Principalele caracteristici ale transformatorului

Caracteristicile exterioare ale transformatorului

Se știe că tensiunea la bornele înfășurării secundare transformator depinde de curentul de sarcină conectat la acea bobină. Această dependență se numește caracteristica externă a transformatorului.

Caracteristica externă a transformatorului este îndepărtată la o tensiune de alimentare constantă, atunci când cu o modificare a sarcinii, de fapt, cu o modificare a curentului de sarcină, tensiunea la bornele înfășurării secundare, adică. se modifică și tensiunea secundară a unui transformator.

Acest fenomen se explică prin faptul că asupra rezistenței înfășurării secundare, cu o modificare a rezistenței de sarcină, se modifică și căderea de tensiune, iar datorită modificării căderii de tensiune pe rezistența înfășurării primare, EMF de înfăşurarea secundară se modifică în consecinţă.

Deoarece ecuația de echilibru EMF din înfășurarea primară conține cantități vectoriale, tensiunea pe înfășurarea secundară depinde atât de curentul de sarcină, cât și de natura acelei sarcini: dacă este activă, inductivă sau capacitivă.

Natura sarcinii este evidențiată de valoarea unghiului de fază dintre curentul prin sarcină și tensiunea pe sarcină. Practic, puteți introduce un factor de sarcină care va arăta de câte ori diferă curentul de sarcină de curentul nominal pentru un anumit transformator:

Pentru a calcula cu precizie caracteristicile exterioare ale transformatorului se poate recurge la un circuit echivalent, în care, prin modificarea rezistenței de sarcină, se poate fixa tensiunea și curentul înfășurării secundare.

Cu toate acestea, următoarea formulă se dovedește utilă în practică, în care tensiunea în circuit deschis și „schimbarea tensiunii secundare”, care este măsurată ca procent, sunt înlocuite și calculate ca diferență aritmetică dintre tensiunea în circuit deschis și tensiunea la o sarcină dată. ca procent din tensiunea circuitului deschis:

Expresia pentru găsirea „schimbării tensiunii secundare” se obține cu anumite ipoteze din circuitul echivalent al transformatorului:

Valorile componentelor reactive și active ale tensiunii de scurtcircuit sunt introduse aici. Aceste componente de tensiune (active și reactive) sunt găsite prin parametrii circuitului echivalent sau găsite experimental în experiență în scurtcircuit.

Experiența în scurtcircuit dezvăluie multe despre transformator.Tensiunea de scurtcircuit se găsește ca raport dintre tensiunea de scurtcircuit experimentală și tensiunea primară nominală. Parametrul „tensiune de scurtcircuit” este specificat în procente.

Pe parcursul experimentului, înfășurarea secundară este scurtcircuitată la transformator, în timp ce primarului i se aplică o tensiune mult mai mică decât cea nominală, astfel încât curentul de scurtcircuit să fie egal cu valoarea nominală. Aici, tensiunea de alimentare este echilibrată de căderea de tensiune pe înfășurări, iar valoarea tensiunii reduse aplicate este considerată ca fiind căderea de tensiune echivalentă pe înfășurări la un curent de sarcină egal cu valoarea nominală.

Pentru transformatoarele de alimentare cu putere redusă și pentru transformatoarele de putere, valoarea tensiunii de scurtcircuit este în intervalul de la 5% la 15%, iar cu cât transformatorul este mai puternic, cu atât această valoare este mai mică. Valoarea exactă a tensiunii de scurtcircuit este dată în documentația tehnică pentru un anumit transformator.

Figura prezintă caracteristicile exterioare construite conform formulelor de mai sus.Putem vedea că graficele sunt liniare, aceasta deoarece tensiunea secundară nu depinde foarte mult de factorul de sarcină din cauza rezistenței relativ scăzute a înfășurării și a magneticului de funcționare. fluxul depinde puțin de sarcină.

Figura arată că unghiul de fază, în funcție de natura sarcinii, afectează dacă caracteristica scade sau crește. Cu o sarcină activă sau activ-inductivă, caracteristica scade, cu o sarcină activ-capacitivă poate crește, iar apoi al doilea termen din formula pentru „schimbarea tensiunii” devine negativ.

Pentru transformatoarele de putere mică, componenta activă scade de obicei mai mult decât cea inductivă, astfel încât caracteristica externă cu o sarcină activă este mai puțin liniară decât cu o sarcină activ-inductivă. Pentru transformatoarele mai puternice este opusul, prin urmare caracteristica de sarcină activă va fi mai strictă.

Eficiența transformatorului

Eficiența transformatorului este raportul dintre puterea electrică utilă furnizată la sarcină și puterea electrică activă consumată de transformator:

Puterea consumată de transformator este suma puterii consumate de sarcină și a pierderilor de putere direct în transformator. În plus, puterea activă este legată de puterea totală după cum urmează:

Deoarece tensiunea de ieșire a transformatorului este de obicei slab dependentă de sarcină, factorul de sarcină poate fi legat de puterea aparentă nominală după cum urmează:

Și puterea consumată de sarcină în circuitul secundar:

Pierderile electrice în sarcină de mărime arbitrară pot fi exprimate, ținând cont de pierderile la sarcină nominală, prin factorul de sarcină:

Pierderile de sarcină nominală sunt determinate foarte precis de puterea consumată de transformator în experimentul de scurtcircuit, iar pierderile de natură magnetică sunt egale cu puterea fără sarcină consumată de transformator. Aceste componente de pierdere sunt date în documentația transformatorului. Deci, dacă luăm în considerare faptele de mai sus, formula eficienței va lua următoarea formă:

Figura arată dependența eficienței transformatorului de sarcină.Când sarcina este zero, eficiența este zero.

Pe măsură ce factorul de sarcină crește, crește și puterea furnizată sarcinii, iar pierderile magnetice rămân neschimbate, iar eficiența, care este ușor de văzut, crește liniar. Apoi vine valoarea optimă a factorului de sarcină, unde randamentul își atinge limita, în acest moment se obține randamentul maxim.

După trecerea factorului de sarcină optim, eficiența începe să scadă treptat. Acest lucru se datorează faptului că pierderile electrice cresc, ele sunt proporționale cu pătratul curentului și, în consecință, cu pătratul factorului de sarcină. Eficiența maximă pentru transformatoarele de mare putere (puterea se măsoară în unități de kVA sau mai mult) este în intervalul de la 98% la 99%, pentru transformatoarele de putere mică (mai puțin de 10 VA) eficiența poate fi în jur de 60%.

De regulă, în faza de proiectare se încearcă să facă transformatoare astfel încât eficiența să atingă valoarea maximă la un factor de sarcină optim de 0,5 până la 0,7, apoi cu un factor de sarcină real de 0,5 până la 1, eficiența va fi aproape de maximul său. Cu reducere factor de putere (cosinus phi) a sarcinii conectate la înfășurarea secundară scade și puterea de ieșire, în timp ce pierderile electrice și magnetice rămân neschimbate, deci randamentul în acest caz scade.

Modul optim de funcționare al transformatorului, adică modul nominal, sunt de obicei setate în funcție de condițiile de funcționare fără probleme și în funcție de nivelul de încălzire admisibil pe o anumită perioadă de funcționare.Aceasta este o condiție extrem de importantă, astfel încât transformatorul, deși furnizează puterea nominală în timp ce funcționează în modul nominal, să nu se supraîncălzească.