Krafttransformatordrift for aktive, induktive og kapasitive laster

En transformator er en elektrisk maskin som konverterer vekselstrøm av en spenning til vekselstrøm av en annen spenning. Prinsippet for drift av transformatoren er basert på fenomenet elektromagnetisk induksjon.

De første elektriske kraftoverføringsnettene brukte likestrøm. Spenningen i nettverkene avhenger av isolasjonsevnen til materialene som brukes og er vanligvis 110 V.

Med økningen i overføringskraften til nettverkene ble det nødvendig å øke tverrsnittet til ledningene for at spenningstapene skulle holde seg innenfor de tillatte grensene.

Og bare oppfinnelsen av transformatoren gjorde det mulig å økonomisk generere elektrisk energi i store kraftverk, overføre den med høy spenning over lange avstander, og deretter redusere spenningen til en sikker verdi før strøm leveres til forbrukerne.

Uten transformatorer ville dagens strømnettstrukturer med sine høye og ultrahøye, middels og lave spenningsnivåer rett og slett ikke vært mulig. Transformatorer brukes i både enfase og trefase elektriske nettverk.

Virkemåten til en trefase krafttransformator varierer sterkt for hvilken belastning den er aktiv, induktiv eller kapasitiv. Under reelle forhold er transformatorbelastningen en aktiv-induktiv last.

Figur 1 — Trefase krafttransformator

1. Aktiv lastemodus

I denne modusen er primærviklingsspenningen nær den nominelle U1 = U1nom, primærviklingsstrømmen I1 bestemmes av transformatorbelastningen, og sekundærstrømmen bestemmes av den nominelle strømmen I2nom = P2 / U2nom.

I henhold til måledataene bestemmes effektiviteten til transformatoren analytisk:

Effektivitet = P2 / P1,

hvor P1 er den aktive effekten til transformatorens primærvikling, P2 er kraften som tilføres til forsyningskretsen av transformatorens sekundærvikling.

Avhengigheten av effektiviteten til transformatoren avhengig av den relative strømmen til primærviklingen er vist i figur 2.

Figur 2 — Avhengighet av transformatoreffektivitet på den relative strømmen til primærviklingen

I aktiv belastningsmodus er sekundærviklingsstrømvektoren ko-ekstensiv med sekundærviklingsspenningsvektoren, derfor forårsaker en økning i belastningsstrømmen en reduksjon i spenningen ved terminalene til sekundærviklingen til transformatoren.

Et forenklet vektordiagram av strømmene og spenningene for denne typen transformatorbelastning er vist i figur 3.

Figur 3 — Forenklet vektordiagram over transformatorens aktive laststrømmer og spenninger

2. Driftsmodus for induktiv last

I induktiv belastningsmodus ligger sekundærviklingsstrømvektoren etter den sekundære viklingsspenningsvektoren med 90 grader. En reduksjon i verdien av induktansen koblet til sekundærviklingen til transformatoren får laststrømmen til å øke, noe som resulterer i en reduksjon i sekundærspenningen.

Et forenklet vektordiagram over strømmene og spenningene for denne typen transformatorbelastning er vist i figur 4.

Figur 4 — Forenklet vektordiagram av transformatorstrømmer og spenninger i induktiv lastmodus

3. Driftsmåte med kapasitiv belastning

I kapasitiv belastningsmodus er strømvektoren til sekundærviklingen foran spenningsvektoren til sekundærviklingen med 90 grader. En økning i kapasitansen koblet til transformatorens sekundærvikling fører til at laststrømmen øker, noe som resulterer i en økning i sekundærspenningen.

Et forenklet vektordiagram av strømmene og spenningene for denne typen transformatorbelastning er vist i figur 5.

Figur 5 — Forenklet vektordiagram av transformatorkapasitive lastmodusstrømmer og spenninger