Hovedegenskaper til transformatoren

Eksterne egenskaper til transformatoren

Det er kjent at spenningen over terminalene til sekundærviklingen transformator avhenger av belastningsstrømmen koblet til den spolen. Denne avhengigheten kalles transformatorens ytre karakteristikk.

Den eksterne karakteristikken til transformatoren fjernes ved en konstant forsyningsspenning, når med en endring i belastningen, faktisk med en endring i belastningsstrømmen, spenningen ved terminalene til sekundærviklingen, dvs. sekundærspenningen til en transformator endres også.

Dette fenomenet forklares av det faktum at på motstanden til sekundærviklingen, med en endring i belastningsmotstanden, endres også spenningsfallet, og på grunn av endringen i spenningsfallet over motstanden til primærviklingen, vil EMF av sekundærviklingen endres tilsvarende.

Siden EMF-balanseligningen i primærviklingen inneholder vektormengder, avhenger spenningen over sekundærviklingen av både laststrømmen og arten av den lasten: om den er aktiv, induktiv eller kapasitiv.

Lastens natur er bevist av verdien av fasevinkelen mellom strømmen gjennom lasten og spenningen over lasten. I utgangspunktet kan du angi en lastfaktor som viser hvor mange ganger laststrømmen avviker fra merkestrømmen for en gitt transformator:

For nøyaktig å beregne de eksterne egenskapene til transformatoren, kan en ekvivalent krets benyttes, der spenningen og strømmen til sekundærviklingen kan fikses ved å endre belastningsmotstanden.

Likevel viser følgende formel seg nyttig i praksis, der åpen kretsspenning og "sekundær spenningsendring", som måles i prosent, erstattes og beregnes som den aritmetiske forskjellen mellom åpen kretsspenning og spenningen ved en gitt belastning som en prosentandel av åpen kretsspenning:

Uttrykket for å finne «sekundær spenningsendring» er oppnådd med visse forutsetninger fra den ekvivalente kretsen til transformatoren:

Verdiene til de reaktive og aktive komponentene til kortslutningsspenningen legges inn her. Disse spenningskomponentene (aktive og reaktive) er funnet av tilsvarende kretsparametre eller funnet eksperimentelt i kortslutningsopplevelse.

Kortslutningsopplevelsen avslører mye om transformatoren.Kortslutningsspenningen er funnet som forholdet mellom den eksperimentelle kortslutningsspenningen og den nominelle primærspenningen. Parameteren "kortslutningsspenning" er spesifisert i prosent.

I løpet av forsøket kortsluttes sekundærviklingen til transformatoren, mens det påføres en spenning på primæren som er mye lavere enn den nominelle, slik at kortslutningsstrømmen blir lik merkeverdien. Her balanseres forsyningsspenningen av spenningsfall over viklingene, og verdien av den påførte reduserte spenningen betraktes som det ekvivalente spenningsfallet over viklingene ved en belastningsstrøm lik merkeverdien.

For lavstrømstransformatorer og for krafttransformatorer er kortslutningsspenningsverdien i området 5 % til 15 %, og jo kraftigere transformatoren er, desto mindre er denne verdien. Den nøyaktige verdien av kortslutningsspenningen er gitt i den tekniske dokumentasjonen for en bestemt transformator.

Figuren viser de ytre egenskapene bygget i henhold til formlene ovenfor.Vi kan se at grafene er lineære, dette er fordi sekundærspenningen ikke er sterkt avhengig av belastningsfaktoren på grunn av den relativt lave motstanden til viklingen, og den magnetiske driften. fluks avhenger lite av belastningen.

Figuren viser at fasevinkelen, avhengig av belastningens art, påvirker om karakteristikken synker eller øker. Med en aktiv eller aktiv-induktiv last synker karakteristikken, med en aktiv-kapasitiv last kan den øke, og da blir det andre leddet i formelen for "spenningsendring" negativt.

For laveffekttransformatorer faller den aktive komponenten vanligvis mer enn den induktive, så den eksterne karakteristikken med en aktiv last er mindre lineær enn med en aktiv-induktiv last. For kraftigere transformatorer er det motsatt, derfor vil den aktive lastkarakteristikken være strengere.

Transformatoreffektivitet

Transformatoreffektivitet er forholdet mellom den nyttige elektriske kraften levert til lasten og den aktive elektriske kraften som forbrukes av transformatoren:

Effekten som forbrukes av transformatoren er summen av strømmen som forbrukes av lasten og effekttapene direkte i transformatoren. Videre er aktiv effekt relatert til total effekt som følger:

Siden utgangsspenningen til transformatoren vanligvis er svakt avhengig av lasten, kan lastfaktoren relateres til den nominelle tilsynelatende effekten som følger:

Og strømmen som forbrukes av belastningen i sekundærkretsen:

De elektriske tapene i belastningen av vilkårlig størrelse kan uttrykkes, under hensyntagen til tapene ved nominell belastning, ved belastningsfaktoren:

Nominelle lasttap bestemmes veldig nøyaktig av kraften som forbrukes av transformatoren i kortslutningsforsøket, og tap av magnetisk natur er lik den tomgangseffekten som forbrukes av transformatoren. Disse tapskomponentene er gitt i transformatordokumentasjonen. Så hvis vi vurderer fakta ovenfor, vil effektivitetsformelen ha følgende form:

Figuren viser transformatoreffektivitetens avhengighet av lasten.Når belastningen er null, er virkningsgraden null.

Ettersom lastfaktoren øker, øker også kraften som tilføres lasten, og de magnetiske tapene er uendret, og effektiviteten, som er lett å se, øker lineært. Deretter kommer den optimale verdien av belastningsfaktoren, hvor virkningsgraden når sin grense, på dette tidspunktet oppnås maksimal virkningsgrad.

Etter å ha passert den optimale belastningsfaktoren, begynner effektiviteten å avta gradvis. Dette er fordi elektriske tap øker, de er proporsjonale med kvadratet av strømmen og følgelig med kvadratet av lastfaktoren. Maksimal virkningsgrad for transformatorer med høy effekt (effekten måles i enheter på kVA eller mer) er i området 98 % til 99 %, for transformatorer med lav effekt (mindre enn 10 VA) kan virkningsgraden være rundt 60 %.

Som regel prøver de på designstadiet å lage transformatorer slik at effektiviteten når sin maksimale verdi ved en optimal belastningsfaktor på 0,5 til 0,7, og med en reell belastningsfaktor på 0,5 til 1 vil effektiviteten være nær maksimumsverdien. Med reduksjon effektfaktor (cosinus phi) av lasten koblet til sekundærviklingen, reduseres også utgangseffekten, mens de elektriske og magnetiske tapene forblir uendret, og dermed reduseres effektiviteten i dette tilfellet.

Den optimale driftsmåten til transformatoren, dvs. nominell modus, er vanligvis innstilt i henhold til betingelsene for problemfri drift og i henhold til nivået av tillatt oppvarming i løpet av en viss driftsperiode.Dette er en ekstremt viktig betingelse, slik at transformatoren, mens den leverer merkeeffekten mens den opererer i nominell modus, ikke overopphetes.