Απώλειες ισχύος στον μετασχηματιστή
Τα κύρια χαρακτηριστικά ενός μετασχηματιστή είναι κυρίως η τάση περιέλιξης και η ισχύς που μεταδίδεται από τον μετασχηματιστή. Η μεταφορά ισχύος από το ένα τύλιγμα στο άλλο γίνεται ηλεκτρομαγνητικά, ενώ μέρος της ισχύος που παρέχεται στον μετασχηματιστή από την παροχή ρεύματος χάνεται στον μετασχηματιστή. Το χαμένο μέρος της ισχύος ονομάζεται απώλειες.
Όταν η ισχύς μεταδίδεται μέσω ενός μετασχηματιστή, η τάση στις δευτερεύουσες περιελίξεις αλλάζει με μια αλλαγή στο φορτίο λόγω της πτώσης τάσης στον μετασχηματιστή, η οποία καθορίζεται από την αντίσταση βραχυκυκλώματος. Η απώλεια ισχύος στον μετασχηματιστή και η τάση βραχυκυκλώματος είναι επίσης σημαντικά χαρακτηριστικά. Καθορίζουν την απόδοση του μετασχηματιστή και τον τρόπο λειτουργίας του ηλεκτρικού δικτύου.
Η απώλεια ισχύος στον μετασχηματιστή είναι ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά της οικονομίας του σχεδιασμού του μετασχηματιστή. Οι συνολικές κανονικοποιημένες απώλειες αποτελούνται από απώλειες χωρίς φορτίο (XX) και απώλειες βραχυκυκλώματος (SC).Σε μη φορτίο (χωρίς συνδεδεμένο φορτίο), όταν το ρεύμα ρέει μόνο μέσω του πηνίου που είναι συνδεδεμένο με την πηγή ισχύος και δεν υπάρχει ρεύμα στα άλλα πηνία, η ισχύς που καταναλώνεται από το δίκτυο δαπανάται για να δημιουργηθεί μια μαγνητική ροή σε φορτίο, δηλ. για μαγνητισμό μαγνητικού κυκλώματος που αποτελείται από φύλλα χάλυβα μετασχηματιστή. Στο βαθμό που το εναλλασσόμενο ρεύμα αλλάζει κατεύθυνση, τότε αλλάζει και η φορά της μαγνητικής ροής. Αυτό σημαίνει ότι ο χάλυβας μαγνητίζεται και απομαγνητίζεται εναλλάξ. Όταν το ρεύμα αλλάζει από μέγιστο σε μηδέν, ο χάλυβας απομαγνητίζεται, η μαγνητική επαγωγή μειώνεται, αλλά με κάποια καθυστέρηση, δηλ. ο απομαγνητισμός επιβραδύνεται (όταν το ρεύμα φτάσει στο μηδέν, η αυτεπαγωγή δεν είναι μηδενικό σημείο n). Η επιβράδυνση της αντιστροφής της μαγνήτισης είναι συνέπεια της αντίστασης του χάλυβα στον επαναπροσανατολισμό των στοιχειωδών μαγνητών.
Η καμπύλη μαγνήτισης κατά την αντιστροφή της κατεύθυνσης του ρεύματος σχηματίζει το λεγόμενο κύκλωμα υστέρησης, το οποίο είναι διαφορετικό για κάθε κατηγορία χάλυβα και εξαρτάται από τη μέγιστη μαγνητική επαγωγή Wmax. Η περιοχή που καλύπτεται από τον βρόχο αντιστοιχεί στην ισχύ που δαπανάται για μαγνήτιση. Καθώς ο χάλυβας θερμαίνεται κατά την αντιστροφή της μαγνήτισης, η ηλεκτρική ενέργεια που παρέχεται στον μετασχηματιστή μετατρέπεται σε θερμότητα και διαχέεται στον περιβάλλοντα χώρο, δηλ. χάνεται ανεπανόρθωτα. Αυτή είναι φυσικά η απώλεια ισχύος για την αντιστροφή της μαγνήτισης.
Εκτός από τις απώλειες υστέρησης όταν η μαγνητική ροή ρέει μέσω του μαγνητικού κυκλώματος, απώλειες δινορρευμάτων… Όπως γνωρίζετε, η μαγνητική ροή προκαλεί μια ηλεκτροκινητική δύναμη (EMF), η οποία δημιουργεί ρεύμα όχι μόνο στο πηνίο που βρίσκεται στον πυρήνα του μαγνητικού κυκλώματος, αλλά και στο ίδιο το μέταλλο. Τα δινορεύματα ρέουν σε κλειστό βρόχο (δίνο κίνηση) στη θέση του χάλυβα σε κατεύθυνση κάθετη προς την κατεύθυνση της μαγνητικής ροής. Για τη μείωση των δινορευμάτων, το μαγνητικό κύκλωμα συναρμολογείται από ξεχωριστά μονωμένα φύλλα χάλυβα. Σε αυτή την περίπτωση, όσο πιο λεπτό είναι το φύλλο, τόσο μικρότερο είναι το στοιχειώδες EMF, τόσο μικρότερο είναι το δινορεύμα που δημιουργείται από αυτό, δηλ. λιγότερη απώλεια ισχύος από δινορεύματα. Αυτές οι απώλειες θερμαίνουν επίσης το μαγνητικό κύκλωμα. Για να μειώσετε τα δινορεύματα, τις απώλειες και τη θέρμανση, αυξήστε ηλεκτρική αντίσταση χάλυβα με την εισαγωγή πρόσθετων στο μέταλλο.
Για κάθε μετασχηματιστή, η κατανάλωση υλικών πρέπει να είναι βέλτιστη.Για μια δεδομένη επαγωγή στο μαγνητικό κύκλωμα, το μέγεθός του καθορίζει την ισχύ του μετασχηματιστή. Προσπαθούν λοιπόν να έχουν όσο το δυνατόν περισσότερο χάλυβα στο τμήμα πυρήνα του μαγνητικού κυκλώματος, δηλ. με τον επιλεγμένο συντελεστή πλήρωσης εξωτερικής διάστασης kz πρέπει να είναι ο μεγαλύτερος. Αυτό επιτυγχάνεται με την εφαρμογή της πιο λεπτής στρώσης μόνωσης μεταξύ των χαλύβδινων φύλλων. Επί του παρόντος, ο χάλυβας χρησιμοποιείται με μια λεπτή επίστρωση ανθεκτική στη θερμότητα που εφαρμόζεται στη διαδικασία παραγωγής χάλυβα και καθιστά δυνατή την απόκτηση kz = 0,950,96.
Κατά την παραγωγή ενός μετασχηματιστή, λόγω διαφόρων τεχνολογικών εργασιών με χάλυβα, η ποιότητά του στην τελική κατασκευή επιδεινώνεται σε κάποιο βαθμό και οι απώλειες στη δομή επιτυγχάνονται κατά περίπου 2550% περισσότερες από ό,τι στον αρχικό χάλυβα πριν από την επεξεργασία του (όταν χρησιμοποιώντας τυλιγμένο χάλυβα και πιέζοντας τη μαγνητική αλυσίδα χωρίς καρφιά).