Calcular las pérdidas en un transformador rectificador de tracción tipo epoxi fundido en seco es un aspecto crucial tanto para los fabricantes como para los usuarios. Como proveedor de transformadores rectificadores de tracción tipo epoxi fundido en seco, entiendo la importancia de determinar con precisión estas pérdidas. En este blog profundizaré en los distintos tipos de pérdidas que se producen en este tipo de transformadores y los métodos para calcularlas.
Tipos de pérdidas en transformadores rectificadores de tracción tipo epoxi fundido en seco
1. Pérdidas principales
Las pérdidas en el núcleo, también conocidas como pérdidas de hierro, son las pérdidas que se producen en el núcleo del transformador. Estas pérdidas se componen principalmente de pérdidas por histéresis y pérdidas por corrientes parásitas.
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Pérdida por histéresis: La pérdida por histéresis es causada por la inversión de la magnetización en el núcleo del transformador. Cuando el campo magnético en el núcleo cambia de dirección, los dominios magnéticos en el material del núcleo deben realinearse. Este proceso de realineación requiere energía, que se disipa en forma de calor. La pérdida por histéresis se puede calcular mediante la fórmula de Steinmetz:
[P_h = k_h f B_m^{n}V]
donde (P_h) es la pérdida por histéresis, (k_h) es la constante de Steinmetz, que depende del material del núcleo, (f) es la frecuencia de la corriente alterna, (B_m) es la densidad máxima de flujo magnético en el núcleo, (n) es el exponente de Steinmetz (normalmente entre 1,5 y 2,5) y (V) es el volumen del núcleo. -
Pérdida por corrientes de Foucault: La pérdida por corrientes parásitas se debe a las corrientes inducidas, llamadas corrientes parásitas, en el núcleo del transformador. Estas corrientes son generadas por el campo magnético cambiante y fluyen en circuitos cerrados dentro del núcleo. La pérdida por corrientes parásitas se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
[P_e = k_e f^{2} B_m^{2} t^{2} V]
donde (P_e) es la pérdida por corrientes parásitas, (k_e) es una constante relacionada con el material del núcleo y su resistividad, (t) es el espesor de las laminaciones del núcleo.
La pérdida total del núcleo (P_{core}) es la suma de la pérdida por histéresis y la pérdida por corrientes parásitas:
[P_núcleo}=P_h + P_e]
2. Pérdidas de cobre
Las pérdidas de cobre ocurren en los devanados del transformador debido a la resistencia de los conductores de cobre. Cuando la corriente fluye a través de los devanados, la energía se disipa en forma de calor según la ley de Joule. La pérdida de cobre se puede calcular mediante la fórmula:
[P_{cu}=I^{2}R]
donde (P_cu}) es la pérdida de cobre, (I) es la corriente que fluye a través del devanado y (R) es la resistencia del devanado.
En un transformador rectificador de tracción, la corriente no es una onda sinusoidal pura sino que tiene una forma de onda compleja debido al proceso de rectificación. Por lo tanto, para calcular con precisión la pérdida de cobre, debemos considerar el valor cuadrático medio (RMS) de la corriente. El valor RMS de una corriente no sinusoidal (i(t)) durante un período (T) viene dado por:
[I_{rms}=\sqrt{\frac{1}{T}\int_{0}^{T}i^{2}(t)dt}]
La pérdida total de cobre en un transformador de devanados múltiples es la suma de las pérdidas de cobre en cada devanado.
3. Pérdidas perdidas
Las pérdidas perdidas son pérdidas adicionales que son difíciles de calcular con precisión. Incluyen pérdidas debidas a flujos de fuga, que inducen corrientes parásitas en el tanque del transformador, partes estructurales y otros materiales conductores cerca del transformador. Las pérdidas perdidas se pueden estimar como un porcentaje de las pérdidas totales de carga. Una aproximación común es que las pérdidas parásitas son aproximadamente del 10% al 20% de las pérdidas del cobre, pero este valor puede variar según el diseño del transformador y las condiciones de operación.
Pasos de cálculo
Paso 1: determinar la pérdida del núcleo
- Primero, obtenga las propiedades del material del núcleo, como la constante de Steinmetz (k_h), el exponente de Steinmetz (n) y la resistividad para calcular la constante de pérdida por corrientes parásitas (k_e). Estas propiedades suelen ser proporcionadas por el fabricante del material del núcleo.
- Mida o calcule la densidad máxima de flujo magnético (B_m) en el núcleo. Esto se puede determinar a partir de los parámetros de diseño del transformador, como el número de vueltas, el área de la sección transversal del núcleo y el voltaje aplicado.
- Determine la frecuencia (f) del voltaje de entrada y el volumen (V) del núcleo.
- Calcule la pérdida por histéresis y la pérdida por corrientes parásitas utilizando las fórmulas mencionadas anteriormente y luego encuentre la pérdida total del núcleo.
Paso 2: Calcule la pérdida de cobre
- Mida o calcule la resistencia (R) de cada devanado. La resistencia se puede medir utilizando un puente de Wheatstone u otros dispositivos de medición de resistencia a una temperatura específica.
- Determine el valor RMS de la corriente que fluye a través de cada devanado. Esto puede requerir el uso de sensores de corriente y sistemas de adquisición de datos para medir la forma de onda actual y luego calcular el valor RMS.
- Calcule la pérdida de cobre para cada devanado usando la fórmula (P_{cu}=I^{2}R) y resúmelos para obtener la pérdida total de cobre.
Paso 3: Estimar las pérdidas perdidas
Con base en las pérdidas de cobre calculadas, estime las pérdidas parásitas como un porcentaje (por ejemplo, 15%) de las pérdidas totales de cobre.
Paso 4: Calcule las pérdidas totales
Las pérdidas totales (P_{total}) en el transformador rectificador de tracción tipo epoxi fundido en seco son la suma de las pérdidas del núcleo, las pérdidas de cobre y las pérdidas parásitas:
[P_{total}=P_{núcleo}+P_{cu}+P_{extraviado}]
Importancia del cálculo de pérdidas
Calcular con precisión las pérdidas en un transformador rectificador de tracción tipo seco de fundición epoxi es de gran importancia. En primer lugar, las pérdidas afectan directamente la eficiencia del transformador. Un transformador con altas pérdidas consumirá más energía, lo que generará mayores costos operativos. En segundo lugar, las pérdidas generan calor, lo que puede provocar un aumento de la temperatura del transformador. Un aumento excesivo de temperatura puede dañar el aislamiento de los devanados y reducir la vida útil del transformador. Por lo tanto, al calcular las pérdidas, podemos optimizar el diseño del transformador para reducir las pérdidas, mejorar la eficiencia y garantizar un funcionamiento confiable.
Como proveedor de transformadores rectificadores de tracción de tipo epoxi fundido en seco, estamos comprometidos a proporcionar productos de alta calidad con bajas pérdidas. Nuestros transformadores están diseñados utilizando tecnologías avanzadas y materiales de alta calidad para minimizar las pérdidas en el núcleo y en el cobre. Además de los transformadores rectificadores de tracción de tipo seco moldeados con epoxi, también ofrecemos otros tipos de transformadores de tipo seco, comoTransformador de resina fundida de aleación amorfayTransformador de aislamiento de accionamiento tipo seco. Puede hacer clic en los enlaces para obtener más información sobre estos productos.
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Referencias
- Fundamentos de maquinaria eléctrica, Stephen J. Chapman
- Ingeniería de transformadores: diseño, tecnología y diagnóstico, GK Dubey