Výkonové ztráty v transformátoru
Hlavní charakteristiky transformátoru jsou především napětí vinutí a výkon přenášený transformátorem. Přenos výkonu z jednoho vinutí na druhé se děje elektromagneticky, přičemž část energie dodávané do transformátoru ze síťového napájení se v transformátoru ztrácí. Ztracená část výkonu se nazývá ztráty.
Při přenosu energie přes transformátor se napětí na sekundárních vinutích mění se změnou zátěže v důsledku poklesu napětí na transformátoru, který je určen zkratovým odporem. Důležitou charakteristikou je také ztráta výkonu v transformátoru a napětí nakrátko. Určují účinnost transformátoru a způsob provozu elektrické sítě.
Výkonová ztráta v transformátoru je jednou z hlavních charakteristik hospodárnosti konstrukce transformátoru. Celkové normalizované ztráty se skládají ze ztrát naprázdno (XX) a ztrát nakrátko (SC).Při chodu naprázdno (bez připojené zátěže), kdy proud protéká pouze cívkou připojenou ke zdroji energie a v ostatních cívkách není žádný proud, se energie spotřebovaná sítí vynakládá na vytvoření magnetického toku bez napětí. zatížení, tzn. pro magnetizaci magnetického obvodu sestávajícího z plechů z transformátorové oceli. Do té míry střídavý proud mění směr, pak se změní i směr magnetického toku. To znamená, že ocel je střídavě magnetizována a demagnetizována. Při změně proudu z maxima na nulu se ocel demagnetizuje, magnetická indukce klesá, ale s určitým zpožděním, tzn. demagnetizace se zpomalí (když proud dosáhne nuly, indukčnost není nulový bod n). Zpomalení obrácení magnetizace je důsledkem odolnosti oceli vůči změně orientace elementárních magnetů.
Magnetizační křivka při obrácení směru proudu tvoří tzv hysterezní obvod, která je pro každý druh oceli jiná a závisí na maximální magnetické indukci Wmax. Oblast pokrytá smyčkou odpovídá výkonu vynaloženému na magnetizaci. Při zahřívání oceli při reverzaci magnetizace se elektrická energie přiváděná do transformátoru přeměňuje na teplo a odvádí do okolního prostoru, tzn. je nenávratně ztracena. To je fyzicky ztráta energie pro obrácení magnetizace.
Kromě ztrát hysterezí, když magnetický tok protéká magnetickým obvodem, ztráty vířivými proudy… Jak víte, magnetický tok indukuje elektromotorickou sílu (EMF), která vytváří proud nejen v cívce umístěné na jádru magnetického obvodu, ale také v samotném kovu. Vířivé proudy proudí v uzavřené smyčce (vířivý pohyb) v místě oceli ve směru kolmém ke směru magnetického toku. Pro snížení vířivých proudů je magnetický obvod sestaven ze samostatných izolovaných ocelových plechů. V tomto případě, čím tenčí je plech, tím menší je elementární EMF, tím menší je vířivý proud, který vytváří, tzn. menší ztráty výkonu vířivými proudy. Tyto ztráty také zahřívají magnetický obvod. Pro snížení vířivých proudů, ztrát a zahřívání zvyšte elektrický odpor oceli zaváděním přísad do kovu.
Pro každý transformátor musí být spotřeba materiálů optimální.Pro danou indukci v magnetickém obvodu jeho velikost určuje výkon transformátoru. Snaží se tedy mít v sekci jádra magnetického obvodu co nejvíce oceli, tzn. s vybraným faktorem vyplnění vnějšího rozměru kz musí být největší. Toho je dosaženo nanesením nejtenčí vrstvy izolace mezi ocelové plechy. V současné době se při výrobě oceli používá ocel s tenkým žáruvzdorným povlakem, který umožňuje získat kz = 0,950,96.
Při výrobě transformátoru se vlivem různých technologických operací s ocelí do určité míry zhorší jeho kvalita v hotové konstrukci a ztráty v konstrukci se získají o cca 2550 % více než u původní oceli před jejím zpracováním (když pomocí vinuté oceli a lisování magnetického řetězu bez čepů).