Glavne karakteristike transformatora

Vanjske karakteristike transformatora

Poznato je da napon na stezaljkama sekundarnog namota transformator ovisi o struji opterećenja spojenoj na tu zavojnicu. Ta se ovisnost naziva vanjska karakteristika transformatora.

Vanjska karakteristika transformatora se uklanja pri konstantnom naponu napajanja, kada s promjenom opterećenja, zapravo s promjenom struje opterećenja, napon na stezaljkama sekundarnog namota, t.j. mijenja se i sekundarni napon transformatora.

Ova pojava se objašnjava činjenicom da se na otporu sekundarnog namota, s promjenom otpora opterećenja, mijenja i pad napona, a zbog promjene pada napona na otporu primarnog namota, EMF od sekundarni namot se sukladno tome mijenja.

Budući da jednadžba EMF ravnoteže u primarnom namotu sadrži vektorske veličine, napon na sekundarnom namotu ovisi o struji opterećenja i prirodi tog opterećenja: je li aktivno, induktivno ili kapacitivno.

O prirodi opterećenja svjedoči vrijednost faznog kuta između struje kroz trošilo i napona na teretu. U osnovi, možete unijeti faktor opterećenja koji će pokazati koliko se puta struja opterećenja razlikuje od nazivne struje za određeni transformator:

Da bi se točno izračunale vanjske karakteristike transformatora, može se pribjeći ekvivalentnom krugu, u kojem se promjenom otpora opterećenja mogu fiksirati napon i struja sekundarnog namota.

Ipak, sljedeća formula se pokazala korisnom u praksi, gdje se napon otvorenog kruga i "promjena sekundarnog napona", koja se mjeri kao postotak, zamjenjuju i izračunavaju kao aritmetička razlika između napona otvorenog kruga i napona pri danom opterećenju kao postotak napona otvorenog kruga:

Izraz za pronalaženje «promjene sekundarnog napona» dobiva se uz određene pretpostavke iz nadomjesnog kruga transformatora:

Ovdje se unose vrijednosti jalove i aktivne komponente napona kratkog spoja. Ove komponente napona (aktivne i jalove) nalaze se pomoću parametara ekvivalentnog kruga ili eksperimentalno iskustvo kratkog spoja.

Iskustvo kratkog spoja otkriva mnogo o transformatoru.Napon kratkog spoja nalazi se kao omjer eksperimentalnog napona kratkog spoja i nazivnog primarnog napona. Parametar "napon kratkog spoja" naveden je u postocima.

U tijeku pokusa sekundarni namot se kratko spoji na transformator, dok se na primarni dovodi napon znatno niži od nazivnog, tako da struja kratkog spoja bude jednaka nazivnoj vrijednosti. Ovdje je napon napajanja uravnotežen padom napona na namotima, a vrijednost primijenjenog smanjenog napona smatra se ekvivalentnim padom napona na namotima pri struji opterećenja jednakoj nazivnoj vrijednosti.

Za transformatore male snage i za energetske transformatore vrijednost napona kratkog spoja je u rasponu od 5% do 15%, a što je transformator jači to je ta vrijednost manja. Točna vrijednost napona kratkog spoja navedena je u tehničkoj dokumentaciji za konkretni transformator.

Slika prikazuje vanjske karakteristike izgrađene prema gornjim formulama. Vidimo da su grafikoni linearni, to je zato što sekundarni napon ne ovisi jako o faktoru opterećenja zbog relativno niskog otpora namota, a radni magnetski fluks malo ovisi o opterećenju.

Slika pokazuje da fazni kut, ovisno o prirodi opterećenja, utječe na to da li karakteristika pada ili raste. S aktivnim ili aktivno-induktivnim opterećenjem karakteristika pada, s aktivno-kapacitivnim opterećenjem može porasti i tada drugi član u formuli za "promjenu napona" postaje negativan.

Kod transformatora male snage aktivna komponenta obično pada više od induktivne, pa je vanjska karakteristika s aktivnim opterećenjem manje linearna nego s aktivno-induktivnim opterećenjem. Za jače transformatore je suprotno, stoga će karakteristika aktivnog opterećenja biti stroža.

Učinkovitost transformatora

Učinkovitost transformatora je omjer korisne električne energije predane potrošaču i aktivne električne snage koju troši transformator:

Snaga koju troši transformator zbroj je snage koju troši trošilo i gubitaka snage izravno u transformatoru. Nadalje, djelatna snaga je povezana s ukupnom snagom na sljedeći način:

Budući da izlazni napon transformatora obično slabo ovisi o opterećenju, faktor opterećenja može se povezati s nazivnom prividnom snagom na sljedeći način:

I snaga koju troši opterećenje u sekundarnom krugu:

Električni gubici u opterećenju proizvoljne veličine mogu se izraziti, uzimajući u obzir gubitke pri nazivnom opterećenju, faktorom opterećenja:

Nazivni gubici opterećenja vrlo su precizno određeni snagom koju transformator troši u pokusu kratkog spoja, a gubici magnetske prirode jednaki su snazi ​​praznog hoda koju troši transformator. Ove komponente gubitaka navedene su u dokumentaciji transformatora. Dakle, ako uzmemo u obzir gore navedene činjenice, formula učinkovitosti će imati sljedeći oblik:

Na slici je prikazana ovisnost učinkovitosti transformatora o opterećenju.Kada je opterećenje nula, učinkovitost je nula.

Kako se faktor opterećenja povećava, snaga dovedena do opterećenja također raste, a magnetski gubici su nepromijenjeni, a učinkovitost, što je lako vidjeti, raste linearno. Zatim dolazi optimalna vrijednost faktora opterećenja, gdje učinkovitost doseže svoju granicu, u ovoj točki se postiže maksimalna učinkovitost.

Nakon prolaska optimalnog faktora opterećenja, učinkovitost se počinje postupno smanjivati. To je zato što se električni gubici povećavaju, proporcionalni su kvadratu struje i, sukladno tome, kvadratu faktora opterećenja. Maksimalna učinkovitost za transformatore velike snage (snaga se mjeri u jedinicama kVA ili više) je u rasponu od 98% do 99%, za transformatore male snage (manje od 10 VA) učinkovitost može biti oko 60%.

U pravilu, u fazi projektiranja pokušavaju napraviti transformatore tako da učinkovitost dosegne svoju maksimalnu vrijednost pri optimalnom faktoru opterećenja od 0,5 do 0,7, a zatim sa stvarnim faktorom opterećenja od 0,5 do 1, učinkovitost će biti blizu maksimuma. S redukcijom faktor snage (kosinus phi) opterećenja spojenog na sekundarni namot, izlazna snaga također opada, dok električni i magnetski gubici ostaju nepromijenjeni, stoga se učinkovitost u ovom slučaju smanjuje.

Optimalni način rada transformatora, tj. nominalni način rada, obično se postavljaju prema uvjetima nesmetanog rada i prema razini dopuštenog zagrijavanja tijekom određenog razdoblja rada.Ovo je iznimno važan uvjet kako se transformator, dok isporučuje nazivnu snagu dok radi u nazivnom načinu rada, ne pregrije.