Transformatoriaus veikimo režimai

Priklausomai nuo apkrovos vertės, transformatorius gali veikti trimis režimais:

1. Veikimas tuščiąja eiga esant apkrovos varžai zn = ∞.

2. Trumpasis jungimas, kai zn = 0.

3. Įkrovimo režimas esant 0 <zn <∞.

Turint ekvivalentinės grandinės parametrus, galima analizuoti bet kurį transformatoriaus darbo režimą... Patys parametrai nustatomi remiantis tuščiosios eigos ir trumpojo jungimo eksperimentais. Tuščiąja eiga transformatoriaus antrinė apvija yra atvira.

Norint nustatyti transformacijos koeficientą, plieno galios nuostolius ir ekvivalentinės grandinės įmagnetinimo šakos parametrus, atliekamas tuščiosios eigos transformatoriaus bandymas, paprastai atliekamas esant pirminės apvijos vardinei įtampai.

Dėl vienfazis transformatorius remiantis tuščiosios eigos testo duomenimis galima apskaičiuoti:

— transformacijos koeficientas

— tuščiosios eigos srovės procentas

Ar šakos įmagnetinimo aktyviąją varžą r0 lemia sąlyga

— bendra įmagnetinimo šakos varža

— įmagnetinimo šakos indukcinė varža

Tuščiosios eigos galios koeficientas taip pat dažnai apibrėžiamas taip:

Kai kuriais atvejais tuščiosios eigos bandymas atliekamas kelioms pirminės apvijos įtampos vertėms: nuo U1 ≈ 0,3U1n iki U1 ≈ 1,1U1n. Remiantis gautais duomenimis, nubrėžiamos tuščiosios eigos charakteristikos, kurios yra P0, z0, r0 ir cosφ priklausomybė nuo įtampos U1. Naudojant tuščiosios eigos charakteristikas, galima nustatyti nurodytų dydžių vertes esant bet kokiai įtampos U1 vertei.

Trumpojo jungimo įtampai nustatyti apvijų nuostoliai ir varžos rk ir xk tikrinami trumpuoju jungimu. Tokiu atveju pirminei apvijai tiekiama tokia sumažinta įtampa, kad trumpojo jungimo transformatoriaus apvijų srovės būtų lygios jų vardinėms vertėms, t.y. I1k = I1n, I2k = I2n. Pirminės apvijos įtampa, kuriai esant tenkinamos nurodytos sąlygos, vadinama vardine trumpojo jungimo įtampa Ukn.

Atsižvelgiant į tai, kad Ucn paprastai yra tik 5-10% U1n, transformatoriaus šerdies abipusis indukcijos srautas trumpojo jungimo bandymo metu yra dešimtis kartų mažesnis nei vardiniame režime, o transformatoriaus plienas yra nesotus. Todėl nuostoliai pliene yra nepaisomi ir manoma, kad visa pirminei apvijai tiekiama galia Pcn eikvojama apvijų šildymui ir lemia aktyviosios trumpojo jungimo varžos rc reikšmę.

Eksperimento metu matuojama pirminės ritės įtampa Ukn, srovė I1k = I1n ir galia Pkn. Remdamiesi šiais duomenimis galite nustatyti:

— trumpojo jungimo įtampos procentas

- aktyvus trumpojo jungimo atsparumas

— pirminės ir redukuotos antrinės apvijų aktyviosios varžos, maždaug lygios pusei trumpojo jungimo varžos

- trumpojo jungimo varža

— trumpojo jungimo indukcinė varža

— pirminės ir sumažintos antrinės apvijos indukcinė varža, maždaug lygi pusei trumpojo jungimo indukcinės varžos

— tikrojo transformatoriaus antrinės apvijos varža:

— indukcinė, aktyvioji ir bendra procentinė trumpojo jungimo įtampa:

V apkrovos režimas labai svarbu žinoti, kaip apkrovos parametrai veikia efektyvumą ir įtampos kitimą antrinės apvijos gnybtuose.

Transformatoriaus naudingumo koeficientas – tai apkrovai tiekiamos aktyviosios galios ir transformatoriui tiekiamos aktyviosios galios santykis.

Didelę reikšmę turi transformatoriaus efektyvumas. Mažos galios galios transformatoriams jis yra maždaug 0,95, o kelių dešimčių tūkstančių kilovoltų amperų galios transformatoriams - 0,995.

Nustačius efektyvumą pagal formulę, naudojant tiesiogiai išmatuotas galias P1 ir P2, gaunama didelė paklaida. Patogiau šią formulę pateikti kitokia forma:

kur yra transformatoriaus nuostolių suma.

Transformatoriuje yra dviejų tipų nuostoliai: magnetiniai nuostoliai, atsirandantys dėl magnetinio srauto pratekėjimo per magnetinę grandinę, ir elektros nuostoliai, atsirandantys dėl srovės tekėjimo per apvijas.

Kadangi transformatoriaus magnetinis srautas esant U1 = const ir antrinės srovės pokytis nuo nulio iki nominalios praktiškai išlieka pastovus, tai magnetiniai nuostoliai šiame apkrovų diapazone taip pat gali būti laikomi pastoviais ir lygūs tuščiosios eigos nuostoliams.

Apvijų vario elektros nuostoliai ∆Pm yra proporcingi srovės kvadratui. Patogu juos išreikšti kaip trumpojo jungimo nuostolius Pcn, gautus esant vardinei srovei,

kur β yra apkrovos koeficientas,

Skaičiavimo formulės transformatoriaus efektyvumui nustatyti:

čia Sn yra transformatoriaus vardinė tariama galia; φ2 yra fazės kampas tarp įtampos ir srovės apkrovoje.

Didžiausią efektyvumą galima rasti prilyginus pirmąją išvestinę nuliui. Šiuo atveju nustatome, kad efektyvumas turi didžiausias reikšmes esant tokiai apkrovai, kai pastovūs (nuo srovės nepriklausomi) nuostoliai P0 yra lygūs kintamiesiems (nuo srovės priklausomiems) nuostoliams, iš kurių

Šiuolaikiniams alyvos transformatoriams βopt = 0,5 - 0,7. Esant tokiai apkrovai, transformatorius dažniausiai veikia eksploatacijos metu.

Priklausomybės η = f (β) grafikas parodytas 1 paveiksle.

1 pav. Transformatoriaus naudingumo pokyčio kreivė priklausomai nuo apkrovos koeficiento

Norėdami nustatyti vienfazio transformatoriaus antrinės įtampos procentinį pokytį, naudokite lygtį

kur uKA ir uKR yra aktyvieji ir reaktyvieji trumpojo jungimo įtampos komponentai, išreikšti procentais.

Transformatoriaus įtampos pokytis priklauso nuo apkrovos koeficiento (β), jo pobūdžio (kampas φ2) ir trumpojo jungimo įtampos komponentų (uKA ir uKR).

Išorinės transformatoriaus charakteristikos yra priklausomybė, kai U1 = const ir cosφ2 = const (2 pav.).

2 pav. Vidutinės ir didelės galios transformatorių išorinės charakteristikos skirtingoms apkrovoms