Galios transformatoriaus veikimas aktyviosioms, indukcinėms ir talpinėms apkrovoms

Transformatorius yra elektros mašina, kuri vienos įtampos kintamąją srovę paverčia kitos įtampos kintamąja srove. Transformatoriaus veikimo principas pagrįstas elektromagnetinės indukcijos reiškiniu.

Pirmuosiuose elektros energijos perdavimo tinkluose buvo naudojama nuolatinė srovė. Įtampa tinkluose priklauso nuo naudojamų medžiagų izoliacijos galios ir dažniausiai yra 110 V.

Didėjant tinklų perdavimo galiai, atsirado būtinybė didinti laidų skerspjūvį, kad įtampos nuostoliai neviršytų leistinų ribų.

Ir tik transformatoriaus išradimas leido ekonomiškai generuoti elektros energiją didelėse elektrinėse, perduoti ją aukšta įtampa dideliais atstumais, o po to sumažinti įtampą iki saugios vertės prieš tiekiant elektrą vartotojams.

Be transformatorių šiandieninės elektros tinklų konstrukcijos su jų aukštais ir itin aukštais, vidutinės ir žemos įtampos lygiais tiesiog neįmanomos. Transformatoriai naudojami tiek vienfaziuose, tiek trifaziuose elektros tinkluose.

Trifazio galios transformatoriaus veikimas labai skiriasi, atsižvelgiant į tai, kokia apkrova jis veikia - aktyvioji, indukcinė ar talpinė. Realiomis sąlygomis transformatoriaus apkrova yra aktyvi-indukcinė apkrova.

1 pav. Trifazis galios transformatorius

1. Aktyvus apkrovos režimas

Šiuo režimu pirminės apvijos įtampa yra artima vardinei U1 = U1nom, pirminės apvijos srovė I1 nustatoma pagal transformatoriaus apkrovą, o antrinė srovė nustatoma pagal vardinę srovę I2nom = P2 / U2nom.

Pagal matavimo duomenis transformatoriaus efektyvumas nustatomas analitiškai:

Efektyvumas = P2 / P1,

čia P1 – transformatoriaus pirminės apvijos aktyvioji galia, P2 – transformatoriaus antrinės apvijos tiekiama į maitinimo grandinę galia.

Transformatoriaus naudingumo koeficiento priklausomybė nuo pirminės apvijos santykinės srovės parodyta 2 pav.

2 pav. Transformatoriaus efektyvumo priklausomybė nuo pirminės apvijos santykinės srovės

Aktyviosios apkrovos režimu antrinės apvijos srovės vektorius yra bendras su antrinės apvijos įtampos vektoriumi, todėl padidėjus apkrovos srovei, sumažėja įtampa transformatoriaus antrinės apvijos gnybtuose.

Šio tipo transformatoriaus apkrovos srovių ir įtampų supaprastinta vektorinė diagrama parodyta 3 paveiksle.

3 pav. Supaprastinta transformatoriaus aktyviosios apkrovos srovių ir įtampų vektorinė diagrama

2. Darbo režimas indukcinei apkrovai

Indukcinės apkrovos režimu antrinės apvijos srovės vektorius atsilieka nuo antrinės apvijos įtampos vektoriaus 90 laipsnių. Sumažėjus prie transformatoriaus antrinės apvijos prijungtos induktyvumo vertės, padidėja apkrovos srovė, todėl mažėja antrinė įtampa.

Šio tipo transformatoriaus apkrovos srovių ir įtampų supaprastinta vektorinė diagrama parodyta 4 paveiksle.

4 pav. Supaprastinta vektorinė transformatoriaus srovių ir įtampų diagrama indukcinės apkrovos režimu

3. Darbo režimas su talpine apkrova

Talpinės apkrovos režimu antrinės apvijos srovės vektorius lenkia antrinės apvijos įtampos vektorių 90 laipsnių. Padidėjus talpai, prijungtai prie transformatoriaus antrinės apvijos, padidėja apkrovos srovė, todėl padidėja antrinė įtampa.

Šio tipo transformatoriaus apkrovos srovių ir įtampų supaprastinta vektorinė diagrama parodyta 5 paveiksle.

5 pav. Transformatoriaus talpinės apkrovos režimo srovių ir įtampų supaprastinta vektorinė diagrama