Delovanje močnostnega transformatorja za aktivne, induktivne in kapacitivne obremenitve

Transformator je električni stroj, ki pretvarja izmenični tok ene napetosti v izmenični tok druge napetosti. Načelo delovanja transformatorja temelji na pojavu elektromagnetne indukcije.

Prva omrežja za prenos električne energije so uporabljala enosmerni tok. Napetost v omrežjih je odvisna od izolacijske sposobnosti uporabljenih materialov in je običajno 110 V.

S povečevanjem prenosne moči omrežij je bilo potrebno povečati prerez vodnikov, da bi napetostne izgube ostale v dovoljenih mejah.

In šele izum transformatorja je omogočil gospodarno proizvodnjo električne energije v velikih elektrarnah, jo prenašal pri visoki napetosti na velike razdalje in nato zmanjšal napetost na varno vrednost, preden je električna energija dostavljena potrošnikom.

Brez transformatorjev današnje strukture elektroenergetskega omrežja z visokimi in ultravisokimi, srednjimi in nizkimi napetostmi preprosto ne bi bile mogoče. Transformatorji se uporabljajo v enofaznih in trifaznih električnih omrežjih.

Delovanje trifaznega močnostnega transformatorja se zelo razlikuje glede na obremenitev, ki jo uporablja - aktivno, induktivno ali kapacitivno. V realnih pogojih je obremenitev transformatorja aktivno-induktivna obremenitev.

Slika 1 - Trifazni močnostni transformator

1. Način aktivne obremenitve

V tem načinu je napetost primarnega navitja blizu nazivne vrednosti U1 = U1nom, tok primarnega navitja I1 je določen z obremenitvijo transformatorja, sekundarni tok pa z nazivnim tokom I2nom = P2 / U2nom.

Glede na podatke meritev se učinkovitost transformatorja določi analitično:

Učinkovitost = P2 / P1,

kjer je P1 aktivna moč primarnega navitja transformatorja, P2 je moč, ki jo v napajalni tokokrog dovaja sekundarno navitje transformatorja.

Odvisnost učinkovitosti transformatorja glede na relativni tok primarnega navitja je prikazana na sliki 2.

Slika 2 — Odvisnost učinkovitosti transformatorja od relativnega toka primarnega navitja

V aktivnem načinu obremenitve je vektor toka sekundarnega navitja soobsežen z vektorjem napetosti sekundarnega navitja, zato povečanje obremenitvenega toka povzroči zmanjšanje napetosti na sponkah sekundarnega navitja transformatorja.

Poenostavljen vektorski diagram tokov in napetosti za to vrsto obremenitve transformatorja je prikazan na sliki 3.

Slika 3 — Poenostavljen vektorski diagram tokov in napetosti aktivne obremenitve transformatorja

2. Način delovanja za induktivno obremenitev

V induktivnem načinu obremenitve vektor toka sekundarnega navitja zaostaja za vektorjem napetosti sekundarnega navitja za 90 stopinj. Zmanjšanje vrednosti induktivnosti, povezane s sekundarnim navitjem transformatorja, povzroči povečanje bremenskega toka, kar povzroči zmanjšanje sekundarne napetosti.

Poenostavljen vektorski diagram tokov in napetosti za to vrsto obremenitve transformatorja je prikazan na sliki 4.

Slika 4 — Poenostavljen vektorski diagram transformatorskih tokov in napetosti v načinu induktivne obremenitve

3. Način delovanja s kapacitivno obremenitvijo

V kapacitivnem načinu obremenitve je trenutni vektor sekundarnega navitja pred vektorjem napetosti sekundarnega navitja za 90 stopinj. Povečanje kapacitivnosti, povezane s sekundarnim navitjem transformatorja, povzroči povečanje bremenskega toka, kar povzroči povečanje sekundarne napetosti.

Poenostavljen vektorski diagram tokov in napetosti za to vrsto obremenitve transformatorja je prikazan na sliki 5.

Slika 5 — Poenostavljen vektorski diagram tokov in napetosti kapacitivnega načina obremenitve transformatorja