Načini rada transformatora

Ovisno o vrijednosti opterećenja, transformator može raditi u tri načina:

1. Rad u praznom hodu pri otporu opterećenja zn = ∞.

2. Kratki spoj pri zn = 0.

3. Način punjenja pri 0 <zn <∞.

Imajući parametre nadomjesne sheme, možete analizirati bilo koji način rada transformatora... Sami parametri se određuju na temelju pokusa praznog hoda i kratkog spoja. U praznom hodu, sekundarni namot transformatora je otvoren.

Ispitivanje transformatora u praznom hodu provodi se kako bi se odredio omjer transformacije, gubici snage u čeliku i parametri grane magnetizacije ekvivalentnog kruga, obično se provodi pri nazivnom naponu primarnog namota.

Za jednofazni transformator na temelju podataka iz testa mirovanja moguće je izračunati:

— faktor transformacije

— postotak struje praznog hoda

Je li djelatni otpor grane magnetiziranja r0 određen uvjetom

— ukupni otpor grane magnetiziranja

— induktivni otpor grane magnetiziranja

Faktor snage u mirovanju također se često definira kao:

U nekim slučajevima, ispitivanje bez opterećenja provodi se za nekoliko vrijednosti napona primarnog namota: od U1 ≈ 0,3U1n do U1 ≈ 1,1U1n. Na temelju dobivenih podataka nacrtane su karakteristike praznog hoda, a to su ovisnosti P0, z0, r0 i cosφ u funkciji napona U1. Pomoću karakteristika praznog hoda moguće je postaviti vrijednosti navedenih veličina na bilo koju vrijednost napona U1.

Za određivanje napona kratkog spoja ispituju se gubici u namotima i otpori rk i xk u kratkom spoju. U tom slučaju se na primarni namot dovodi takav smanjeni napon da struje kratkospojenih namota transformatora budu jednake nazivnim vrijednostima, tj. I1k = I1n, I2k = I2n. Napon primarnog namota, pri kojem su ispunjeni navedeni uvjeti, naziva se nazivni napon kratkog spoja Ukn.

S obzirom da je Ucn obično samo 5-10% U1n, tok međusobne indukcije jezgre transformatora tijekom ispitivanja kratkog spoja je desetke puta manji nego u nominalnom načinu rada, a čelik transformatora je nezasićen. Stoga se gubici u čeliku zanemaruju i smatra se da se sva snaga Pcn dovedena u primarni namot troši na zagrijavanje namota i određuje vrijednost aktivnog otpora kratkog spoja rc.

Tijekom pokusa mjere se napon Ukn, struja I1k = I1n i snaga Pkn primarne zavojnice. Na temelju ovih podataka možete odrediti:

— postotak napona kratkog spoja

— aktivni otpor kratkog spoja

— aktivni otpori primarnog i smanjenog sekundarnog namota, približno jednaki polovici otpora kratkog spoja

— impedancija kratkog spoja

— induktivni otpor kratkog spoja

— induktivni otpor primarnog i smanjenog sekundarnog namota, približno jednak polovici induktivnog otpora kratkog spoja

— otpor sekundarnog namota stvarnog transformatora:

— induktivni, aktivni i ukupni postotak napona kratkog spoja:

V režim opterećenja vrlo je važno znati kako parametri opterećenja utječu na učinkovitost i varijaciju napona na stezaljkama sekundarnog namota.

Učinkovitost transformatora je omjer aktivne snage predane potrošaču i aktivne snage koja se dovodi transformatoru.

Učinkovitost transformatora je od velike važnosti. Za transformatore male snage iznosi približno 0,95, a za transformatore kapaciteta nekoliko desetaka tisuća kilovoltampera doseže 0,995.

Određivanje učinkovitosti formulom pomoću izravno izmjerenih snaga P1 i P2 daje veliku pogrešku. Pogodnije je predstaviti ovu formulu u drugom obliku:

gdje je zbroj gubitaka u transformatoru.

Postoje dvije vrste gubitaka u transformatoru: magnetski gubici uzrokovani prolaskom magnetskog toka kroz magnetski krug i električni gubici koji su posljedica protoka struje kroz namote.

Budući da magnetski tok transformatora pri U1 = const i promjeni sekundarne struje od nule do nazivne praktički ostaje konstantan, tada se i magnetski gubici u ovom području opterećenja mogu pretpostaviti konstantnima i jednakima gubicima u praznom hodu.

Električni gubici u bakru namota ∆Pm proporcionalni su kvadratu struje. Prikladno ih je izraziti kao gubitke kratkog spoja Pcn dobivene pri nazivnoj struji,

gdje je β faktor opterećenja,

Formule za izračun za određivanje učinkovitosti transformatora:

gdje je Sn nazivna prividna snaga transformatora; φ2 je fazni kut između napona i struje u opterećenju.

Maksimalna učinkovitost može se pronaći izjednačavanjem prve derivacije s nulom. U ovom slučaju nalazimo da učinkovitost ima maksimalne vrijednosti pri takvom opterećenju kada su konstantni (neovisni o struji) gubici P0 jednaki izmjeničnim (ovisnim o struji) gubicima, odakle

Za suvremene energetske uljne transformatore βopt = 0,5 — 0,7. S takvim opterećenjem transformator najčešće radi tijekom rada.

Graf ovisnosti η = f (β) prikazan je na slici 1.

Slika 1. Krivulja promjene učinkovitosti transformatora ovisno o faktoru opterećenja

Za određivanje postotka promjene sekundarnog napona jednofaznog transformatora upotrijebite jednadžbu

gdje su uKA i uKR aktivna i jalova komponenta napona kratkog spoja, izražene u postocima.

Promjena napona transformatora ovisi o faktoru opterećenja (β), njegovoj prirodi (kut φ2) i komponentama napona kratkog spoja (uKA i uKR).

Vanjske karakteristike transformatora je ovisnost pri U1 = const i cosφ2 = const (slika 2).

Slika 2. Vanjske karakteristike transformatora srednje i velike snage za različite vrste opterećenja