Rad transformatora snage za aktivna, induktivna i kapacitivna opterećenja

Transformator je električni stroj koji pretvara izmjeničnu struju jednog napona u izmjeničnu struju drugog napona. Princip rada transformatora temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije.

Prve mreže za prijenos električne energije koristile su istosmjernu struju. Napon u mrežama ovisi o izolacijskom kapacitetu korištenih materijala i obično iznosi 110 V.

S povećanjem prijenosne snage mreža postalo je potrebno povećati presjeke žica kako bi gubici napona ostali unutar dopuštenih granica.

I tek je izum transformatora omogućio ekonomičnu proizvodnju električne energije u velikim elektranama, njen prijenos pod visokim naponom na velike udaljenosti, a zatim smanjenje napona na sigurnu vrijednost prije isporuke električne energije potrošačima.

Bez transformatora, današnje strukture elektroenergetskih mreža s njihovim visokim i ultravisokim, srednjim i niskim razinama napona jednostavno ne bi bile moguće. Transformatori se koriste u jednofaznim i trofaznim električnim mrežama.

Rad trofaznog energetskog transformatora uvelike varira ovisno o opterećenju koje radi—aktivno, induktivno ili kapacitivno. U stvarnim uvjetima opterećenje transformatora je aktivno-induktivno opterećenje.

Slika 1 — Trofazni energetski transformator

1. Način aktivnog opterećenja

U ovom načinu rada napon primarnog namota je blizak nazivnom U1 = U1nom, struja primarnog namota I1 određena je opterećenjem transformatora, a sekundarna struja određena je nazivnom strujom I2nom = P2 / U2nom.

Prema mjernim podacima analitički se određuje učinkovitost transformatora:

Učinkovitost = P2 / P1,

gdje je P1 aktivna snaga primarnog namota transformatora, P2 je snaga koju sekundarni namot transformatora dovodi u krug napajanja.

Ovisnost učinkovitosti transformatora ovisno o relativnoj struji primarnog namota prikazana je na slici 2.

Slika 2 — Ovisnost učinkovitosti transformatora o relativnoj struji primarnog namota

U aktivnom režimu opterećenja, vektor struje sekundarnog namota je koekstenzivan s vektorom napona sekundarnog namota, stoga povećanje struje opterećenja uzrokuje smanjenje napona na stezaljkama sekundarnog namota transformatora.

Pojednostavljeni vektorski dijagram struja i napona za ovu vrstu opterećenja transformatora prikazan je na slici 3.

Slika 3 — Pojednostavljeni vektorski dijagram struja i napona aktivnog opterećenja transformatora

2. Način rada za induktivno opterećenje

U induktivnom režimu opterećenja, vektor struje sekundarnog namota zaostaje za vektorom napona sekundarnog namota za 90 stupnjeva. Smanjenje vrijednosti induktiviteta spojenog na sekundarni namot transformatora uzrokuje povećanje struje opterećenja, što rezultira smanjenjem sekundarnog napona.

Pojednostavljeni vektorski dijagram struja i napona za ovu vrstu opterećenja transformatora prikazan je na slici 4.

Slika 4 — Pojednostavljeni vektorski dijagram struja i napona transformatora u induktivnom režimu opterećenja

3. Način rada s kapacitivnim opterećenjem

U kapacitivnom režimu opterećenja, vektor struje sekundarnog namota je ispred vektora napona sekundarnog namota za 90 stupnjeva. Povećanje kapaciteta spojenog na sekundarni namot transformatora uzrokuje povećanje struje opterećenja, što rezultira povećanjem sekundarnog napona.

Pojednostavljeni vektorski dijagram struja i napona za ovu vrstu opterećenja transformatora prikazan je na slici 5.

Slika 5 — Pojednostavljeni vektorski dijagram struja i napona moda kapacitivnog opterećenja transformatora