Τρόποι λειτουργίας μετασχηματιστή

Ανάλογα με την τιμή του φορτίου, ο μετασχηματιστής μπορεί να λειτουργήσει σε τρεις τρόπους:

1. Λειτουργία ρελαντί σε αντίσταση φορτίου zn = ∞.

2. Βραχυκύκλωμα σε zn = 0.

3. Λειτουργία φόρτισης στο 0 <zn <∞.

Έχοντας τις παραμέτρους του ισοδύναμου κυκλώματος, μπορείτε να αναλύσετε οποιοδήποτε τρόπο λειτουργίας του μετασχηματιστή... Οι ίδιες οι παράμετροι καθορίζονται με βάση πειράματα χωρίς φορτίο και βραχυκύκλωμα. Στο ρελαντί, η δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή είναι ανοιχτή.

Πραγματοποιείται δοκιμή μετασχηματιστή χωρίς φορτίο για τον προσδιορισμό του λόγου μετασχηματισμού, των απωλειών ισχύος στον χάλυβα και των παραμέτρων του κλάδου μαγνήτισης του ισοδύναμου κυκλώματος, που συνήθως εκτελείται στην ονομαστική τάση του πρωτεύοντος τυλίγματος.

Για μονοφασικός μετασχηματιστής Με βάση τα δεδομένα από τη δοκιμή αδράνειας είναι δυνατό να υπολογιστεί:

— παράγοντας μετασχηματισμού

— ποσοστό ρεύματος χωρίς φορτίο

Η ενεργή αντίσταση της μαγνήτισης διακλάδωσης r0 καθορίζεται από τη συνθήκη

— συνολική αντίσταση του κλάδου μαγνήτισης

— επαγωγική αντίσταση του κλάδου μαγνήτισης

Ο συντελεστής ισχύος ρελαντί ορίζεται επίσης συχνά ως:

Σε ορισμένες περιπτώσεις, η δοκιμή χωρίς φορτίο πραγματοποιείται για διάφορες τιμές της τάσης του πρωτεύοντος τυλίγματος: από U1 ≈ 0,3U1n έως U1 ≈ 1,1U1n. Με βάση τα ληφθέντα δεδομένα σχεδιάζονται τα χαρακτηριστικά ρελαντί, τα οποία είναι η εξάρτηση των P0, z0, r0 και cosφ σε συνάρτηση με την τάση U1. Χρησιμοποιώντας τα χαρακτηριστικά χωρίς φορτίο, είναι δυνατό να ορίσετε τις τιμές των καθορισμένων ποσοτήτων σε οποιαδήποτε τιμή της τάσης U1.

Για τον προσδιορισμό της τάσης βραχυκυκλώματος, οι απώλειες στις περιελίξεις και οι αντιστάσεις rk και xk ελέγχονται σε βραχυκύκλωμα. Σε αυτή την περίπτωση, μια τέτοια μειωμένη τάση εφαρμόζεται στο πρωτεύον τύλιγμα, έτσι ώστε τα ρεύματα των περιελίξεων του βραχυκυκλωμένου μετασχηματιστή να είναι ίσα με τις ονομαστικές τους τιμές, δηλαδή I1k = I1n, I2k = I2n. Η τάση του πρωτεύοντος τυλίγματος, στην οποία πληρούνται οι καθορισμένες συνθήκες, ονομάζεται ονομαστική τάση βραχυκυκλώματος Ukn.

Δεδομένου ότι το Ucn είναι συνήθως μόνο 5-10% του U1n, η αμοιβαία ροή επαγωγής του πυρήνα του μετασχηματιστή κατά τη δοκιμή βραχυκυκλώματος είναι δεκάδες φορές μικρότερη από ό,τι στον ονομαστικό τρόπο λειτουργίας και ο χάλυβας του μετασχηματιστή είναι ακόρεστος. Επομένως, οι απώλειες στον χάλυβα παραμελούνται και θεωρείται ότι όλη η ισχύς Pcn που παρέχεται στο πρωτεύον τύλιγμα δαπανάται για τη θέρμανση των περιελίξεων και καθορίζει την τιμή της ενεργού αντίστασης βραχυκυκλώματος rc.

Κατά τη διάρκεια του πειράματος, μετράται η τάση Ukn, το ρεύμα I1k = I1n και η ισχύς Pkn του πρωτεύοντος πηνίου. Με βάση αυτά τα δεδομένα, μπορείτε να προσδιορίσετε:

— ποσοστό της τάσης βραχυκυκλώματος

— αντίσταση ενεργού βραχυκυκλώματος

— ενεργές αντιστάσεις του πρωτεύοντος και του μειωμένου δευτερεύοντος τυλίγματος, περίπου ίσες με το ήμισυ της αντίστασης βραχυκυκλώματος

— σύνθετη αντίσταση βραχυκυκλώματος

— επαγωγική αντίσταση βραχυκυκλώματος

— επαγωγική αντίσταση του πρωτεύοντος και μειωμένου δευτερεύοντος τυλίγματος, περίπου ίση με το ήμισυ της επαγωγικής αντίστασης βραχυκυκλώματος

— αντίσταση της δευτερεύουσας περιέλιξης ενός πραγματικού μετασχηματιστή:

— επαγωγική, ενεργή και συνολική ποσοστιαία τάση βραχυκυκλώματος:

Η λειτουργία φορτίου V είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε πώς οι παράμετροι φορτίου επηρεάζουν την απόδοση και τη διακύμανση της τάσης στους ακροδέκτες της δευτερεύουσας περιέλιξης.

Η απόδοση του μετασχηματιστή είναι ο λόγος της ενεργού ισχύος που παρέχεται στο φορτίο προς την ενεργό ισχύ που παρέχεται στον μετασχηματιστή.

Η απόδοση του μετασχηματιστή έχει μεγάλη σημασία. Για μετασχηματιστές χαμηλής ισχύος, είναι περίπου 0,95 και για μετασχηματιστές με χωρητικότητα αρκετών δεκάδων χιλιάδων κιλοβολτ-αμπέρ, φτάνει το 0,995.

Ο προσδιορισμός της απόδοσης με τον τύπο χρησιμοποιώντας άμεσα μετρούμενες δυνάμεις P1 και P2 δίνει ένα μεγάλο σφάλμα. Είναι πιο βολικό να παρουσιάζεται αυτός ο τύπος σε διαφορετική μορφή:

όπου είναι το άθροισμα των απωλειών στον μετασχηματιστή.

Υπάρχουν δύο τύποι απωλειών σε έναν μετασχηματιστή: μαγνητικές απώλειες που προκαλούνται από τη διέλευση μαγνητικής ροής μέσω του μαγνητικού κυκλώματος και ηλεκτρικές απώλειες που προκύπτουν από τη ροή του ρεύματος μέσω των περιελίξεων.

Εφόσον η μαγνητική ροή του μετασχηματιστή στο U1 = const και η αλλαγή του δευτερεύοντος ρεύματος από μηδέν σε ονομαστικό παραμένει πρακτικά σταθερή, τότε οι μαγνητικές απώλειες σε αυτό το εύρος φορτίων μπορούν επίσης να θεωρηθούν σταθερές και ίσες με τις απώλειες χωρίς φορτίο.

Οι ηλεκτρικές απώλειες στον χαλκό των περιελίξεων ∆Pm είναι ανάλογες του τετραγώνου του ρεύματος. Είναι βολικό να εκφράζονται ως απώλειες βραχυκυκλώματος Pcn που λαμβάνονται με ονομαστικό ρεύμα,

όπου β είναι ο συντελεστής φορτίου,

Τύποι υπολογισμού για τον προσδιορισμό της απόδοσης του μετασχηματιστή:

όπου Sn είναι η ονομαστική φαινόμενη ισχύς του μετασχηματιστή. φ2 είναι η γωνία φάσης μεταξύ της τάσης και του ρεύματος στο φορτίο.

Η μέγιστη απόδοση μπορεί να βρεθεί εξισώνοντας την πρώτη παράγωγο με μηδέν. Σε αυτή την περίπτωση, διαπιστώνουμε ότι η απόδοση έχει μέγιστες τιμές σε ένα τέτοιο φορτίο όταν οι σταθερές (ανεξάρτητες από το ρεύμα) απώλειες P0 είναι ίσες με τις εναλλασσόμενες (εξαρτώμενες από το ρεύμα) απώλειες, από όπου

Για σύγχρονους μετασχηματιστές λαδιού ισχύος βopt = 0,5 — 0,7. Με ένα τέτοιο φορτίο, ο μετασχηματιστής λειτουργεί συχνότερα κατά τη λειτουργία.

Η γραφική παράσταση της εξάρτησης η = f (β) φαίνεται στο σχήμα 1.

Σχήμα 1. Καμπύλη της μεταβολής της απόδοσης του μετασχηματιστή ανάλογα με τον συντελεστή φορτίου

Για να προσδιορίσετε την ποσοστιαία μεταβολή της δευτερεύουσας τάσης ενός μονοφασικού μετασχηματιστή, χρησιμοποιήστε την εξίσωση

όπου uKA και uKR είναι τα ενεργά και αντιδραστικά συστατικά της τάσης βραχυκυκλώματος, εκφρασμένα ως ποσοστό.

Η μεταβολή της τάσης του μετασχηματιστή εξαρτάται από τον συντελεστή φορτίου (β), τη φύση του (γωνία φ2) και τις συνιστώσες της τάσης βραχυκυκλώματος (uKA και uKR).

Εξωτερικά χαρακτηριστικά του μετασχηματιστή είναι η εξάρτηση στο U1 = const και cosφ2 = const (Εικόνα 2).

Εικόνα 2. Εξωτερικά χαρακτηριστικά μετασχηματιστών μέσης και υψηλής ισχύος για διαφορετικούς τύπους φορτίων