Рад енергетских трансформатора за активна, индуктивна и капацитивна оптерећења

Трансформатор је електрична машина која претвара наизменичну струју једног напона у наизменичну струју другог напона. Принцип рада трансформатора заснива се на феномену електромагнетне индукције.

Прве мреже за пренос електричне енергије користиле су једносмерну струју. Напон у мрежама зависи од изолационог капацитета коришћених материјала и обично је 110 В.

Са повећањем преносне снаге мрежа постало је неопходно повећати попречни пресек жица како би губици напона остали у дозвољеним границама.

И само проналазак трансформатора омогућио је економично генерисање електричне енергије у великим електранама, пренос високе напоне на велике удаљености, а затим смањење напона на безбедну вредност пре испоруке електричне енергије потрошачима.

Без трансформатора, данашње структуре електричне мреже са њиховим високим и ултра високим, средњим и ниским напонским нивоима једноставно не би биле могуће. Трансформатори се користе и у једнофазним и у трофазним електричним мрежама.

Рад трофазног енергетског трансформатора увелико варира у зависности од оптерећења којим ради - активног, индуктивног или капацитивног. У реалним условима, оптерећење трансформатора је активно-индуктивно оптерећење.

Слика 1 — Трофазни енергетски трансформатор

1. Режим активног оптерећења

У овом режиму, напон примарног намотаја је близак номиналном У1 = У1ном, струја примарног намотаја И1 је одређена оптерећењем трансформатора, а секундарна струја одређена је називном струјом И2ном = П2 / У2ном.

Према подацима мерења, ефикасност трансформатора се утврђује аналитички:

Ефикасност = П2 / П1,

где је П1 активна снага примарног намотаја трансформатора, П2 је снага коју секундарни намотај трансформатора доводи у коло напајања.

Зависност ефикасности трансформатора у зависности од релативне струје примарног намотаја приказана је на слици 2.

Слика 2 — Зависност ефикасности трансформатора од релативне струје примарног намотаја

У режиму активног оптерећења, вектор струје секундарног намотаја је ко-екстензиван са вектором напона секундарног намотаја, стога повећање струје оптерећења изазива смањење напона на терминалима секундарног намотаја трансформатора.

Поједностављени векторски дијаграм струја и напона за ову врсту оптерећења трансформатора приказан је на слици 3.

Слика 3 — Поједностављени векторски дијаграм струја и напона активног оптерећења трансформатора

2. Режим рада за индуктивно оптерећење

У режиму индуктивног оптерећења, вектор струје секундарног намотаја заостаје за вектором напона секундарног намотаја за 90 степени. Смањење вредности индуктивности прикључене на секундарни намотај трансформатора доводи до повећања струје оптерећења, што резултира смањењем секундарног напона.

Поједностављени векторски дијаграм струја и напона за ову врсту оптерећења трансформатора приказан је на слици 4.

Слика 4 — Поједностављени векторски дијаграм струја и напона трансформатора у режиму индуктивног оптерећења

3. Начин рада са капацитивним оптерећењем

У режиму капацитивног оптерећења, вектор струје секундарног намотаја је испред вектора напона секундарног намотаја за 90 степени. Повећање капацитивности повезаног са секундарним намотајем трансформатора узрокује повећање струје оптерећења, што резултира повећањем секундарног напона.

Поједностављени векторски дијаграм струја и напона за ову врсту оптерећења трансформатора приказан је на слици 5.

Слика 5 — Поједностављени векторски дијаграм струја и напона капацитивног оптерећења трансформатора