Pagrindinės transformatoriaus charakteristikos

Išorinės transformatoriaus charakteristikos

Yra žinoma, kad antrinės apvijos gnybtų įtampa transformatorius priklauso nuo tos ritės prijungtos apkrovos srovės. Ši priklausomybė vadinama išorine transformatoriaus charakteristika.

Transformatoriaus išorinė charakteristika pašalinama esant pastoviai maitinimo įtampai, kai, pasikeitus apkrovai, faktiškai kintant apkrovos srovei, antrinės apvijos gnybtuose atsiranda įtampa, t.y. keičiasi ir transformatoriaus antrinė įtampa.

Šis reiškinys paaiškinamas tuo, kad antrinės apvijos varža, pasikeitus apkrovos varžai, taip pat keičiasi įtampos kritimas, o pasikeitus įtampos kritimui per pirminės apvijos varžą, EMF atitinkamai pasikeičia antrinė apvija.

Kadangi EML balanso lygtis pirminėje apvijoje turi vektorinius dydžius, antrinės apvijos įtampa priklauso ir nuo apkrovos srovės, ir nuo tos apkrovos pobūdžio: ar ji aktyvi, indukcinė ar talpinė.

Apkrovos pobūdį liudija fazinio kampo tarp srovės per apkrovą ir apkrovos įtampos vertė. Iš esmės galite įvesti apkrovos koeficientą, kuris parodys, kiek kartų apkrovos srovė skiriasi nuo konkretaus transformatoriaus vardinės srovės:

Norint tiksliai apskaičiuoti transformatoriaus išorines charakteristikas, galima pasitelkti lygiavertę grandinę, kurioje, keičiant apkrovos varžą, galima fiksuoti antrinės apvijos įtampą ir srovę.

Nepaisant to, ši formulė yra naudinga praktikoje, kai atviros grandinės įtampa ir "antrinis įtampos pokytis", kuris matuojamas procentais, pakeičiami ir apskaičiuojami kaip aritmetinis skirtumas tarp atviros grandinės įtampos ir įtampos esant tam tikrai apkrovai. procentais nuo atviros grandinės įtampos:

„Antrinio įtampos pokyčio“ radimo išraiška gaunama su tam tikromis prielaidomis iš transformatoriaus ekvivalentinės grandinės:

Čia įvedamos trumpojo jungimo įtampos reaktyviųjų ir aktyviųjų komponentų reikšmės. Šie įtampos komponentai (aktyvūs ir reaktyvūs) randami pagal lygiaverčius grandinės parametrus arba randami eksperimentiškai trumpojo jungimo patirtis.

Trumpojo jungimo patirtis daug atskleidžia apie transformatorių.Trumpojo jungimo įtampa randama kaip eksperimentinės trumpojo jungimo įtampos ir vardinės pirminės įtampos santykis. Parametras "trumpojo jungimo įtampa" nurodomas procentais.

Eksperimento metu antrinė apvija trumpai jungiama prie transformatoriaus, o į pirminę įtampa tiekiama daug mažesnė nei vardinė, kad trumpojo jungimo srovė būtų lygi vardinei vertei. Čia maitinimo įtampa subalansuojama apvijų įtampos kritimu, o sumažintos įtampos vertė yra laikoma lygiaverčiu įtampos kritimu apvijose esant apkrovos srovei, lygiai vardinei vertei.

Mažos galios tiekimo transformatoriams ir galios transformatoriams trumpojo jungimo įtampos vertė yra nuo 5% iki 15%, ir kuo transformatorius galingesnis, tuo mažesnė ši vertė. Tiksli trumpojo jungimo įtampos vertė nurodyta konkretaus transformatoriaus techninėje dokumentacijoje.

Paveikslėlyje pavaizduotos pagal aukščiau pateiktas formules sukonstruotos išorinės charakteristikos Matome, kad grafikai yra tiesiniai, taip yra todėl, kad antrinė įtampa stipriai nepriklauso nuo apkrovos koeficiento dėl santykinai mažos apvijos varžos, o darbinės magnetinės srautas mažai priklauso nuo apkrovos.

Paveikslėlyje parodyta, kad fazės kampas, priklausomai nuo apkrovos pobūdžio, įtakoja, ar charakteristika krinta ar didėja. Esant aktyviajai arba aktyviajai-indukcinei apkrovai, charakteristika krenta, esant aktyviajai-talpinei apkrovai, ji gali padidėti, o tada antrasis terminas „įtampos pokyčio“ formulėje tampa neigiamas.

Mažos galios transformatoriams aktyvusis komponentas paprastai nukrenta labiau nei indukcinis, todėl išorinė charakteristika su aktyvia apkrova yra mažiau tiesinė nei su aktyvia-indukcine apkrova. Galingesniems transformatoriams yra priešingai, todėl aktyviosios apkrovos charakteristika bus griežtesnė.

Transformatoriaus efektyvumas

Transformatoriaus naudingumo koeficientas – tai apkrovai tiektos naudingosios elektros galios ir transformatoriaus sunaudotos aktyviosios elektros energijos santykis:

Transformatoriaus suvartojama galia yra apkrovos suvartojamos galios ir galios nuostolių tiesiogiai transformatoriuje suma. Be to, aktyvioji galia yra susijusi su visa galia taip:

Kadangi transformatoriaus išėjimo įtampa paprastai silpnai priklauso nuo apkrovos, apkrovos koeficientą galima susieti su vardine taria galia taip:

Ir antrinėje grandinėje apkrovos sunaudota galia:

Savavališko dydžio apkrovos elektros nuostoliai gali būti išreikšti apkrovos koeficientu, atsižvelgiant į nuostolius esant vardinei apkrovai:

Vardinius apkrovos nuostolius labai tiksliai nustato transformatoriaus trumpojo jungimo eksperimente sunaudota galia, o magnetinio pobūdžio nuostoliai yra lygūs transformatoriaus tuščiosios eigos galiai. Šie nuostolių komponentai pateikiami transformatoriaus dokumentacijoje. Taigi, jei atsižvelgsime į pirmiau minėtus faktus, efektyvumo formulė bus tokia:

Paveikslėlyje parodyta transformatoriaus efektyvumo priklausomybė nuo apkrovos.Kai apkrova lygi nuliui, efektyvumas lygus nuliui.

Didėjant apkrovos koeficientui, didėja ir apkrovai tiekiama galia, o magnetiniai nuostoliai nesikeičia, o efektyvumas, kurį nesunku pastebėti, didėja tiesiškai. Tada ateina optimali apkrovos koeficiento reikšmė, kur efektyvumas pasiekia ribą, šiuo metu gaunamas maksimalus efektyvumas.

Peržengus optimalų apkrovos koeficientą, efektyvumas pradeda palaipsniui mažėti. Taip yra todėl, kad elektros nuostoliai didėja, jie yra proporcingi srovės kvadratui ir atitinkamai apkrovos koeficiento kvadratui. Didžiausias didelės galios transformatorių efektyvumas (galia matuojama kVA ar daugiau vienetų) yra nuo 98% iki 99%, mažos galios transformatorių (mažiau nei 10 VA) efektyvumas gali būti apie 60%.

Paprastai projektavimo etape jie bando pagaminti tokius transformatorius, kad efektyvumas pasiektų maksimalią vertę esant optimaliam apkrovos koeficientui nuo 0,5 iki 0,7, tada, kai realus apkrovos koeficientas yra nuo 0,5 iki 1, efektyvumas bus artimas didžiausiam. Su sumažinimu galios koeficientas (kosinusas phi) apkrovos, prijungtos prie antrinės apvijos, išėjimo galia taip pat mažėja, o elektriniai ir magnetiniai nuostoliai išlieka nepakitę, todėl efektyvumas šiuo atveju mažėja.

Optimalus transformatoriaus veikimo režimas, t.y. vardinis režimas, paprastai nustatomi pagal be trikdžių veikimo sąlygas ir pagal leistino šildymo lygį tam tikru veikimo laikotarpiu.Tai itin svarbi sąlyga, kad transformatorius, tiekdamas vardinę galią, dirbdamas vardiniu režimu, neperkaistų.