Huvudegenskaper hos transformatorn

Externa egenskaper hos transformatorn

Det är känt att spänningen över terminalerna på sekundärlindningen transformator beror på belastningsströmmen som är ansluten till den spolen. Detta beroende kallas transformatorns yttre egenskap.

Transformatorns yttre karaktäristik tas bort vid en konstant matningsspänning, när med en förändring i belastningen, faktiskt med en förändring i belastningsströmmen, spänningen vid terminalerna på sekundärlindningen, d.v.s. sekundärspänningen hos en transformator ändras också.

Detta fenomen förklaras av det faktum att på sekundärlindningens resistans, med en förändring i belastningsresistansen, ändras även spänningsfallet, och på grund av förändringen i spänningsfallet över primärlindningens resistans, EMF av sekundärlindningen ändras därefter.

Eftersom EMF-balansekvationen i primärlindningen innehåller vektorkvantiteter, beror spänningen över sekundärlindningen på både belastningsströmmen och typen av den belastningen: om den är aktiv, induktiv eller kapacitiv.

Belastningens natur framgår av värdet på fasvinkeln mellan strömmen genom belastningen och spänningen över belastningen. I grund och botten kan du ange en belastningsfaktor som visar hur många gånger belastningsströmmen skiljer sig från märkströmmen för en given transformator:

För att noggrant beräkna transformatorns externa egenskaper kan en ekvivalent krets tillgripas, där sekundärlindningens spänning och ström kan fixeras genom att ändra belastningsresistansen.

Icke desto mindre visar sig följande formel vara användbar i praktiken, där tomgångsspänningen och "sekundärspänningsändringen", som mäts i procent, ersätts och beräknas som den aritmetiska skillnaden mellan tomgångsspänningen och spänningen vid en given belastning som en procentandel av den öppna kretsspänningen:

Uttrycket för att hitta den "sekundära spänningsändringen" erhålls med vissa antaganden från transformatorns ekvivalenta krets:

Värdena för de reaktiva och aktiva komponenterna i kortslutningsspänningen anges här. Dessa spänningskomponenter (aktiva och reaktiva) hittas av motsvarande kretsparametrar eller hittas experimentellt i kortslutningsupplevelse.

Kortslutningsupplevelsen avslöjar mycket om transformatorn.Kortslutningsspänningen återfinns som förhållandet mellan den experimentella kortslutningsspänningen och den märkta primärspänningen. Parametern "kortslutningsspänning" anges i procent.

Under experimentets gång kortsluts sekundärlindningen till transformatorn, medan en spänning påläggs primären som är mycket lägre än den märkta, så att kortslutningsströmmen är lika med märkvärdet. Här balanseras matningsspänningen av spänningsfallet över lindningarna, och värdet på den pålagda reducerade spänningen betraktas som det ekvivalenta spänningsfallet över lindningarna vid en belastningsström lika med märkvärdet.

För transformatorer med låg strömförsörjning och för krafttransformatorer är kortslutningsspänningsvärdet i intervallet 5 % till 15 %, och ju kraftigare transformatorn är, desto mindre är detta värde. Det exakta värdet på kortslutningsspänningen anges i den tekniska dokumentationen för en specifik transformator.

Figuren visar de yttre egenskaperna byggda enligt formlerna ovan.Vi kan se att graferna är linjära, detta beror på att sekundärspänningen inte är starkt beroende av belastningsfaktorn på grund av lindningens relativt låga resistans, och den magnetiska driften. flödet beror lite på belastningen.

Figuren visar att fasvinkeln, beroende på belastningens karaktär, påverkar om karakteristiken sjunker eller ökar. Med en aktiv eller aktiv-induktiv belastning sjunker karakteristiken, med en aktiv-kapacitiv belastning kan den öka, och då blir den andra termen i formeln för "spänningsförändring" negativ.

För lågeffekttransformatorer sjunker den aktiva komponenten vanligtvis mer än den induktiva, så den yttre karakteristiken med en aktiv last är mindre linjär än med en aktiv-induktiv last. För mer kraftfulla transformatorer är det tvärtom, därför blir den aktiva lastkarakteristiken strängare.

Transformatoreffektivitet

Transformatoreffektivitet är förhållandet mellan den användbara elektriska effekten som levereras till lasten och den aktiva elektriska effekten som förbrukas av transformatorn:

Effekten som förbrukas av transformatorn är summan av den effekt som förbrukas av lasten och effektförlusterna direkt i transformatorn. Dessutom är aktiv effekt relaterad till total effekt enligt följande:

Eftersom transformatorns utspänning vanligtvis är svagt beroende av belastningen, kan belastningsfaktorn relateras till den märkta skenbara effekten enligt följande:

Och den effekt som förbrukas av belastningen i sekundärkretsen:

De elektriska förlusterna i belastningen av godtycklig storlek kan uttryckas, med hänsyn till förlusterna vid nominell belastning, med belastningsfaktorn:

Nominella lastförluster bestäms mycket exakt av den effekt som förbrukas av transformatorn i kortslutningsexperimentet, och förluster av magnetisk natur är lika med den tomgångseffekt som förbrukas av transformatorn. Dessa förlustkomponenter anges i transformatordokumentationen. Så om vi överväger ovanstående fakta kommer effektivitetsformeln att ha följande form:

Figuren visar transformatorverkningsgradens beroende av belastningen.När belastningen är noll är verkningsgraden noll.

När belastningsfaktorn ökar ökar också den effekt som tillförs belastningen och de magnetiska förlusterna är oförändrade och effektiviteten, som är lätt att se, ökar linjärt. Sedan kommer det optimala värdet på belastningsfaktorn, där verkningsgraden når sin gräns, vid denna punkt erhålls maximal verkningsgrad.

Efter att ha passerat den optimala belastningsfaktorn börjar effektiviteten minska gradvis. Detta beror på att elektriska förluster ökar, de är proportionella mot kvadraten på strömmen och följaktligen mot kvadraten på lastfaktorn. Den maximala verkningsgraden för transformatorer med hög effekt (effekten mäts i enheter av kVA eller mer) ligger i intervallet 98 % till 99 %, för transformatorer med låg effekt (mindre än 10 VA) kan verkningsgraden vara runt 60 %.

Som regel försöker de i konstruktionsstadiet göra transformatorer så att effektiviteten når sitt maximala värde vid en optimal lastfaktor på 0,5 till 0,7, sedan med en verklig lastfaktor på 0,5 till 1 kommer effektiviteten att vara nära sitt maximum. Med reduktion effektfaktor (cosinus phi) av lasten ansluten till sekundärlindningen minskar också uteffekten, medan de elektriska och magnetiska förlusterna förblir oförändrade, varför effektiviteten i detta fall minskar.

Det optimala driftsättet för transformatorn, dvs. nominellt läge, är vanligtvis inställda enligt villkoren för problemfri drift och enligt nivån på tillåten uppvärmning under en viss driftsperiod.Detta är ett extremt viktigt villkor så att transformatorn, medan den levererar märkeffekten medan den arbetar i märkläget, inte överhettas.