Perdite di potenza nel trasformatore
Le principali caratteristiche di un trasformatore sono principalmente la tensione di avvolgimento e la potenza trasmessa dal trasformatore. Il trasferimento di potenza da un avvolgimento all'altro avviene elettromagneticamente, mentre parte della potenza fornita al trasformatore dall'alimentazione di rete viene persa nel trasformatore. La parte persa del potere si chiama perdite.
Quando la potenza viene trasmessa attraverso un trasformatore, la tensione attraverso gli avvolgimenti secondari cambia con una variazione di carico a causa della caduta di tensione attraverso il trasformatore, che è determinata dalla resistenza di cortocircuito. Altre caratteristiche importanti sono la perdita di potenza nel trasformatore e la tensione di cortocircuito. Determinano l'efficienza del trasformatore e la modalità di funzionamento della rete elettrica.
La perdita di potenza nel trasformatore è una delle caratteristiche principali dell'economia del progetto del trasformatore. Le perdite normalizzate totali sono costituite da perdite a vuoto (XX) e perdite da cortocircuito (SC).A vuoto (nessun carico collegato), quando la corrente scorre solo attraverso la bobina collegata alla fonte di alimentazione e non c'è corrente nelle altre bobine, l'energia consumata dalla rete viene spesa per creare un flusso magnetico a vuoto carico, cioè per magnetizzare un circuito magnetico costituito da fogli di acciaio per trasformatori. Nella misura in cui la corrente alternata cambia direzione, cambia anche la direzione del flusso magnetico. Ciò significa che l'acciaio viene alternativamente magnetizzato e smagnetizzato. Quando la corrente passa da un massimo a zero, l'acciaio si smagnetizza, l'induzione magnetica diminuisce, ma con un certo ritardo, cioè la smagnetizzazione rallenta (quando la corrente raggiunge lo zero, l'induttanza non è zero punto n). Il ritardo dell'inversione della magnetizzazione è una conseguenza della resistenza dell'acciaio al riorientamento dei magneti elementari.
La curva di magnetizzazione quando si inverte la direzione della corrente forma il cosiddetto circuito di isteresi, che è diverso per ogni grado di acciaio e dipende dall'induzione magnetica massima Wmax. L'area coperta dall'anello corrisponde alla potenza spesa per la magnetizzazione. Quando l'acciaio si riscalda durante l'inversione della magnetizzazione, l'energia elettrica fornita al trasformatore viene convertita in calore e dissipata nello spazio circostante, ad es. è irrimediabilmente perduto. Questa è fisicamente la perdita di potenza per invertire la magnetizzazione.
Oltre alle perdite per isteresi quando il flusso magnetico attraversa il circuito magnetico, perdite di corrente parassita… Come sapete, il flusso magnetico induce una forza elettromotrice (EMF), che crea una corrente non solo nella bobina situata sul nucleo del circuito magnetico, ma anche nel metallo stesso. Le correnti parassite fluiscono in un anello chiuso (moto parassita) nel sito dell'acciaio in una direzione perpendicolare alla direzione del flusso magnetico. Per ridurre le correnti parassite, il circuito magnetico è assemblato da lamiere di acciaio isolate separate. In questo caso, più sottile è il foglio, minore è l'EMF elementare, minore è la corrente parassita da esso creata, ad es. minore perdita di potenza da correnti parassite. Queste perdite riscaldano anche il circuito magnetico. Per ridurre correnti parassite, perdite e riscaldamento, aumentare resistenza elettrica acciaio introducendo additivi nel metallo.
Per ogni trasformatore, il consumo di materiali deve essere ottimale: per una data induzione nel circuito magnetico, la sua dimensione determina la potenza del trasformatore. Quindi cercano di avere quanto più acciaio possibile nella sezione centrale del circuito magnetico, ad es. con il fattore di riempimento della dimensione esterna selezionato kz deve essere il più grande. Ciò si ottiene applicando lo strato più sottile di isolamento tra le lamiere di acciaio. Attualmente l'acciaio viene utilizzato con un sottile rivestimento resistente al calore applicato nel processo di produzione dell'acciaio e che consente di ottenere kz = 0,950,96.
Nella produzione di un trasformatore, a causa di varie operazioni tecnologiche con l'acciaio, la sua qualità nella struttura finita si deteriora in una certa misura e le perdite nella struttura sono ottenute di circa il 2550% in più rispetto all'acciaio originale prima della sua lavorazione (quando utilizzando acciaio arrotolato e premendo la catena magnetica senza borchie).