Главне карактеристике трансформатора

Спољашње карактеристике трансформатора

Познато је да напон на терминалима секундарног намотаја трансформатор зависи од струје оптерећења прикључене на тај калем. Ова зависност се назива спољашња карактеристика трансформатора.

Спољна карактеристика трансформатора се уклања при константном напону напајања, када се са променом оптерећења, заправо са променом струје оптерећења, напон на стезаљкама секундарног намотаја, тј. мења се и секундарни напон трансформатора.

Ова појава се објашњава чињеницом да се на отпору секундарног намотаја, са променом отпора оптерећења, мења и пад напона, а услед промене пада напона на отпору примарног намотаја, ЕМФ од секундарни намотај се мења у складу са тим.

Пошто једначина равнотеже ЕМФ у примарном намотају садржи векторске величине, напон на секундарном намотају зависи и од струје оптерећења и од природе тог оптерећења: да ли је активан, индуктивни или капацитивни.

О природи оптерећења сведочи вредност фазног угла између струје кроз оптерећење и напона на оптерећењу. У суштини, можете унети фактор оптерећења који ће показати колико се пута струја оптерећења разликује од називне струје за дати трансформатор:

Да би се тачно израчунале спољне карактеристике трансформатора, може се прибегавати еквивалентном колу, у којем се, променом отпора оптерећења, може фиксирати напон и струја секундарног намотаја.

Ипак, следећа формула се показује корисном у пракси, где се напон отвореног кола и „секундарна промена напона“, која се мери у процентима, замењују и израчунавају као аритметичка разлика између напона отвореног кола и напона при датом оптерећењу. као проценат напона отвореног кола:

Израз за проналажење «секундарне промене напона» добија се уз одређене претпоставке из еквивалентног кола трансформатора:

Овде се уносе вредности реактивне и активне компоненте напона кратког споја. Ове компоненте напона (активне и реактивне) се проналазе помоћу еквивалентних параметара кола или се налазе експериментално у искуство кратког споја.

Искуство кратког споја открива много о трансформатору.Напон кратког споја се налази као однос експерименталног напона кратког споја и називног примарног напона. Параметар "напон кратког споја" је наведен у процентима.

У току експеримента, секундарни намотај се кратко спаја на трансформатор, док се на примарни доводи напон знатно мањи од називног, тако да је струја кратког споја једнака називној вредности. Овде је напон напајања уравнотежен падом напона на намотајима, а вредност примењеног сниженог напона се сматра еквивалентним падом напона на намотајима при струји оптерећења која је једнака називној вредности.

За трансформаторе мале снаге и за енергетске трансформаторе, вредност напона кратког споја је у опсегу од 5% до 15%, а што је трансформатор јачи, то је ова вредност мања. Тачна вредност напона кратког споја дата је у техничкој документацији за одређени трансформатор.

На слици су приказане спољашње карактеристике изграђене према горе наведеним формулама.Можемо видети да су графици линеарни, то је зато што секундарни напон не зависи јако од фактора оптерећења због релативно малог отпора намотаја, а радни магнетни флукс мало зависи од оптерећења.

Слика показује да фазни угао, у зависности од природе оптерећења, утиче на то да ли карактеристика пада или расте. Код активног или активно-индуктивног оптерећења карактеристика опада, код активно-капацитивног оптерећења може да се повећа, а онда други члан у формули за „промену напона” постаје негативан.

Код трансформатора мале снаге активна компонента обично опада више од индуктивне, па је спољашња карактеристика са активним оптерећењем мање линеарна него код активно-индуктивног оптерећења. За моћније трансформаторе је супротно, па ће карактеристика активног оптерећења бити строжа.

Ефикасност трансформатора

Ефикасност трансформатора је однос корисне електричне снаге испоручене у оптерећењу и активне електричне енергије коју троши трансформатор:

Снага коју троши трансформатор је збир снаге коју троши оптерећење и губитака снаге директно у трансформатору. Штавише, активна снага је повезана са укупном снагом на следећи начин:

Пошто излазни напон трансформатора обично слабо зависи од оптерећења, фактор оптерећења се може повезати са називном привидном снагом на следећи начин:

И снага коју троши оптерећење у секундарном колу:

Електрични губици у оптерећењу произвољне величине могу се изразити, узимајући у обзир губитке при номиналном оптерећењу, фактором оптерећења:

Називни губици оптерећења су врло прецизно одређени снагом коју трансформатор троши у експерименту кратког споја, а губици магнетне природе једнаки су снази без оптерећења коју троши трансформатор. Ове компоненте губитка су дате у документацији трансформатора. Дакле, ако узмемо у обзир горе наведене чињенице, формула ефикасности ће имати следећи облик:

На слици је приказана зависност ефикасности трансформатора од оптерећења.Када је оптерећење нула, ефикасност је нула.

Како се фактор оптерећења повећава, тако се повећава и снага која се доводи до оптерећења, а магнетни губици су непромењени, а ефикасност, што је лако видети, расте линеарно. Затим долази оптимална вредност фактора оптерећења, где ефикасност достиже своју границу, у овом тренутку се добија максимална ефикасност.

Након проласка оптималног фактора оптерећења, ефикасност почиње постепено да опада. То је зато што се електрични губици повећавају, пропорционални су квадрату струје и, сходно томе, квадрату фактора оптерећења. Максимална ефикасност за трансформаторе велике снаге (снага се мери у јединицама кВА или више) је у опсегу од 98% до 99%, за трансформаторе мале снаге (мање од 10ВА) ефикасност може бити око 60%.

По правилу, у фази пројектовања покушавају да трансформаторе направе тако да ефикасност достигне своју максималну вредност при оптималном фактору оптерећења од 0,5 до 0,7, а затим са реалним фактором оптерећења од 0,5 до 1, ефикасност ће бити близу свог максимума. Са смањењем фактор снаге (косинус пхи) оптерећења прикљученог на секундарни намотај, излазна снага се такође смањује, док електрични и магнетни губици остају непромењени, па се ефикасност у овом случају смањује.

Оптимални начин рада трансформатора, тј. номинални режим, обично се постављају према условима несметаног рада и према нивоу дозвољеног загревања током одређеног периода рада.Ово је изузетно важан услов да се трансформатор, док испоручује називну снагу док ради у називном режиму, не прегрева.