Режими на работа на трансформатора
В зависимост от стойността на натоварването, трансформаторът може да работи в три режима:
1. Работа на празен ход при съпротивление на натоварване zн = ∞.
2. Късо съединение при zн = 0.
3. Режим на зареждане при 0 <zн <∞.
Имайки параметрите на еквивалентната верига, можете да анализирате всяка режим на работа на трансформатора… Самите параметри се определят въз основа на експерименти без натоварване и късо съединение. При празен ход вторичната намотка на трансформатора е отворена.
Опит на трансформатор без товар се извършва за определяне на коефициента на трансформация, загубите на мощност в стоманата и параметрите на намагнитващия клон на еквивалентната верига, обикновено се извършва при номиналното напрежение на първичната намотка.
За еднофазен трансформатор въз основа на данните от опита на празен ход е възможно да се изчисли:
— коефициент на трансформация
— процент на тока на празен ход
Е активното съпротивление на намагнитването клон r0, определено от условието
— общо съпротивление на намагнитващия клон
— индуктивно съпротивление на намагнитващия клон
Коефициентът на мощност на празен ход също често се определя:
В някои случаи изпитването на празен ход се провежда за няколко стойности на напрежението на първичната намотка: от U1 ≈ 0.3U1n до U1 ≈ 1.1U1n. Въз основа на получените данни се начертават характеристиките на празен ход, които са зависимостта на P0, z0, r0 и cosφ като функция от напрежението U1. Използвайки характеристиките на празен ход, е възможно да се зададат стойностите на определените количества при всяка стойност на напрежението U1.
За да се определи напрежението на късо съединение, се извършват загуби в намотките и съпротивленията rk и xk опит в късо съединение. В този случай такова намалено напрежение се прилага към първичната намотка, така че токовете на намотките на късо съединения трансформатор да са равни на номиналните им стойности, т.е.I1k = I1n, I2k = I2n. Напрежението на първичната намотка, при което са изпълнени посочените условия, се нарича номинално напрежение на късо съединение Uкн.
Като се има предвид, че Ucn обикновено е само 5-10% от U1n, взаимният индукционен поток на сърцевината на трансформатора по време на изпитването на късо съединение е десетки пъти по -малък, отколкото в номиналния режим, а трансформаторната стомана е ненаситена. Следователно загубите в стоманата се пренебрегват и се счита, че цялата мощност Pcn, подадена към първичната намотка, се изразходва за нагряване на намотките и определя стойността на активното съпротивление на късо съединение rc.
По време на експеримента се измерват напрежението Uкн, токът I1к = I1н и мощността Pкн на първичната намотка. Въз основа на тези данни можете да определите:
— процент на напрежението на късо съединение
— активно съпротивление на късо съединение
— активни съпротивления на първичната и намалена вторична намотка, приблизително равни на половината от съпротивлението на късо съединение
— импеданс на късо съединение
— индуктивно съпротивление на късо съединение
— индуктивно съпротивление на първичната и намалена вторична намотка, приблизително равно на половината от индуктивното съпротивление на късо съединение
— съпротивление на вторичната намотка на истински трансформатор:
— индуктивно, активно и общо процентно напрежение на късо съединение:
V режим на зареждане много е важно да знаете как параметрите на натоварване влияят върху ефективността и промяната на напрежението в клемите на вторичната намотка.
Ефективността на трансформатора е съотношението на активната мощност, предавана към товара, към активната мощност, подавана към трансформатора.
Ефективността на трансформатора е от голямо значение. За силови трансформатори с ниска мощност тя е приблизително 0,95, а за трансформатори с капацитет от няколко десетки хиляди киловолта-ампера достига 0,995.
Определянето на ефективността по формулата, използвайки директно измерени мощности P1 и P2, дава голяма грешка. По -удобно е тази формула да се представи в различна форма:
където е сумата от загубите в трансформатора.
Има два вида загуби в трансформатора: магнитни загуби, причинени от преминаването на магнитния поток през магнитната верига, и електрически загуби, произтичащи от потока на ток през намотките.
Тъй като магнитният поток на трансформатора при U1 = const и промяната на вторичния ток от нула до номинала на практика остава постоянна, тогава магнитните загуби в този диапазон от натоварвания също могат да бъдат приети постоянни и равни на загубите на празен ход.
Електрическите загуби в медта на намотките ∆Pm са пропорционални на квадрата на тока. Удобно е да се изразят като загуби на късо съединение Pcn, получени при номинален ток,
където β е коефициентът на натоварване,
Изчислителни формули за определяне на ефективността трансформатор:
където Sн е номиналната видима мощност на трансформатора; φ2 е фазовият ъгъл между напрежението и тока в товара.
Максималната ефективност може да се намери чрез приравняване на първата производна към нула. В този случай откриваме, че ефективността има максимални стойности при такова натоварване, когато постоянните (независимо от тока) загуби P0 са равни на редуващите се (в зависимост от тока), откъдето
За съвременните силови маслени трансформатори βopt = 0,5 — 0,7. При такъв товар трансформаторът най -често работи по време на работа.
Графиката на зависимостта η = f (β) е показана на фигура 1.
Фигура 1. Крива на промяната в ефективността на трансформатора в зависимост от коефициента на натоварване
За да определите процентното изменение на напрежението на вторичната намотка на еднофазен трансформатор, използвайте уравнението
където uKA и uKR са активните и реактивни компоненти на напрежението на късо съединение, изразено като процент.
Промяната в напрежението на трансформатора зависи от коефициента на натоварване (β), неговия характер (ъгъл φ2) и компонентите на напрежението на късо съединение (uKA и uKR).
Външна характеристика на трансформатора е зависимостта при U1 = const и cosφ2 = const (Фигура 2).
Фигура 2. Външни характеристики на трансформатори със средна и висока мощност за различни видове натоварване