Provozní režimy transformátoru

V závislosti na hodnotě zatížení může transformátor pracovat ve třech režimech:

1. Chod naprázdno při zatěžovacím odporu zn = ∞.

2. Zkrat při zn = 0.

3. Režim nabíjení při 0 <zn <∞.

S parametry ekvivalentního obvodu můžete analyzovat jakýkoli provozní režim transformátoru... Samotné parametry jsou určeny na základě experimentů naprázdno a nakrátko. Při volnoběhu je sekundární vinutí transformátoru otevřené.

Provádí se zkouška transformátoru naprázdno pro stanovení transformačního poměru, ztrát výkonu v oceli a parametrů magnetizační větve ekvivalentního obvodu, obvykle prováděná při jmenovitém napětí primárního vinutí.

Pro jednofázový transformátor na základě dat z testu naprázdno je možné vypočítat:

— transformační faktor

— procento proudu naprázdno

Je aktivní odpor magnetizace větve r0 určen podmínkou

— celkový odpor magnetizační větve

— indukční odpor magnetizační větve

Účiník při nečinnosti je také často definován jako:

V některých případech se zkouška naprázdno provádí pro několik hodnot napětí primárního vinutí: od U1 ≈ 0,3U1n do U1 ≈ 1,1U1n. Na základě získaných dat jsou vykresleny klidové charakteristiky, které jsou závislostí P0, z0, r0 a cosφ v závislosti na napětí U1. Pomocí charakteristiky naprázdno je možné nastavit hodnoty zadaných veličin při libovolné hodnotě napětí U1.

Pro stanovení napětí nakrátko se zkouší ztráty ve vinutí a odpory rk a xk ve zkratu. V tomto případě je na primární vinutí přivedeno takové snížené napětí, aby se proudy vinutí transformátoru nakrátko rovnaly jejich jmenovitým hodnotám, tj. I1k = I1n, I2k = I2n. Napětí primárního vinutí, při kterém jsou splněny stanovené podmínky, se nazývá jmenovité zkratové napětí Ukn.

Vzhledem k tomu, že Ucn je obvykle pouze 5-10 % U1n, je vzájemný indukční tok jádra transformátoru při zkratové zkoušce desítkykrát menší než ve jmenovitém režimu a ocel transformátoru je nenasycená. Ztráty v oceli jsou proto zanedbávány a uvažuje se, že veškerý výkon Pcn dodaný do primárního vinutí je vynaložen na ohřev vinutí a určuje hodnotu aktivního zkratového odporu rc.

Během experimentu se měří napětí Ukn, proud I1k = I1n a výkon Pkn primární cívky. Na základě těchto údajů můžete určit:

— procento zkratového napětí

— aktivní zkratová odolnost

— aktivní odpory primárního a redukovaného sekundárního vinutí, přibližně rovné polovině zkratového odporu

— zkratová impedance

— indukční odpor proti zkratu

— indukční odpor primárního a redukovaného sekundárního vinutí, přibližně rovný polovině indukčního odporu proti zkratu

— odpor sekundárního vinutí skutečného transformátoru:

— indukční, činné a celkové procento zkratového napětí:

V režimu zátěže je velmi důležité vědět, jak parametry zátěže ovlivňují účinnost a kolísání napětí na svorkách sekundárního vinutí.

Účinnost transformátoru je poměr činného výkonu dodávaného do zátěže k činnému výkonu dodávanému do transformátoru.

Účinnost transformátoru je velmi důležitá. U transformátorů nízkého výkonu je to přibližně 0,95 au transformátorů s kapacitou několika desítek tisíc kilovoltampérů dosahuje 0,995.

Určení účinnosti vzorcem pomocí přímo měřených výkonů P1 a P2 dává velkou chybu. Je vhodnější prezentovat tento vzorec v jiné podobě:

kde je součet ztrát v transformátoru.

V transformátoru existují dva typy ztrát: magnetické ztráty způsobené průchodem magnetického toku magnetickým obvodem a elektrické ztráty vyplývající z toku proudu vinutím.

Protože magnetický tok transformátoru při U1 = konst a změna sekundárního proudu z nuly na jmenovitý zůstává prakticky konstantní, lze i magnetické ztráty v tomto rozsahu zátěží předpokládat konstantní a rovné ztrátám naprázdno.

Elektrické ztráty v mědi vinutí ∆Pm jsou úměrné druhé mocnině proudu. Je vhodné je vyjádřit jako zkratové ztráty Pcn získané při jmenovitém proudu,

kde β je faktor zatížení,

Výpočtové vzorce pro určení účinnosti transformátoru:

kde Sn je jmenovitý zdánlivý výkon transformátoru; φ2 je fázový úhel mezi napětím a proudem v zátěži.

Maximální účinnost lze nalézt přirovnáním první derivace k nule. V tomto případě zjistíme, že účinnost má maximální hodnoty při takovém zatížení, kdy se konstantní (proudově nezávislé) ztráty P0 rovnají střídavým (proudově závislým) ztrátám, odkud

Pro moderní výkonové olejové transformátory βopt = 0,5 — 0,7. Při takové zátěži transformátor nejčastěji pracuje během provozu.

Graf závislosti η = f (β) je na obrázku 1. Obr.

Obrázek 1. Křivka změny účinnosti transformátoru v závislosti na faktoru zatížení

Pro stanovení procentuální změny sekundárního napětí jednofázového transformátoru použijte rovnici

kde uKA a uKR jsou aktivní a reaktivní složky napětí nakrátko, vyjádřené v procentech.

Změna napětí transformátoru závisí na činiteli zatížení (β), jeho charakteru (úhel φ2) a složkách zkratového napětí (uKA a uKR).

Vnější charakteristiky transformátoru je závislost při U1 = konst a cosφ2 = konst (obrázek 2).

Obrázek 2. Vnější charakteristiky transformátorů středního a vysokého výkonu pro různé typy zátěže