Moduri de funcționare a transformatorului

În funcție de valoarea sarcinii, transformatorul poate funcționa în trei moduri:

1. Funcționare în gol la rezistența de sarcină zn = ∞.

2. Scurtcircuit la zn = 0.

3. Mod de încărcare la 0 <zn <∞.

Având parametrii circuitului echivalent, puteți analiza orice mod de funcționare al transformatorului... Parametrii înșiși sunt determinați pe baza experimentelor fără sarcină și în scurtcircuit. La relanti, înfășurarea secundară a transformatorului este deschisă.

Se efectuează un test de transformator fără sarcină pentru a determina raportul de transformare, pierderile de putere în oțel și parametrii ramurii de magnetizare a circuitului echivalent, de obicei efectuat la tensiunea nominală a înfășurării primare.

Pentru transformator monofazat pe baza datelor din testul inactiv este posibil să se calculeze:

— factor de transformare

— procentul de curent fără sarcină

Este rezistența activă a magnetizării ramificației r0 determinată de condiție

— rezistența totală a ramurilor de magnetizare

— rezistenţa inductivă a ramului de magnetizare

Factorul de putere inactiv este adesea definit ca:

În unele cazuri, testul fără sarcină se efectuează pentru mai multe valori ale tensiunii înfășurării primare: de la U1 ≈ 0,3U1n la U1 ≈ 1,1U1n. Pe baza datelor obținute se trasează caracteristicile de repaus, care sunt dependența lui P0, z0, r0 și cosφ în funcție de tensiunea U1. Folosind caracteristicile fără sarcină, este posibilă setarea valorilor cantităților specificate la orice valoare a tensiunii U1.

Pentru determinarea tensiunii de scurtcircuit, se testează în scurtcircuit pierderile în înfășurări și rezistențele rk și xk. În acest caz, o astfel de tensiune redusă este aplicată înfășurării primare, astfel încât curenții înfășurărilor transformatorului în scurtcircuit să fie egali cu valorile lor nominale, adică I1k = I1n, I2k = I2n. Tensiunea înfășurării primare, la care sunt îndeplinite condițiile specificate, se numește tensiune nominală de scurtcircuit Ukn.

Având în vedere că Ucn este de obicei doar 5-10% din U1n, fluxul de inducție reciprocă al miezului transformatorului în timpul testului de scurtcircuit este de zeci de ori mai mic decât în ​​modul nominal, iar oțelul transformatorului este nesaturat. Prin urmare, pierderile din oțel sunt neglijate și se consideră că toată puterea Pcn furnizată înfășurării primare este cheltuită pentru încălzirea înfășurărilor și determină valoarea rezistenței active la scurtcircuit rc.

În timpul experimentului se măsoară tensiunea Ukn, curentul I1k = I1n și puterea Pkn a bobinei primare. Pe baza acestor date, puteți determina:

— procentul tensiunii de scurtcircuit

— rezistență activă la scurtcircuit

— rezistențe active ale înfășurărilor primare și secundare reduse, aproximativ egale cu jumătate din rezistența la scurtcircuit

- impedanta de scurtcircuit

— rezistență inductivă la scurtcircuit

— rezistența inductivă a înfășurării primare și secundare reduse, aproximativ egală cu jumătate din rezistența inductivă la scurtcircuit

— rezistența înfășurării secundare a unui transformator real:

— tensiune inductivă, activă și procentuală totală de scurtcircuit:

Modul de sarcină V este foarte important să se cunoască modul în care parametrii de sarcină afectează randamentul și variația tensiunii la bornele înfășurării secundare.

Eficiența transformatorului este raportul dintre puterea activă furnizată la sarcină și puterea activă furnizată transformatorului.

Eficiența transformatorului este de mare importanță. Pentru transformatoarele de putere mică, este de aproximativ 0,95, iar pentru transformatoarele cu o capacitate de câteva zeci de mii de kilovolti-amperi, ajunge la 0,995.

Determinarea eficienței prin formula folosind puteri măsurate direct P1 și P2 dă o eroare mare. Este mai convenabil să prezentați această formulă într-o formă diferită:

unde este suma pierderilor din transformator.

Există două tipuri de pierderi într-un transformator: pierderi magnetice cauzate de trecerea fluxului magnetic prin circuitul magnetic și pierderi electrice rezultate din fluxul de curent prin înfășurări.

Deoarece fluxul magnetic al transformatorului la U1 = const și schimbarea curentului secundar de la zero la nominal rămâne practic constantă, atunci pierderile magnetice din acest interval de sarcini pot fi de asemenea presupuse constante și egale cu pierderile în gol.

Pierderile electrice în cuprul înfășurărilor ∆Pm sunt proporționale cu pătratul curentului. Este convenabil să le exprimăm ca pierderi de scurtcircuit Pcn obținute la curentul nominal,

unde β este factorul de sarcină,

Formule de calcul pentru determinarea randamentului transformatorului:

unde Sn este puterea aparentă nominală a transformatorului; φ2 este unghiul de fază dintre tensiunea și curentul din sarcină.

Eficiența maximă poate fi găsită prin echivalarea primei derivate cu zero. În acest caz, constatăm că randamentul are valori maxime la o astfel de sarcină atunci când pierderile constante (independente de curent) P0 sunt egale cu pierderile alternative (dependente de curent), de unde

Pentru transformatoarele moderne de ulei de putere βopt = 0,5 — 0,7. Cu o astfel de sarcină, transformatorul funcționează cel mai adesea în timpul funcționării.

Graficul dependenței η = f (β) este prezentat în Figura 1.

Figura 1. Curba modificării randamentului transformatorului în funcție de factorul de sarcină

Pentru a determina modificarea procentuală a tensiunii secundare a unui transformator monofazat, utilizați ecuația

unde uKA și uKR sunt componentele active și reactive ale tensiunii de scurtcircuit, exprimate ca procent.

Modificarea tensiunii transformatorului depinde de factorul de sarcină (β), de natura acestuia (unghiul φ2) și de componentele tensiunii de scurtcircuit (uKA și uKR).

Caracteristicile exterioare ale transformatorului este dependența la U1 = const și cosφ2 = const (Figura 2).

Figura 2. Caracteristicile externe ale transformatoarelor de putere medie și mare pentru diferite tipuri de sarcină