Работа на силов трансформатор за активни, индуктивни и капацитивни натоварвания

Трансформатор е електрическа машина, която преобразува променлив ток от едно напрежение в променлив ток от друго напрежение. Принципът на действие на трансформатора се основава на явлението електромагнитна индукция.

В първите мрежи за предаване на електрическа енергия се използва постоянен ток. Напрежението в мрежите зависи от изолационния капацитет на използваните материали и обикновено е 110 V.

С нарастването на мощността на предаване на мрежите стана необходимо да се увеличи напречното сечение на проводниците, за да могат загубите на напрежение да останат в допустимите граници.

И само изобретението на трансформатора направи възможно икономичното генериране на електрическа енергия в големи електроцентрали, предаването й под високо напрежение на дълги разстояния и след това понижаване на напрежението до безопасна стойност, преди да се достави електричество на потребителите.

Без трансформатори днешните структури на електропреносната мрежа с техните високи и свръхвисоки, средни и ниски нива на напрежение просто не биха били възможни. Трансформаторите се използват както в еднофазни, така и в трифазни електрически мрежи.

Работата на трифазен силов трансформатор варира значително за какъв товар работи — активен, индуктивен или капацитивен. В реални условия натоварването на трансформатора е активно-индуктивен товар.

Фигура 1 — Трифазен силов трансформатор

1. Режим на работа при активно натоварване

В този режим напрежението на първичната намотка е близко до номиналното U1 = U1nom, токът на първичната намотка I1 се определя от натоварването на трансформатора, а вторичният ток се определя от номиналния ток I2nom = P2 / U2nom.

Според данните от измерването ефективността на трансформатора се определя аналитично:

Ефективност = P2 / P1,

където P1 е активната мощност на първичната намотка на трансформатора, P2 е мощността, която се подава към захранващата верига от вторичната намотка на трансформатора.

Зависимостта на ефективността на трансформатора в зависимост от относителния ток на първичната намотка е показана на фигура 2.

Фигура 2 — Зависимост на ефективността на трансформатора от относителния ток на първичната намотка

В режим на активно натоварване векторът на тока на вторичната намотка е съвместно с вектора на напрежението на вторичната намотка, следователно увеличаването на тока на натоварване причинява намаляване на напрежението в клемите на вторичната намотка на трансформатора.

Опростена векторна диаграма на токове и напрежения за този тип трансформаторно натоварване е показана на фигура 3.

Фигура 3 — Опростена векторна диаграма на токове и напрежения в режим на активно натоварване на трансформатора

2. Режим на работа за индуктивен товар

В режим на индуктивен товар, токовият вектор на вторичната намотка изостава от вектора на напрежението на вторичната намотка с 90 градуса. Намаляването на стойността на индуктивността, свързана към вторичната намотка на трансформатора, причинява увеличаване на тока на натоварване, което води до намаляване на вторичното напрежение.

Опростена векторна диаграма на токове и напрежения за този тип натоварване на трансформатора е показана на фигура 4.

Фигура 4 — Опростена векторна диаграма на токове и напрежения в режим на индуктивно натоварване на трансформатора

3. Начин на работа при капацитивен товар

В режим на капацитивен товар текущият вектор на вторичната намотка е пред вектора на напрежението на вторичната намотка с 90 градуса. Увеличаването на капацитета, свързан към вторичната намотка на трансформатора, причинява увеличаване на тока на натоварване, което води до увеличаване на вторичното напрежение.

Опростена векторна диаграма на токове и напрежения за този тип натоварване на трансформатора е показана на фигура 5.

Фигура 5 — Опростена векторна диаграма на токове и напрежения в режим на капацитивно натоварване на трансформатора