Name: modeling transformer losses with equivalent circuits
Uploaded: 2024-11-21T14:54:19.000Z
Duration: 1 min 28 s
Channel: JoVE

Pratik tek fazlı iki sargılı transformatörlerin eşdeğer devreleri, sargı direnci ve sonlu çekirdek geçirgenliği nedeniyle ideal muadillerinden farklıdır.
Sınırlandırılmamış manyetik akı, gerçek ve reaktif güç kayıplarına neden olur. Direnç ve kaçak reaktansı, her sargı ile seri olarak, sırasıyla direnç kayıplarını, kaçak akı kaynaklı voltaj düşüşünü ve reaktif güç kaybını hesaba katar.
Sonlu çekirdek geçirgenliği, manyetik devreler için Ohm yasasında sıfır olmayan manyetomotor kuvveti ifade eder.
İndüklenen voltajın sol sargı boyunca yeniden düzenlenmesi ve değiştirilmesi, indüklenen voltajı 90 derece geciktiren ve bir şönt indüktör ile temsil edilen bir manyetizasyon akımı ile sonuçlanır.
Ek olarak, bir dirençle temsil edilen bir şönt dalı, indüklenen voltajla aynı fazda çekirdek kayıp akımını taşır. Sağ sargı akımı sıfır olduğunda, sol sargı akımındaki iki bileşen - çekirdek kaybı ve manyetizasyon akımları - gerçek güç ve reaktif güç kayıplarını hesaba katar.
Bu kayıplar, yüksek kaliteli alaşımlı çelik kullanılarak en aza indirilebilir. Direnç ve kaçak reaktansın sol sargıya atıfta bulunulduğu, uyaran akımın ihmal edildiği ve sargı dirençlerinin göz ardı edildiği durumlar dahil olmak üzere üç alternatif eşdeğer devre çizilebilir.

pratik transformatörler için eşdeğer devreler

<div>
 Tek fazlı iki sargılı transformatörlerin pratikteki eşdeğer devreleri, sargı direnci ve sonlu çekirdek geçirgenliğinin doğal özellikleri nedeniyle idealize edilmiş versiyonlarından önemli sapmalar gösterir. Bu özellikler, transformatörün performansını etkileyen gerçek ve reaktif güç kayıplarına neden olur. Bu sapmaları anlamak, daha verimli transformatörler tasarlamak için çok önemlidir.
 Pratik bir transformatörde, her sargı direnç ve kaçak reaktans gösterir. Sargı direnci, ısı olarak ortaya çıkan direnç kayıplarına katkıda bulunurken, kaçak akıyla ilişkili kaçak reaktans, bir voltaj düşüşüne neden olur ve reaktif güç kaybına yol açar. Bu elemanlar, transformatörün eşdeğer devresindeki her sargı ile seri bağlı olarak modellenir ve yük koşulları altında transformatörün davranışının daha doğru bir temsilini sağlar.
 Transformatörün çekirdeğinin sonlu geçirgenliği, Ohm yasasının manyetik devreler için tanımladığı gibi sıfırdan farklı bir manyetomotor kuvvetinin (MMF) gerekli olduğunu gösterir. Bu gereklilik, çekirdekteki manyetik akıyı oluşturmak için gerekli olan bir mıknatıslanma akımıyla sonuçlanır. Birincil sargı boyunca indüklenen voltaj düşünüldüğünde, mıknatıslanma akımı indüklenen voltajın 90 derece gerisinde kalır. Bu ilişki, eşdeğer devrede bir şönt indüktör ile temsil edilir ve çekirdek mıknatıslanmasından kaynaklanan reaktif güç bileşenini doğru bir şekilde modellendirir.
 Çekirdek kayıpları, esas olarak çekirdek malzemesi içindeki histerezis ve girdap akımlarından kaynaklanır ve eşdeğer devrede bir şönt dirençle gösterilir. Bu direnç, indüklenen voltajla aynı fazda olan çekirdek kayıp akımını modeller. İkincil sargı akımı sıfır olduğunda, birincil akım iki bileşenden oluşur: mıknatıslama akımı ve çekirdek kayıp akımı. Bu bileşenler sırasıyla reaktif ve gerçek güç kayıplarından sorumludur.
 Bu kayıpları azaltmak için çekirdek malzemesi olarak genellikle yüksek kalite alaşımlı çelik kullanılır. Bu malzeme üstün manyetik özelliklere sahiptir, histerezis ve girdap akımı kayıplarını azaltır ve böylece transformatör verimliliğini artırır.

 Pratik bir transformatör için üç temel alternatif eşdeğer devre oluşturulabilir:

 <ol style="padding-left: 35px;">
 <li>Direnç ve kaçak reaktansı birincil sargıya iletildiğinde.</li>
 <li>Uyarıcı akım (mıknatıslama ve çekirdek kayıp akımlarının toplamı) ihmal edildiğinde.</li>
 <li>Sadece reaktif bileşenlere odaklanılırak sargı dirençleri göz ardı edildiğinde.</li>
 </ol>

 Bu eşdeğer devrelerin her biri, transformatör performansının farklı yönlerine ilişkin kavrayış sağlar ve belirli uygulamalar için analizi basitleştirir. Mühendisler, bu ideal olmayan özellikleri anlayarak ve modelleyerek, çeşitli elektrik sistemlerinin taleplerini daha iyi karşılayan transformatörler tasarlayabilirler.

</div>

Pratik Transformatörler için Eşdeğer Devreler

Pratik tek fazlı iki sargılı transformatörlerin eşdeğer devreleri, sargı direnci ve sonlu çekirdek nedeniyle ideal muadillerinden farklıdır ...

equivalent-circuits-for-practical-transformers

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

Elektrik Mühendisliği

Unit 1

Ünite 1

Power Transformers

Güç Transformatörleri

KEY TERMS AND CONCEPTS

TEMEL TERİMLER VE KAVRAMLAR

Equivalent Circuits for Practical Transformers

modeling transformer losses with equivalent circuits

Practical transformer equivalent circuits show how winding resistance, leakage reactance, and finite core permeability change transformer behavior. These non-ideal features create real and reactive power losses, so they matter when a transformer is under load.

Each winding has resistance and leakage reactance. Winding resistance causes resistive loss, which appears as heat. Leakage reactance comes from leakage flux, and it creates a voltage drop and reactive power loss. In the equivalent circuit, these elements are placed in series with each winding so the model matches real operation more closely.

The transformer core also needs a non-zero magnetomotive force, or MMF, because its permeability is finite. That need creates a magnetizing current, which establishes the magnetic flux in the core. When the induced voltage across the primary winding is considered, this magnetizing current lags the induced voltage by 90 degrees. It is shown as a shunt inductor in the circuit because it represents the reactive part of the core magnetization current.

Core losses are caused mainly by hysteresis and eddy currents in the core material. These losses are modeled with a shunt resistor. The core loss current through that resistor is in phase with the induced voltage, so it represents real power loss. When the secondary current is zero, the primary current contains both the magnetizing current and the core loss current. Together, these currents account for the reactive and real power losses in the transformer.

High-grade alloy steel is often used for the core to reduce these losses. Its better magnetic properties help lower hysteresis and eddy current loss, which improves efficiency. Engineers can also build three useful alternative equivalent circuits for a practical transformer. In one, the resistance and leakage reactance are referred to the primary winding. In another, the exciting current, which is the sum of magnetizing and core loss currents, is neglected for simplicity. In a third, winding resistances are ignored so the focus stays on the reactive components. Each form helps with a different kind of analysis and gives insight into transformer performance.

Modeling Transformer Losses with Equivalent Circuits

modeling-transformer-losses-with-equivalent-circuits

the ideal transformer

Transformer Core Flux and Turn Ratio

Single-phase two-winding transformers use two windings around a magnetic core. The core has a cross-sectional area A and magnetic permeability μ. A phasor current i1 enters the left winding, and i2 exits the right winding. These parts work together to move energy by electromagnetic means. Ampere’s law explains the magnetic field inside the transformer. It says that the closed-path integral of the magnetic field intensity’s tangential component equals the net current enclosed. For a...

equivalent circuits for practical transformers

Practical transformer equivalent circuits show how winding resistance, leakage reactance, and finite core permeability change transformer behavior. These non-ideal features create real and reactive power losses, so they matter when a transformer is under load. Each winding has resistance and leakage reactance. Winding resistance causes resistive loss, which appears as heat. Leakage reactance comes from leakage flux, and it creates a voltage drop and reactive power loss. In the equivalent...

three-winding transformers

Three-Winding Transformer Models

Three-winding transformer models show how three identical single-phase transformers can be combined into a three-phase transformer connection. The high-voltage windings are labeled A, B, and C. The low-voltage windings are labeled a, b, and c. This notation separates the high-voltage side from the low-voltage side and matches each phase to its own winding. For a grounded Y-Y three-phase transformer, the per-unit equivalent circuit uses common base quantities to simplify analysis. The base...

transformers with off-nominal turns ratios

transformers-with-off-nominal-turns-ratios

Modeling Parallel Transformers with Base Mismatch

Parallel transformers can be modeled with per-unit values even when the chosen voltage bases do not match the transformer ratings. This case creates an off-nominal turns ratio, which means the base voltages are not proportional to the rated voltages. To handle that mismatch, the transformer voltage relation is adjusted by using the ratio of the selected bases. One way to represent the transformer is as two series transformers. The first is the standard per-unit model, which includes the...

key terms and concepts

Learn how practical transformer equivalent circuits model winding resistance, leakage reactance, magnetizing current, and core losses for grades 9–12.

Modeling Transformer Losses with Equivalent Circuits | JoVE K12

JoVE Core Elektrik Mühendisliği, devre analizi teknikleriyle birlikte elektrik devrelerinin temel kavramlarını kapsayan, anlaşılması kolay animasyonlu videolar sunar. Operasyonel amplifikatörler ve devre dönüşümü kavramlarını kullanarak birinci dereceden ve ikinci dereceden devreleri içerir. Pratik tasarım örneklerinin ve gerçek dünya uygulamalarının bilim insanlarınca hazırlanan videolar aracılığıyla dahil edilmesi, karmaşık kavramları erişilebilir hale getirerek önemli bir eğitim değeri katmaktadır.

Modeling Transformer Losses with Equivalent Circuits

Description

Transcript

Tags