Lors du choix d''un transformateur de distribution économe en énergie, deux technologies sont souvent prises en considération:transformateurs en alliage amorpheetTransformateurs à noyau enroulé 3D en acier électrique orienté grain (GOES) ou en acier silicium.

Les deux peuvent réduire les pertes de transformateurs par rapport aux conceptions conventionnelles, mais ils le réalisent grâce à différents matériaux et structures de noyau. Par conséquent, le bon choix ne devrait pas se fonder uniquement sur la capacité du transformateur ou le prix d''achat.

Les facteurs clés sontperte sans charge, perte de charge, heures de fonctionnement annuelles, profil de charge, coût d''électricité, exigences mécaniques et coût total de propriété.

Quelle est la différence entre un transformateur d''alliage amorphe et un transformateur 3D wound-core?

La distinction la plus importante est la technologie de base.

Untransformateur en alliage amorpheutilise un matériau métallique amorphe pour le noyau magnétique. L''alliage amorphe est produit sous forme d''un ruban métallique très mince avec une structure atomique non cristalline. Sa faible perte de noyau le rend particulièrement attrayant pour les transformateurs qui restent alimentés pendant de longues périodes tout en fonctionnant à des charges relativement faibles.

ATransformateur à noyau wound 3Dutilise un noyau magnétique wound tridimensionnel, généralement fabriqué en acier électrique orienté grain (GOES). Le noyau est enroulé en continu dans un circuit magnétique tridimensionnel fermé, ce qui peut réduire les discontinuités de flux magnétique et améliorer la structure globale du noyau.

Ces termes décrivent différents aspects de la technologie du transformateur:

Par conséquent, la comparaison dans cet article se concentre principalement surtransformateurs en alliage amorphe par rapport aux transformateurs à noyau enroulé 3D utilisant GOES.

Pourquoi la perte de charge n''importe-t-elle pas?

Les pertes de transformateur peuvent généralement être divisées enperte sans chargeetperte de charge.

La perte sans charge se produit chaque fois que le transformateur est activé, même lorsqu''il y a peu ou pas de charge secondaire. Cela rend particulièrement important les transformateurs de distribution qui restent connectés au réseau en permanence.

Par exemple, supposons qu''un transformateur 500 kVA fonctionne 8 760 heures par an.

Si la perte sans charge est :

• Conception conventionnelle: 500 W

• Conception économe en énergie: 300 W

La différence annuelle d''énergie sans charge est:

200 W × 8 760 h =1 752 kWh/an

À un coût d''électricité de 0,15 $/kWh :

1,752 × \(0.15 = \)$262.80/an

L''économie réelle dépend des pertes garanties du transformateur sélectionné et du tarif local d''électricité.

C''est pourquoi une faible perte sans charge peut être particulièrement précieuse dans les applications où le transformateur reste alimenté 24 heures sur 24.

Pourquoi la perte de charge est-elle importante?

La perte de charge change avec la charge du transformateur et est fortement liée au courant.

Pour un calcul simplifié, la perte de charge peut être approximaée comme suit :

Perte de charge ≈ Perte de charge nominale × Facteur de charge

Par exemple, si un transformateur a une perte de charge nominale de 5 000 W :

À 50% de charge :

5,000 × 0.5² = 1,250 W

À 80% de charge :

5,000 × 0.8² = 3,200 W

À 100 % de charge :

5,000 × 1² = 5,000 W

Cela démontre pourquoi un transformateur à très faible perte sans charge n''est pas automatiquement la solution la moins coûteuse dans toutes les conditions de fonctionnement.

Lorsque un transformateur fonctionne à une charge modérée ou élevée pendant de nombreuses heures, la perte de charge devient de plus en plus importante.

Exemple 1: Transformateur de distribution rurale 500 kVA

Considérez un transformateur 500 kVA fournissant un réseau de distribution rural.

Le transformateur peut :

• Restez énergétique 24 heures par jour

• Fonctionner environ 8 760 heures par an

• Expérimentez une charge moyenne d''environ 25%

• Passez de longues périodes à 15-40% de charge

• Fournir des charges renouvelables résidentielles, agricoles ou distribuées

Dans ce mode de fonctionnement, le transformateur est alimenté en continu, mais sa charge peut rester relativement faible pendant une grande partie de l''année.

Par conséquent,La perte sans charge représente une partie importante de la perte annuelle d''énergie.

Un transformateur en alliage amorphe peut donc être évalué car sa faible perte de noyau peut fournir des économies d''énergie tout au long de la période d''énergie.

Toutefois, la décision finale devrait toujours être fondée sur la garantie du fabricant de ne pas charger et les pertes de charge, le prix d''achat, le tarif d''électricité et la période d''exploitation prévue.

Exemple 2: Transformateur industriel 500 kVA

Considérez maintenant un transformateur 500 kVA installé dans une installation industrielle.

Les conditions d''exploitation peuvent être:

• Fonctionnement 24h/24 pendant les périodes de production

• Charge moyenne autour de 60 à 70 %

• Charge fluctuant entre environ 50% et 85%

• Courant plus élevé pour de nombreuses heures de fonctionnement

• Une plus grande importance accordée à la robustesse mécanique et aux conditions d''installation

Dans cette situation, la perte de charge contribue considérablement à la consommation annuelle d''énergie.

ATransformateur à noyau enroulé 3D en acier au siliciumpeut donc être l''une des technologies à évaluer, en particulier lorsque ses performances garanties de perte de charge, sa conception mécanique, son prix d''achat et ses exigences opérationnelles correspondent au projet.

Cela ne signifie pas que la technologie de noyau de plaie 3D soit toujours plus économique à haute charge. Le résultat réel dépend des données de perte garantie et du prix d''achat du transformateur spécifique.

Alliage amorphe vs transformateur de noyau blessé 3D

La comparaison suivante peut être utilisée comme guide d''ingénierie préliminaire.

Le tableau doit être considéré comme uncomparaison technologique plutôt qu''un classement universelLes performances réelles varient selon les conceptions de transformateurs et les fabricants.

Comment la capacité du transformateur devrait-elle affecter la sélection?

La capacité du transformateur seule ne devrait pas déterminer si la technologie d''alliage amorphe ou de noyau enroulé 3D est choisie.

Il n''existe pas de seuil universel de capacité internationale auquel une technologie devient automatiquement inadaptée.

Cependant, à mesure que la capacité augmente, les facteurs suivants deviennent de plus en plus importants :

• Exigences de fabrication de base

• Dimensions du noyau et résistance mécanique

• Transport et manutention

• Conception d''enroulement

• Performance thermique

• Pertes garanties

• Coût de fabrication

• Période de remboursement du projet

Pour les transformateurs de distribution plus petits et moyens, les deux technologies peuvent être techniquement pratiques.

Pour les transformateurs plus grands, l’évaluation technique et économique devient de plus en plus spécifique au projet.

Par conséquent, des déclarations telles que « les transformateurs en alliage amorphe ne peuvent pas dépasser une certaine valeur nominale de kVA »devraient généralement être évités à moins qu''ils ne se réfèrent à une gamme de produits ou à une spécification de projet spécifique d''un fabricant.

Comment calculer le coût annuel de l''énergie

Pour un transformateur fonctionnant à une charge relativement constante, un calcul simplifié des pertes annuelles est:

Perde annuelle d''énergie = P ₀ × t + P ₖ × β² × t

Où :

• P₀ = perte sans charge

• Pₖ = perte de charge nominale

• β = facteur de charge moyen

• t = heures de fonctionnement annuelles

Par exemple :

Un transformateur 500 kVA a :

• Pas de perte de charge: 300 W

• Perte de charge: 5 000 W

• Facteur de charge moyen: 50%

• Temps de fonctionnement : 8 760 h/an

Perte annuelle :

0.3 × 8,760 + 5 × 0.5² × 8,760

= 2,628 + 10,950

= 13 578 kWh/an

Si l''électricité coûte 0,15 $/kWh :

13,578 × $0.15 = $2,036.70/an

Il s''agit d''un calcul simplifié.

Pour un transformateur avec une variation importante de charge, une courbe de charge devrait être utilisée au lieu d''un seul facteur de charge moyen.

Le calcul le plus précis est :

Énergie de perte annuelle = Σ[P] ₀ + Pₖ × (Iₜ / Iᵣ) ²] × Δt

Cette approche tient compte du courant opérationnel réel au cours des différentes périodes de l''année.

Et le prix d’achat initial ?

L''efficacité énergétique ne doit pas être évaluée séparément du prix d''achat.

Par exemple :

Bien que le transformateur B ait des pertes annuelles d''énergie inférieures, l''investissement supplémentaire nécessite environ 12 ans pour se rétablir selon ces hypothèses.

Si le transformateur fonctionne pendant 20 à 25 ans, le calcul peut être intéressant.

Si la période d''exploitation réelle est beaucoup plus courte, l''économie peut être différente.

Voilà pourquoila perte de charge, la perte de charge, le prix de l''électricité, le profil de charge, le prix d''achat et la durée de vie attendue devraient être évalués ensemble.

Quel transformateur choisir ?

Au lieu de choisir un transformateur basé uniquement sur les mots "amorphe" ou "noyau wound-core 3D", commencez par les conditions de fonctionnement réelles.

Envisagez d''évaluer un transformateur en alliage amorphe lorsque:

• Le transformateur reste activé pendant la majeure partie de l''année

• La charge est relativement faible pendant de longues périodes

• La consommation d''énergie sans charge est une préoccupation majeure

• Le tarif de l''électricité rend les pertes continues économiquement significatives

• Le projet met fortement l''accent sur la réduction des pertes de base

Envisagez d''évaluer un transformateur à noyau wound 3D lorsque:

• Le transformateur fonctionne sous charges modérées ou variables

• La robustesse mécanique et les conditions de transport sont importantes

• Une structure à noyau enroulé tridimensionnelle est préférée

• Les données de perte garantie du fabricant fournissent un coût de cycle de vie approprié

• L''investissement initial et les coûts d''exploitation doivent être équilibrés

Ceux-ci sontconsidérations de sélection, pas de règles fixesLa même technologie de transformateur peut être adaptée à des applications très différentes en fonction de ses performances réelles garanties.

Cinq paramètres à comparer avant de commander

Pour un projet d''achat international de transformateurs, demandez les informations suivantes à chaque fabricant:

1. Capacité nominale

Par exemple, 315 kVA, 500 kVA, 630 kVA ou 1,000 kVA.

2. Pas de perte de charge

Ceci est particulièrement important pour les transformateurs qui restent alimentés en continu.

3. Perte de charge

Comparez la valeur garantie dans les mêmes conditions de référence.

4. Profil de charge annuel

Ne comptez pas uniquement sur la capacité nominale. Estimez combien d''heures le transformateur fonctionne à 20%, 40%, 60%, 80% et 100% de charge.

5. Coût total de propriété

Considérez :

Prix d''achat + coût annuel de perte d''énergie + entretien + durée de vie prévue.

Principe de sélection finale

La comparaison entre untransformateur en alliage amorpheet unTransformateur à noyau wound 3Dne doit pas être réduit à une simple question de savoir quelle technologie a des pertes plus faibles.

Les deux technologies ont des matériaux de base et des caractéristiques de construction différentes, et leur performance économique dépend fortement de l''application.

Pour un transformateur légèrement chargé qui reste alimenté en continu, une faible perte sans charge peut avoir un impact important sur la consommation annuelle d''énergie.

Pour un transformateur fonctionnant à des charges modérées ou plus élevées, la perte de charge devient de plus en plus importante, ce qui rend le profil de perte complet et la conception de l''enroulement critiques.

Par conséquent, la méthode de sélection la plus fiable est de comparerperte garantie sans charge, perte garantie de charge, profil de charge annuel réel, tarif d''électricité, prix d''achat initial et durée de vie attendue.

La décision finale devrait être basée sur le coût complet du cycle de vie des conceptions spécifiques du transformateur citées, et non seulement sur le fait que le noyau soit en alliage amorphe ou en GOES wound 3D.

Transformeur de la jeunesse Co., Ltd.