چرا ترانسفورماتور استاندارد شما در یک ساختمان مدرن بیش از حد گرم می شود: هارمونیک و ضریب K

مقدمه - چیست و برای چیست

ترانسفورماتور توزیع را به عنوان یک منبع اصلی آب در نظر بگیرید. یک بار سالم و خطی - یک موتور یا یک بخاری - جریان را به صورت یک جریان صاف و ثابت که با موج ولتاژ مطابقت دارد می کشد. الکترونیک مدرن برعکس عمل می کند. منبع تغذیه حالت سوئیچ در داخل کامپیوترها، درایورهای LED، درایوهای فرکانس متغیر (VFD) و یکسو کننده‌های UPS جریان را در پالس‌های کوتاه و تیز نزدیک هر پیک ولتاژ می‌بلعند. برای ترانسفورماتور، این مانند عبور دادن یک جریان متوسط ​​آب در فوران های شدید است: میانگین توان خروجی در آمپرمتر عادی به نظر می رسد، با این حال دیواره های لوله بسیار داغ تر از آنچه باید باشد.

این گرمایش پنهان مشکلی است که ترانسفورماتور ضریب K برای زنده ماندن اختراع شد.

اصل و انواع

آن پالس ها یک فرکانس واحد نیستند. با تجزیه و تحلیل فوریه، جریان تحریف شده 60 هرتز اصلی به اضافه یک پشته از جریان های هارمونیک در مضرب های صحیح است - سوم در 180 هرتز، پنجم در 300 هرتز، هفتمین در 420 هرتز، و غیره. خطر این است که چگونه گرما با نظم بالا می رود. تلفات جریان گردابی سیم‌پیچ (سرگردان) تقریباً با مربع ترتیب هارمونیک رشد می‌کند، بنابراین یک جزء هارمونیک پنجم مس را حدود 25 برابر سخت‌تر از همان جریان RMS در پایه و یک هارمونیک سیزدهم حدود 169 برابر مس را گرم می‌کند. بنابراین، ترانسفورماتوری که فقط برای پلاک اسمش kVA اندازه دارد، می‌تواند بیش از حد گرم شود، عایق آن پیر شود و حتی زمانی که جریان RMS اندازه‌گیری شده هرگز از درجه‌بندی تجاوز نکند، زود از کار بیفتد.

برای تبدیل یک طیف هارمونیک اندازه گیری شده به یک عدد خرید، IEEE C57.110 و UL 1561 ضریب K را تعریف می کنند:

K = Σ (I_h² · h²) / Σ (I_h²)

که در آن I_h جریان RMS در مرتبه هارمونیک h است. یک بار کاملاً سینوسی K = 1 می دهد. هر چه قدر و ترتیب هارمونیک ها بیشتر باشد، K بزرگتر می شود. UL 1561 کلاس های ثابت - K-1، K-4، K-9، K-13، K-20، K-30، K-40، K-50 را تشخیص می دهد و کلاس را بلافاصله بالاتر از مقدار محاسبه شده انتخاب می کنید.

مثال کاربردی - انتخاب رتبه مناسب

یک طبقه اداری مدرن یا یک مدرسه را در نظر بگیرید: 100 ایستگاه کاری می تواند به معنای بار غیر خطی 70 تا 80 درصد باشد. یک ترانسفورماتور استاندارد (به طور موثر K-1) نوع خشک در آنجا ممکن است مجبور باشد تا تقریباً 70٪ از پلاک نام را کاهش دهد تا در دمای بالا بماند. قانون عملی عملی K-13 برای دفاتر، مدارس و بیمارستان ها (لوازم الکترونیکی ترکیبی سنگین) و K-20 برای مراکز داده و اتاق های سرور متراکم است.

یک تله دیگر: هارمونیک های سه گانه (3، 9، 15...) در هر سه فاز یک سیستم وای 4 سیمه در فاز هستند، بنابراین به جای لغو، خنثی را اضافه می کنند - که می تواند تا 200٪ جریان فاز را حمل کند. به همین دلیل است که واحدهای نوع خشک دارای رتبه K با یک باس خنثی با حداقل 200 درصد جریان بار کامل ساخته می شوند.

تصور غلط رایج و واقعیت جالب

رایج ترین تصور غلط این است که یک ترانسفورماتور درجه K، هارمونیک ها را "تثبیت" می کند. اینطور نیست . این یک ترانسفورماتور مستحکم است که برای تحمل گرمای اضافی ساخته شده است - لایه‌های هسته نازک‌تر، هادی‌های چندگانه جابجا شده/موازی، چگالی شار کمتر، عایق کلاس H (180 درجه سانتی‌گراد) یا R (220 درجه سانتی‌گراد)، محافظ الکترواستاتیک و خنثی بزرگ. شکل موج را پاک نمی کند. برای کاهش هارمونیک ها به فیلترها یا ترانسفورماتورهای کاهش دهنده هارمونیک نیاز دارید.

بخش سرگرم کننده - و هشیارکننده -: از آنجایی که عمر عایق تقریباً به ازای هر 10 درجه سانتی گراد بالاتر از امتیاز آن به نصف می رسد، یک واحد استاندارد که به شدت توسط بارهای غیر خطی هدایت می شود ممکن است در چند ماه یا چند سال از کار بیفتد، در حالی که انتظار می رود یک ترانسفورماتور با رتبه K به درستی مشخص شده بیش از 20 سال کار کند. آمپرمتر می گوید "نرمال" - سیم پیچ ها مخالف هستند.