Načini delovanja transformatorja

Odvisno od vrednosti obremenitve lahko transformator deluje v treh načinih:

1. Delovanje v prostem teku pri obremenitvenem uporu zn = ∞.

2. Kratek stik pri zn = 0.

3. Način polnjenja pri 0 <zn <∞.

Če imate parametre ekvivalentnega vezja, lahko analizirate kateri koli način delovanja transformatorja ... Sami parametri so določeni na podlagi poskusov brez obremenitve in kratkega stika. V prostem teku je sekundarno navitje transformatorja odprto.

Preskus transformatorja brez obremenitve se izvede za določitev razmerja transformacije, izgub moči v jeklu in parametrov magnetne veje ekvivalentnega vezja, ki se običajno izvaja pri nazivni napetosti primarnega navitja.

Za enofazni transformator na podlagi podatkov iz testa v mirovanju je mogoče izračunati:

— transformacijski faktor

— odstotek toka brez obremenitve

Ali je aktivni upor magnetizacije veje r0 določen s pogojem

— skupni upor magnetne veje

— induktivni upor magnetne veje

Faktor moči v prostem teku je pogosto opredeljen tudi kot:

V nekaterih primerih se preskus brez obremenitve izvede za več vrednosti napetosti primarnega navitja: od U1 ≈ 0,3U1n do U1 ≈ 1,1U1n. Na podlagi dobljenih podatkov se izrišejo karakteristike prostega teka, ki so odvisnosti P0, z0, r0 in cosφ v odvisnosti od napetosti U1. Z uporabo značilnosti brez obremenitve je mogoče nastaviti vrednosti določenih količin pri kateri koli vrednosti napetosti U1.

Za določitev napetosti kratkega stika se v kratkem stiku preizkusijo izgube v navitjih in uporov rk in xk. V tem primeru se na primarno navitje napaja tako zmanjšana napetost, da so tokovi navitij kratkostičnega transformatorja enaki nominalnim vrednostim, to je I1k = I1n, I2k = I2n. Napetost primarnega navitja, pri kateri so izpolnjeni navedeni pogoji, se imenuje nazivna napetost kratkega stika Ukn.

Glede na to, da je Ucn običajno le 5-10% U1n, je medsebojni indukcijski tok jedra transformatorja med preskusom kratkega stika več desetkrat manjši kot v nominalnem načinu, jeklo transformatorja pa je nenasičeno. Zato so izgube v jeklu zanemarjene in velja, da se vsa moč Pcn, dovedena v primarno navitje, porabi za ogrevanje navitij in določa vrednost aktivnega kratkostičnega upora rc.

Med poskusom se merijo napetost Ukn, tok I1k = I1n in moč Pkn primarne tuljave. Na podlagi teh podatkov lahko ugotovite:

— odstotek napetosti kratkega stika

— aktivna upornost kratkega stika

— aktivni upor primarnega in zmanjšanega sekundarnega navitja, približno enak polovici upora kratkega stika

— impedanca kratkega stika

— induktivni upor kratkega stika

— induktivni upor primarnega in zmanjšanega sekundarnega navitja, približno enak polovici induktivnega upora kratkega stika

— upornost sekundarnega navitja pravega transformatorja:

— induktivna, aktivna in skupna odstotna napetost kratkega stika:

V načinu obremenitve je zelo pomembno vedeti, kako parametri obremenitve vplivajo na učinkovitost in spremembo napetosti na sponkah sekundarnega navitja.

Učinkovitost transformatorja je razmerje med delovno močjo, dovedeno obremenitvi, in aktivno močjo, ki se dovaja transformatorju.

Učinkovitost transformatorja je zelo pomembna. Pri energetskih transformatorjih majhne moči je približno 0,95, pri transformatorjih z zmogljivostjo več deset tisoč kilovolt-amperov pa doseže 0,995.

Določanje učinkovitosti po formuli z uporabo neposredno izmerjenih moči P1 in P2 daje veliko napako. To formulo je bolj priročno predstaviti v drugačni obliki:

kjer je vsota izgub v transformatorju.

V transformatorju obstajata dve vrsti izgub: magnetne izgube, ki nastanejo zaradi prehoda magnetnega toka skozi magnetno vezje, in električne izgube, ki nastanejo zaradi toka skozi navitja.

Ker magnetni pretok transformatorja pri U1 = const in spremembi sekundarnega toka od nič do nominalne praktično ostane konstanten, lahko tudi magnetne izgube v tem območju obremenitev predpostavimo, da so konstantne in enake izgubam v prostem teku.

Električne izgube v bakru navitij ∆Pm so sorazmerne s kvadratom toka. Primerno jih je izraziti kot izgube kratkega stika Pcn, dobljene pri nazivnem toku,

kjer je β faktor obremenitve,

Formule za izračun za določitev učinkovitosti transformatorja:

kjer je Sn nazivna navidezna moč transformatorja; φ2 je fazni kot med napetostjo in tokom v bremenu.

Največji izkoristek je mogoče najti tako, da prvi odvod enačimo z nič. V tem primeru ugotovimo, da ima izkoristek največje vrednosti pri takšni obremenitvi, ko so stalne (od toka neodvisne) izgube P0 enake izmeničnim (od toka odvisne) izgube, od koder

Za sodobne energetske oljne transformatorje βopt = 0,5 — 0,7. S takšno obremenitvijo transformator najpogosteje deluje med delovanjem.

Graf odvisnosti η = f (β) je prikazan na sliki 1.

Slika 1. Krivulja spremembe izkoristka transformatorja v odvisnosti od faktorja obremenitve

Za določitev odstotne spremembe sekundarne napetosti enofaznega transformatorja uporabite enačbo

kjer sta uKA in uKR aktivna in jalova komponenta napetosti kratkega stika, izražena v odstotkih.

Sprememba napetosti transformatorja je odvisna od faktorja obremenitve (β), njegove narave (kota φ2) in komponent napetosti kratkega stika (uKA in uKR).

Zunanje značilnosti transformatorja je odvisnost pri U1 = const in cosφ2 = const (slika 2).

Slika 2. Zunanje značilnosti transformatorjev srednje in velike moči za različne vrste obremenitev