de flux maximale dans le cœur ; $n$ est l'exposant de Steinmetz (généralement entre 1,5 et 2,5 pour la plupart des matériaux magnétiques) ; et $V$ est le volume du noyau.
Perte par courants de Foucault: La perte par courants de Foucault est due aux courants induits circulant (courants de Foucault) dans le noyau. Lorsque le champ magnétique dans le noyau change, il induit des forces électromotrices (CEM) dans le matériau du noyau, qui à leur tour provoquent des courants de Foucault. Ces courants traversent la résistance du matériau central et dissipent l’énergie sous forme de chaleur. La perte par courants de Foucault ($P_e$) peut être calculée à l'aide de la formule suivante :
[P_e=k_e f^2 B_m^2 t^2 V]
où $k_e$ est la constante des courants de Foucault, $f$ est la fréquence, $B_m$ est la densité de flux maximale, $t$ est l'épaisseur des stratifications du noyau et $V$ est le volume du noyau.
La perte totale à vide ($P_{nl}$) est la somme de la perte par hystérésis et de la perte par courants de Foucault :
[P_{nl}=P_h + P_e]
Pertes de charge (pertes de cuivre)
Les pertes de charge, également appelées pertes de cuivre, se produisent lorsqu'une charge est connectée au côté secondaire du transformateur. Ces pertes sont dues à la résistance des enroulements du transformateur. Lorsque le courant circule dans les enroulements, la puissance est dissipée sous forme de chaleur selon la loi de Joule.
La perte de cuivre ($P_{cu}$) dans un transformateur peut être calculée à l'aide de la formule :
[P_{cu}=I^2 R]
où $I$ est le courant circulant dans l'enroulement et $R$ est la résistance de l'enroulement. Dans un transformateur de distribution, il y a des enroulements primaires et secondaires, et la perte totale en cuivre est la somme des pertes dans les deux enroulements.
Si nous connaissons le courant nominal ($I_{rated}$) et la perte de cuivre nominale ($P_{cu -rated}$) du transformateur, et que le courant de charge réel est $I_{actual}$, la perte de cuivre réelle peut être calculée comme suit :
[P_{cu}=\left(\frac{I_{actual}}{I_{rated}}\right)^2P_{cu - rating}]
Exemple de calcul
Considérons unTransformateur de distribution Yawei S11 1200KVA et 1600KVAavec les paramètres suivants :
- Puissance nominale ($S_{rated}$) : 1 200 kVA
- Non - perte de charge ($P_{nl}$) : 2,2 kW
- Perte de charge nominale ($P_{cu - nominal}$) : 13,8 kW
- Le transformateur fonctionne à 80 % de sa charge nominale.
Tout d’abord, nous calculons le rapport de courant de charge réel. Puisque la charge représente 80 % de la charge nominale, (\frac{I_{actual}}{I_{rated}} = 0,8)
La perte réelle de cuivre est de :
[P_{cu}=\left(\frac{I_{actual}}{I_{rated}}\right)^2P_{cu - rating}=(0,8)^2\times13,8\space kW = 8,832\space kW]
La perte totale ($P_{total}$) du transformateur est la somme de la perte à vide et de la perte réelle de cuivre :
[P_{total}=P_{nl}+P_{cu}=2,2\espace kW + 8,832\espace kW=11,032\espace kW]
Importance du calcul des pertes
Un calcul précis des pertes dans les transformateurs de distribution est d'une grande importance pour plusieurs raisons.
Pour les fournisseurs comme nous, cela aide à la conception des produits et au contrôle qualité. En calculant précisément les pertes, nous pouvons optimiser la conception du transformateur, notamment en choisissant le bon matériau de noyau, en ajustant la résistance des enroulements et en améliorant le système de refroidissement. Cela garantit que leTransformateurs de distributionnous fournissons des produits répondant aux normes de haute efficacité requises par le marché.
Pour les consommateurs, comprendre les pertes est crucial pour un fonctionnement économique et économe en énergie. En connaissant les pertes à différents niveaux de charge, les consommateurs peuvent planifier leur consommation d'énergie plus efficacement, réduire leurs coûts énergétiques et contribuer à la protection de l'environnement.
Facteurs affectant les pertes
Plusieurs facteurs peuvent affecter les pertes dans les transformateurs de distribution.
Niveau de charge: Comme le montre le calcul de la perte de charge, la perte de cuivre est proportionnelle au carré du courant de charge. Des niveaux de charge plus élevés entraînent des pertes de cuivre nettement plus élevées.
Matériau de base: La qualité du matériau du noyau a un impact majeur sur les pertes à vide. Des matériaux de noyau de haute qualité avec une faible hystérésis et des pertes par courants de Foucault, tels que les noyaux métalliques amorphes, peuvent réduire considérablement les pertes dans le noyau du transformateur.
Fréquence: La perte par hystérésis et la perte par courants de Foucault sont liées à la fréquence du courant alternatif. Des fréquences plus élevées entraînent généralement des pertes plus élevées.
Température: La résistance des enroulements du transformateur augmente avec la température. En conséquence, la perte de cuivre augmente également avec la température. Par conséquent, un refroidissement adéquat du transformateur est essentiel pour maintenir de faibles pertes.
Choisir le bon transformateur
Lors de la sélection d'un transformateur de distribution, il est important de prendre en compte ses caractéristiques de perte.Transformateur de distribution étoile Deltaest un choix populaire dans de nombreuses applications. Lorsque vous choisissez un transformateur, recherchez des modèles avec de faibles pertes à vide et en charge. Cela peut impliquer un investissement initial plus élevé, mais les économies d'énergie à long terme peuvent être substantielles.
Conclusion
Calculer les pertes dans un transformateur de distribution est une tâche complexe mais essentielle. En comprenant les différents types de pertes, leurs méthodes de calcul et les facteurs qui les affectent, les fournisseurs et les consommateurs peuvent prendre des décisions éclairées. En tant que fournisseur de transformateurs de distribution, nous nous engageons à fournir des transformateurs à haut rendement et à faibles pertes. Si vous êtes intéressé par nos produits ou si vous avez des questions sur le calcul des pertes et la sélection du transformateur, n'hésitez pas à nous contacter pour l'achat et d'autres discussions.
Références
- Systèmes d'énergie électrique : planification, conception et exploitation. Par SM Haldenwang et autres.
- Principes de l'électronique de puissance. Par John G. Kassakian, Marc F. Schlecht et George C. Verghese.