Начини рада трансформатора

У зависности од вредности оптерећења, трансформатор може да ради у три режима:

1. Рад у празном ходу при отпору оптерећења зн = ∞.

2. Кратки спој на зн = 0.

3. Режим пуњења на 0 <зн <∞.

Имајући параметре еквивалентног кола, можете анализирати било који режим рада трансформатора... Сами параметри се одређују на основу експеримената без оптерећења и кратког споја. У празном ходу, секундарни намотај трансформатора је отворен.

Испитивање трансформатора без оптерећења се спроводи да би се одредио однос трансформације, губици снаге у челику и параметри магнетне гране еквивалентног кола, који се обично спроводи при називном напону примарног намотаја.

За једнофазни трансформатор на основу података из теста мировања могуће је израчунати:

— фактор трансформације

— проценат струје празног хода

Да ли је активни отпор магнетизације грана р0 одређен условом

— укупни отпор гране за магнетизирање

— индуктивни отпор гране за магнетизирање

Фактор снаге у празном ходу се такође често дефинише као:

У неким случајевима, испитивање без оптерећења се врши за неколико вредности напона примарног намотаја: од У1 ≈ 0,3У1н до У1 ≈ 1,1У1н. На основу добијених података нацртане су карактеристике празног хода, које су зависност П0, з0, р0 и цосφ у функцији напона У1. Користећи карактеристике празног хода, могуће је подесити вредности наведених величина на било којој вредности напона У1.

За одређивање напона кратког споја испитују се губици у намотајима и отпори рк и кк у кратком споју. У овом случају се на примарни намотај примењује тако смањен напон тако да су струје краткоспојних намотаја трансформатора једнаке њиховим називним вредностима, односно И1к = И1н, И2к = И2н. Напон примарног намотаја, при коме су испуњени наведени услови, назива се називни напон кратког споја Укн.

С обзиром да је Уцн обично само 5-10% од У1н, међусобна индукција језгра трансформатора током испитивања кратког споја је десетине пута мања него у номиналном режиму, а трансформаторски челик је незасићен. Због тога се губици у челику занемарују и сматра се да се сва снага Пцн која се доводи до примарног намотаја троши на загревање намотаја и одређује вредност активног отпора кратког споја рц.

У току експеримента се мери напон Укн, струја И1к = И1н и снага Пкн примарног намотаја. На основу ових података можете одредити:

— проценат напона кратког споја

— активни отпор кратког споја

— активни отпори примарног и редукованог секундарног намотаја, приближно једнаки половини отпора кратког споја

— импеданса кратког споја

— индуктивни отпор кратког споја

— индуктивни отпор примарног и редукованог секундарног намотаја, приближно једнак половини индуктивног отпора кратког споја

— отпор секундарног намотаја правог трансформатора:

— индуктивни, активни и укупни проценат напона кратког споја:

В режиму оптерећења веома је важно знати како параметри оптерећења утичу на ефикасност и варијацију напона на терминалима секундарног намотаја.

Ефикасност трансформатора је однос активне снаге која се испоручује на оптерећење и активне снаге напајане трансформатору.

Ефикасност трансформатора је од велике важности. За енергетске трансформаторе мале снаге она износи приближно 0,95, а за трансформаторе капацитета неколико десетина хиљада киловолт-ампера достиже 0,995.

Одређивање ефикасности по формули коришћењем директно измерених снага П1 и П2 даје велику грешку. Погодније је ову формулу представити у другом облику:

где је збир губитака у трансформатору.

Постоје две врсте губитака у трансформатору: магнетни губици узроковани проласком магнетног флукса кроз магнетно коло и електрични губици који настају због протока струје кроз намотаје.

Пошто магнетни флукс трансформатора при У1 = цонст и промена секундарне струје од нуле до називне практично остаје константан, онда се и магнетни губици у овом опсегу оптерећења могу претпоставити константни и једнаки губицима без оптерећења.

Електрични губици у бакру намотаја ∆Пм су пропорционални квадрату струје. Погодно их је изразити као губитке кратког споја Пцн добијене при називној струји,

где је β фактор оптерећења,

Прорачунске формуле за одређивање ефикасности трансформатора:

где је Сн називна привидна снага трансформатора; φ2 је фазни угао између напона и струје у оптерећењу.

Максимална ефикасност се може наћи изједначавањем првог извода са нулом. У овом случају налазимо да ефикасност има максималне вредности при таквом оптерећењу када су константни (струјни независни) губици П0 једнаки наизменичним (зависним од струје) губицима, одакле

За савремене енергетске уљне трансформаторе βопт = 0,5 — 0,7. Са таквим оптерећењем, трансформатор најчешће ради током рада.

Графикон зависности η = ф (β) приказан је на слици 1.

Слика 1. Крива промене ефикасности трансформатора у зависности од фактора оптерећења

За одређивање процентуалне промене секундарног напона једнофазног трансформатора користите једначину

где су уКА и уКР активне и реактивне компоненте напона кратког споја, изражене у процентима.

Промена напона трансформатора зависи од фактора оптерећења (β), његове природе (угао φ2) и компоненти напона кратког споја (уКА и уКР).

Спољашње карактеристике трансформатора је зависност при У1 = цонст и цосφ2 = цонст (слика 2).

Слика 2. Спољашње карактеристике трансформатора средње и велике снаге за различите врсте оптерећења