Provoz výkonového transformátoru pro aktivní, indukční a kapacitní zátěže

Transformátor je elektrický stroj, který přeměňuje střídavý proud jednoho napětí na střídavý proud jiného napětí. Princip činnosti transformátoru je založen na jevu elektromagnetické indukce.

První sítě pro přenos elektrické energie používaly stejnosměrný proud. Napětí v sítích závisí na izolační schopnosti použitých materiálů a bývá 110 V.

S nárůstem vysílacího výkonu sítí bylo nutné zvětšit průřez vodičů, aby napěťové ztráty zůstaly v přípustných mezích.

A teprve vynález transformátoru umožnil hospodárně vyrábět elektrickou energii ve velkých elektrárnách, přenášet ji vysokým napětím na velké vzdálenosti a poté snížit napětí na bezpečnou hodnotu před dodáním elektřiny spotřebitelům.

Bez transformátorů by dnešní struktury elektrické sítě s jejich vysokými a ultravysokými, středními a nízkými úrovněmi napětí jednoduše nebyly možné. Transformátory se používají v jednofázových i třífázových elektrických sítích.

Provoz třífázového výkonového transformátoru se značně liší podle toho, jakou zátěž provozuje – aktivní, indukční nebo kapacitní. V reálných podmínkách je zátěž transformátoru aktivní indukční zátěž.

Obrázek 1 – Třífázový výkonový transformátor

1. Režim aktivního zatížení

V tomto režimu je napětí primárního vinutí blízké jmenovitému U1 = U1nom, proud primárního vinutí I1 je určen zatížením transformátoru a sekundární proud je určen jmenovitým proudem I2nom = P2 / U2nom.

Podle naměřených dat je analyticky určena účinnost transformátoru:

Účinnost = P2 / P1,

kde P1 je činný výkon primárního vinutí transformátoru, P2 je výkon dodávaný do napájecího obvodu sekundárním vinutím transformátoru.

Závislost účinnosti transformátoru v závislosti na relativním proudu primárního vinutí je na obrázku 2.

Obrázek 2 — Závislost účinnosti transformátoru na relativním proudu primárního vinutí

V režimu aktivní zátěže je vektor proudu sekundárního vinutí stejný jako vektor napětí sekundárního vinutí, proto zvýšení zatěžovacího proudu způsobí pokles napětí na svorkách sekundárního vinutí transformátoru.

Zjednodušený vektorový diagram proudů a napětí pro tento typ zátěže transformátoru je znázorněn na obrázku 3.

Obrázek 3 – Zjednodušený vektorový diagram proudů a napětí aktivní zátěže transformátoru

2. Provozní režim pro indukční zátěž

V režimu indukčního zatížení se vektor proudu sekundárního vinutí zpožďuje za vektorem napětí sekundárního vinutí o 90 stupňů. Snížení hodnoty indukčnosti připojené k sekundárnímu vinutí transformátoru způsobí zvýšení zatěžovacího proudu, což má za následek pokles sekundárního napětí.

Zjednodušený vektorový diagram proudů a napětí pro tento typ zátěže transformátoru je znázorněn na obrázku 4.

Obrázek 4 – Zjednodušený vektorový diagram proudů a napětí transformátorů v režimu indukční zátěže

3. Režim provozu s kapacitní zátěží

V režimu kapacitního zatížení je vektor proudu sekundárního vinutí před vektorem napětí sekundárního vinutí o 90 stupňů. Zvýšení kapacity připojené k sekundárnímu vinutí transformátoru způsobí zvýšení zatěžovacího proudu, což má za následek zvýšení sekundárního napětí.

Zjednodušený vektorový diagram proudů a napětí pro tento typ zátěže transformátoru je znázorněn na obrázku 5.

Obrázek 5 — Zjednodušený vektorový diagram proudů a napětí v režimu kapacitního zatížení transformátoru