Prevádzka výkonového transformátora pre aktívnu, indukčnú a kapacitnú záťaž

Transformátor je elektrický stroj, ktorý premieňa striedavý prúd jedného napätia na striedavý prúd iného napätia. Princíp činnosti transformátora je založený na fenoméne elektromagnetickej indukcie.

Prvé siete na prenos elektrickej energie používali jednosmerný prúd. Napätie v sieťach závisí od izolačnej schopnosti použitých materiálov a býva 110 V.

S nárastom prenosového výkonu sietí bolo potrebné zväčšiť prierez vodičov, aby straty napätia zostali v povolených medziach.

A iba vynález transformátora umožnil hospodárne vyrábať elektrickú energiu vo veľkých elektrárňach, prenášať ju pri vysokom napätí na veľké vzdialenosti a potom znížiť napätie na bezpečnú hodnotu pred dodávkou elektriny spotrebiteľom.

Bez transformátorov by dnešné štruktúry elektrickej siete s ich vysokým a ultra vysokým, stredným a nízkym napätím jednoducho neboli možné. Transformátory sa používajú v jednofázových aj trojfázových elektrických sieťach.

Prevádzka trojfázového výkonového transformátora sa značne líši v závislosti od záťaže, ktorú prevádzkuje - aktívnej, indukčnej alebo kapacitnej. V reálnych podmienkach je záťaž transformátora aktívno-induktívna záťaž.

Obrázok 1 – Trojfázový výkonový transformátor

1. Režim aktívneho zaťaženia

V tomto režime je napätie primárneho vinutia blízke menovitému U1 = U1nom, prúd primárneho vinutia I1 je určený zaťažením transformátora a sekundárny prúd je určený menovitým prúdom I2nom = P2 / U2nom.

Podľa nameraných údajov sa účinnosť transformátora určuje analyticky:

Účinnosť = P2 / P1,

kde P1 je činný výkon primárneho vinutia transformátora, P2 je výkon dodávaný do napájacieho obvodu sekundárnym vinutím transformátora.

Závislosť účinnosti transformátora v závislosti od relatívneho prúdu primárneho vinutia je znázornená na obrázku 2.

Obrázok 2 – Závislosť účinnosti transformátora od relatívneho prúdu primárneho vinutia

V režime aktívnej záťaže je vektor prúdu sekundárneho vinutia rovnaký ako vektor napätia sekundárneho vinutia, preto zvýšenie záťažového prúdu spôsobuje zníženie napätia na svorkách sekundárneho vinutia transformátora.

Zjednodušený vektorový diagram prúdov a napätí pre tento typ zaťaženia transformátora je znázornený na obrázku 3.

Obrázok 3 – Zjednodušený vektorový diagram aktívnych zaťažovacích prúdov a napätí transformátora

2. Prevádzkový režim pre indukčnú záťaž

V režime indukčného zaťaženia vektor prúdu sekundárneho vinutia zaostáva za vektorom napätia sekundárneho vinutia o 90 stupňov. Zníženie hodnoty indukčnosti pripojenej k sekundárnemu vinutiu transformátora spôsobí zvýšenie záťažového prúdu, čo má za následok zníženie sekundárneho napätia.

Zjednodušený vektorový diagram prúdov a napätí pre tento typ zaťaženia transformátora je znázornený na obrázku 4.

Obrázok 4 – Zjednodušený vektorový diagram prúdov a napätí transformátora v režime indukčného zaťaženia

3. Režim prevádzky s kapacitnou záťažou

V režime kapacitného zaťaženia je prúdový vektor sekundárneho vinutia pred napäťovým vektorom sekundárneho vinutia o 90 stupňov. Zvýšenie kapacity pripojenej k sekundárnemu vinutiu transformátora spôsobuje zvýšenie zaťažovacieho prúdu, čo vedie k zvýšeniu sekundárneho napätia.

Zjednodušený vektorový diagram prúdov a napätí pre tento typ zaťaženia transformátora je znázornený na obrázku 5.

Obrázok 5 – Zjednodušený vektorový diagram prúdov a napätí v režime kapacitného zaťaženia transformátora