Prevádzkové režimy transformátora

V závislosti od hodnoty zaťaženia môže transformátor pracovať v troch režimoch:

1. Prevádzka naprázdno pri záťažovom odpore zn = ∞.

2. Skrat pri zn = 0.

3. Režim nabíjania pri 0 <zn <∞.

S parametrami ekvivalentného obvodu môžete analyzovať akýkoľvek prevádzkový režim transformátora... Samotné parametre sú určené na základe experimentov naprázdno a nakrátko. Pri voľnobehu je sekundárne vinutie transformátora otvorené.

Na zistenie transformačného pomeru, výkonových strát v oceli a parametrov magnetizačnej vetvy ekvivalentného obvodu sa vykonáva skúška transformátora naprázdno, zvyčajne sa vykonáva pri menovitom napätí primárneho vinutia.

Pre jednofázový transformátor na základe údajov z testu naprázdno je možné vypočítať:

— transformačný faktor

— percento prúdu naprázdno

Je aktívny odpor magnetizácie vetvy r0 určený podmienkou

— celkový odpor magnetizačnej vetvy

— indukčný odpor magnetizačnej vetvy

Účiník pri nečinnosti je tiež často definovaný ako:

V niektorých prípadoch sa skúška naprázdno vykonáva pre niekoľko hodnôt napätia primárneho vinutia: od U1 ≈ 0,3U1n do U1 ≈ 1,1U1n. Na základe získaných údajov sú nakreslené voľnobežné charakteristiky, ktoré sú závislosťou P0, z0, r0 a cosφ v závislosti od napätia U1. Pomocou charakteristiky naprázdno je možné nastaviť hodnoty zadaných veličín pri ľubovoľnej hodnote napätia U1.

Na určenie napätia nakrátko sa skúšajú straty vo vinutí a odpory rk a xk v skrate. V tomto prípade je na primárne vinutie privedené také znížené napätie, aby sa prúdy skratovaných vinutí transformátora rovnali ich nominálnym hodnotám, t.j. I1k = I1n, I2k = I2n. Napätie primárneho vinutia, pri ktorom sú splnené stanovené podmienky, sa nazýva menovité skratové napätie Ukn.

Vzhľadom na to, že Ucn je zvyčajne len 5-10% U1n, je vzájomný indukčný tok jadra transformátora pri skratovej skúške desaťkrát menší ako v nominálnom režime a oceľ transformátora je nenasýtená. Preto sa straty v oceli zanedbávajú a uvažuje sa, že všetok výkon Pcn dodávaný do primárneho vinutia sa vynakladá na ohrev vinutí a určuje hodnotu aktívneho skratového odporu rc.

Počas experimentu sa meria napätie Ukn, prúd I1k = I1n a výkon Pkn primárnej cievky. Na základe týchto údajov môžete určiť:

— percento skratového napätia

— aktívna skratová odolnosť

— aktívne odpory primárneho a redukovaného sekundárneho vinutia, približne rovné polovici skratového odporu

— skratová impedancia

— skratová indukčná odolnosť

— indukčný odpor primárneho a redukovaného sekundárneho vinutia, približne rovný polovici indukčného odporu proti skratu

— odpor sekundárneho vinutia skutočného transformátora:

— indukčné, aktívne a celkové percento skratového napätia:

V režime zaťaženia je veľmi dôležité vedieť, ako parametre zaťaženia ovplyvňujú účinnosť a kolísanie napätia na svorkách sekundárneho vinutia.

Účinnosť transformátora je pomer aktívneho výkonu dodávaného do záťaže k aktívnemu výkonu dodávanému do transformátora.

Účinnosť transformátora je veľmi dôležitá. Pre transformátory s malým výkonom je to približne 0,95 a pre transformátory s kapacitou niekoľko desiatok tisíc kilovoltampérov dosahuje 0,995.

Určenie účinnosti podľa vzorca pomocou priamo meraných výkonov P1 a P2 dáva veľkú chybu. Je vhodnejšie prezentovať tento vzorec v inej forme:

kde je súčet strát v transformátore.

V transformátore existujú dva typy strát: magnetické straty spôsobené prechodom magnetického toku cez magnetický obvod a elektrické straty vyplývajúce z toku prúdu cez vinutia.

Pretože magnetický tok transformátora pri U1 = konšt. a zmena sekundárneho prúdu z nuly na nominálny zostáva prakticky konštantná, možno aj magnetické straty v tomto rozsahu záťaží považovať za konštantné a rovné stratám naprázdno.

Elektrické straty v medi vinutia ∆Pm sú úmerné druhej mocnine prúdu. Je vhodné ich vyjadriť ako skratové straty Pcn získané pri menovitom prúde,

kde β je faktor zaťaženia,

Výpočtové vzorce na určenie účinnosti transformátora:

kde Sn je menovitý zdanlivý výkon transformátora; φ2 je fázový uhol medzi napätím a prúdom v záťaži.

Maximálnu účinnosť možno nájsť prirovnaním prvej derivácie k nule. V tomto prípade zistíme, že účinnosť má maximálne hodnoty pri takom zaťažení, keď sa konštantné (prúdovo nezávislé) straty P0 rovnajú striedavým (prúdovo závislým) stratám, odkiaľ

Pre moderné výkonové olejové transformátory βopt = 0,5 — 0,7. Pri takomto zaťažení transformátor najčastejšie pracuje počas prevádzky.

Graf závislosti η = f (β) je na obrázku 1.

Obrázok 1. Krivka zmeny účinnosti transformátora v závislosti od faktora zaťaženia

Na určenie percentuálnej zmeny sekundárneho napätia jednofázového transformátora použite rovnicu

kde uKA a uKR sú aktívne a reaktívne zložky napätia nakrátko, vyjadrené v percentách.

Zmena napätia transformátora závisí od faktora zaťaženia (β), jeho charakteru (uhol φ2) a zložiek skratového napätia (uKA a uKR).

Vonkajšie charakteristiky transformátora je závislosť pri U1 = const a cosφ2 = const (obrázok 2).

Obrázok 2. Vonkajšie charakteristiky transformátorov stredného a vysokého výkonu pre rôzne typy záťaže