Quali sono le perdite del trasformatore?

Che cos'è il danno da ferro?

A differenza delle perdite nel rame, le perdite nel ferro di un trasformatore sono indipendenti da fattori quali l'avvolgimento e l'intensità della corrente. Dal punto di vista del nome, le perdite nel ferro sono strettamente correlate al ferro stesso, essendo prodotte dal nucleo di ferro. Le perdite nel ferro del trasformatore sono anche note come "perdite a vuoto", poiché sono sempre presenti nel trasformatore, sia a pieno carico che a vuoto, e rappresentano una perdita fissa del trasformatore. Tuttavia, durante il processo di carico, la perdita di potenza diminuisce con la diminuzione dell'intensità del campo elettrico.

Classificazione delle perdite nel ferro del trasformatore

Le perdite nel ferro del trasformatore si suddividono in perdite per isteresi e perdite per correnti parassite.

Perdita per isteresi

Il principio di funzionamento del trasformatore si basa sul principio dell'induzione elettromagnetica per ottenere variazioni di tensione e corrente. Il flusso magnetico all'interno del trasformatore scorre sul nucleo di ferro. Il nucleo di ferro oppone resistenza al flusso magnetico, proprio come un conduttore oppone resistenza alla corrente. Analogamente, si genera calore, e questa perdita è detta "perdita per isteresi".

Perdita per correnti parassite

Quando una corrente viene applicata all'avvolgimento primario del trasformatore, il flusso magnetico generato dalla bobina scorre nel nucleo di ferro. Poiché il nucleo stesso è un conduttore, si induce un potenziale elettrico in un piano perpendicolare alle linee del campo magnetico. Questo potenziale crea un circuito chiuso nella sezione trasversale del nucleo, che a sua volta genera una corrente elettrica. Questa corrente agisce come un vortice rotante, da cui il nome "vortice". La perdita causata dalle correnti parassite è detta "perdita per correnti parassite". È proprio perché il nucleo genera correnti parassite che viene realizzato in una lamina sottile. Infatti, più sottile è il nucleo, maggiore è la resistenza e minore è la corrente.

Fattori che influenzano le perdite di ferro nei trasformatori

• Tensione e frequenza di funzionamento:Le perdite nel ferro sono correlate alla tensione e alla frequenza di funzionamento del trasformatore, poiché questi fattori influenzano l'intensità del campo magnetico e l'isteresi nel nucleo.
• Materiale di base:Le proprietà di isteresi del materiale del nucleo influiscono sull'entità delle perdite nel ferro. Se il materiale del nucleo non viene scelto correttamente, le perdite per isteresi aumenteranno.
• Processo di produzione:Anche il processo di fabbricazione del trasformatore ha un certo impatto sulle perdite nel ferro. Ad esempio, il metodo di laminazione del nucleo, il trattamento di isolamento, ecc., influiscono sull'entità delle perdite nel ferro.

Come ridurre le perdite nel ferro del trasformatore?

• Selezionare un materiale per il nucleo in ferro di alta qualità:La scelta di un materiale per il nucleo di ferro con basse perdite per isteresi può ridurre le perdite nel ferro del trasformatore.
• Ottimizzare il processo produttivo:Ridurre le perdite di ferro migliorando il metodo di laminazione del nucleo, il trattamento dell'isolamento e altri processi di produzione.
• Progettazione razionale:Nella fase di progettazione del trasformatore, le perdite nel ferro vengono ridotte ottimizzando la progettazione strutturale e la selezione dei parametri.

Perdita di rame

Il rame svolge un ruolo importante nei trasformatori. I fili di rame sono generalmente utilizzati negli avvolgimenti dei trasformatori. La "perdita di rame" nel trasformatore è la perdita causata dai fili di rame. La "perdita di rame" del trasformatore è anche detta perdita di carico. La cosiddetta perdita di carico è una perdita variabile e soggetta a variazioni.

Varia al variare della corrente, la perdita di rame (perdita di carico) è una perdita variabile ed è anche la perdita principale nel funzionamento del trasformatore.

Fattori che influenzano le perdite di rame nei trasformatori

• Dimensioni attuali:Come accennato in precedenza, la perdita di rame è proporzionale al quadrato della corrente, quindi l'intensità della corrente è il fattore chiave che influenza la perdita di rame.
• Resistenza dell'avvolgimento:La resistenza dell'avvolgimento influisce direttamente sulle perdite di rame. Maggiore è la resistenza, maggiori sono le perdite di rame.
• Numero di strati della bobina:Maggiore è il numero di strati della bobina, più lungo sarà il percorso per il flusso di corrente nell'avvolgimento e di conseguenza la resistenza aumenterà, con conseguente aumento delle perdite di rame.
• Frequenza di commutazione:L'effetto della frequenza di commutazione sulle perdite di rame del trasformatore è direttamente correlato ai parametri di distribuzione e alle caratteristiche di carico del trasformatore stesso. Quando le caratteristiche di carico e i parametri di distribuzione sono induttivi, le perdite di rame diminuiscono all'aumentare della frequenza di commutazione; quando sono capacitivi, le perdite di rame aumentano all'aumentare della frequenza di commutazione.
• Influenza della temperatura:Anche la temperatura del trasformatore influisce sulle perdite a carico. Allo stesso tempo, il flusso di dispersione causato dalla corrente di carico genera perdite per correnti parassite nell'avvolgimento e perdite vaganti nelle parti metalliche esterne all'avvolgimento.

Come ridurre le perdite di rame nei trasformatori?

• Aumentare la sezione trasversale dell'avvolgimento del trasformatore:ridurre la resistenza del conduttore, riducendo così efficacemente le perdite di rame del trasformatore.
• Utilizzare materiali conduttori di alta qualità:come ad esempio fogli di rame o fogli di alluminio per ridurre la resistenza dell'avvolgimento.
• Ridurre il tempo di funzionamento a basso carico del trasformatore:Limitare la percentuale di tempo di funzionamento a basso carico del trasformatore contribuirà a ridurre le perdite di rame del trasformatore.