Transformatora galvenās īpašības

Transformatora ārējie raksturlielumi

Ir zināms, ka spriegums pāri sekundārā tinuma spailēm transformators ir atkarīgs no slodzes strāvas, kas pievienota šai spolei. Šo atkarību sauc par transformatora ārējo raksturlielumu.

Transformatora ārējais raksturlielums tiek noņemts pie nemainīga barošanas sprieguma, kad, mainoties slodzei, faktiski mainoties slodzes strāvai, spriegums sekundārā tinuma spailēs, t.i. mainās arī transformatora sekundārais spriegums.

Šī parādība ir izskaidrojama ar to, ka uz sekundārā tinuma pretestības, mainoties slodzes pretestībai, mainās arī sprieguma kritums, un, mainoties sprieguma kritumam pāri primārā tinuma pretestībai, EMF sekundārais tinums attiecīgi mainās.

Tā kā EML līdzsvara vienādojums primārajā tinumā satur vektora lielumus, spriegums sekundārajā tinumā ir atkarīgs gan no slodzes strāvas, gan no šīs slodzes rakstura: vai tā ir aktīva, induktīva vai kapacitatīva.

Slodzes raksturu apliecina fāzes leņķa vērtība starp strāvu caur slodzi un spriegumu pāri slodzei. Būtībā varat ievadīt slodzes koeficientu, kas parādīs, cik reižu slodzes strāva atšķiras no konkrētā transformatora nominālās strāvas:

Lai precīzi aprēķinātu transformatora ārējos raksturlielumus, var izmantot līdzvērtīgu ķēdi, kurā, mainot slodzes pretestību, var fiksēt sekundārā tinuma spriegumu un strāvu.

Tomēr praksē ir noderīga šāda formula, kur atvērtās ķēdes spriegums un "sekundārā sprieguma maiņa", ko mēra procentos, tiek aizstāti un aprēķināti kā aritmētiskā starpība starp atvērtās ķēdes spriegumu un spriegumu pie noteiktas slodzes. procentos no atvērtās ķēdes sprieguma:

Izteiksme "sekundārās sprieguma maiņas" atrašanai tiek iegūta ar noteiktiem pieņēmumiem no transformatora ekvivalentās ķēdes:

Šeit tiek ievadītas īssavienojuma sprieguma reaktīvo un aktīvo komponentu vērtības. Šīs sprieguma sastāvdaļas (aktīvās un reaktīvās) tiek atrastas ar līdzvērtīgiem ķēdes parametriem vai eksperimentāli atrastas īssavienojuma pieredze.

Īsslēguma pieredze daudz atklāj par transformatoru.Īssavienojuma spriegumu nosaka kā eksperimentālā īsslēguma sprieguma attiecību pret nominālo primāro spriegumu. Parametrs "īssavienojuma spriegums" ir norādīts procentos.

Eksperimenta gaitā sekundārais tinums tiek īssavienots ar transformatoru, savukārt primārajam tiek pielikts spriegums, kas ir daudz zemāks par nominālo, lai īsslēguma strāva būtu vienāda ar nominālo vērtību. Šeit barošanas spriegums tiek līdzsvarots ar sprieguma kritumu tinumos, un pielietotā samazinātā sprieguma vērtība tiek uzskatīta par ekvivalentu sprieguma kritumu pāri tinumiem pie slodzes strāvas, kas vienāda ar nominālo vērtību.

Mazjaudas transformatoriem un jaudas transformatoriem īssavienojuma sprieguma vērtība ir robežās no 5% līdz 15%, un jo jaudīgāks ir transformators, jo mazāka šī vērtība. Precīza īssavienojuma sprieguma vērtība ir norādīta konkrēta transformatora tehniskajā dokumentācijā.

Attēlā parādīti ārējie raksturlielumi, kas veidoti pēc iepriekš minētajām formulām.. Redzams, ka grafiki ir lineāri, tas ir tāpēc, ka sekundārais spriegums nav stipri atkarīgs no slodzes koeficienta, jo tinuma pretestība ir salīdzinoši zema, un darba magnētiskais plūsma maz ir atkarīga no slodzes.

Attēlā redzams, ka fāzes leņķis atkarībā no slodzes veida ietekmē to, vai raksturlielums samazinās vai palielinās. Ar aktīvo vai aktīvo-induktīvo slodzi raksturlielums samazinās, ar aktīvo-kapacitatīvo slodzi tas var palielināties, un tad otrais termins "sprieguma maiņas" formulā kļūst negatīvs.

Mazjaudas transformatoriem aktīvā sastāvdaļa parasti nokrīt vairāk nekā induktīvā, tāpēc ārējais raksturlielums ar aktīvo slodzi ir mazāk lineārs nekā ar aktīvo-induktīvo slodzi. Jaudīgākiem transformatoriem tas ir pretējs, tāpēc aktīvās slodzes raksturlielums būs stingrāks.

Transformatora efektivitāte

Transformatora efektivitāte ir slodzei piegādātās lietderīgās elektriskās jaudas attiecība pret transformatora patērēto aktīvo elektrisko jaudu:

Transformatora patērētā jauda ir slodzes patērētās jaudas un jaudas zudumu summa tieši transformatorā. Turklāt aktīvā jauda ir saistīta ar kopējo jaudu šādi:

Tā kā transformatora izejas spriegums parasti ir vāji atkarīgs no slodzes, slodzes koeficientu var saistīt ar nominālo šķietamo jaudu šādi:

Un jauda, ​​ko patērē slodze sekundārajā ķēdē:

Elektriskos zudumus patvaļīga lieluma slodzē, ņemot vērā zudumus pie nominālās slodzes, var izteikt ar slodzes koeficientu:

Nominālos slodzes zudumus ļoti precīzi nosaka transformatora patērētā jauda īssavienojuma eksperimentā, un magnētiska rakstura zudumi ir vienādi ar transformatora patērēto tukšgaitas jaudu. Šīs zudumu sastāvdaļas ir norādītas transformatora dokumentācijā. Tātad, ja ņemam vērā iepriekš minētos faktus, efektivitātes formula būs šāda:

Attēlā parādīta transformatora efektivitātes atkarība no slodzes.Kad slodze ir nulle, efektivitāte ir nulle.

Palielinoties slodzes koeficientam, palielinās arī slodzei pievadītā jauda, ​​un magnētiskie zudumi nemainās, un efektivitāte, kas ir viegli pārskatāma, palielinās lineāri. Tad nāk slodzes koeficienta optimālā vērtība, kur efektivitāte sasniedz savu robežu, šajā brīdī tiek iegūta maksimālā efektivitāte.

Pārsniedzot optimālo slodzes koeficientu, efektivitāte sāk pakāpeniski samazināties. Tas ir tāpēc, ka elektriskie zudumi palielinās, tie ir proporcionāli strāvas kvadrātam un attiecīgi slodzes koeficienta kvadrātam. Maksimālā efektivitāte lieljaudas transformatoriem (jaudu mēra kVA vai vairāk vienībās) ir robežās no 98% līdz 99%, mazjaudas transformatoriem (mazāk par 10 VA) efektivitāte var būt aptuveni 60%.

Parasti projektēšanas stadijā transformatorus cenšas izgatavot tādus, lai efektivitāte sasniegtu maksimālo vērtību pie optimālā slodzes koeficienta no 0,5 līdz 0,7, tad ar reālo slodzes koeficientu no 0,5 līdz 1 efektivitāte būs tuvu maksimumam. Ar samazinājumu jaudas koeficients (kosinuss phi) sekundārajam tinumam pieslēgtās slodzes samazinās arī izejas jauda, ​​bet elektriskie un magnētiskie zudumi paliek nemainīgi, līdz ar to efektivitāte šajā gadījumā samazinās.

Optimālais transformatora darbības režīms, t.i. nominālais režīms, parasti tiek iestatīti atbilstoši bezproblēmas darbības apstākļiem un atbilstoši pieļaujamajam apkures līmenim noteiktā darbības periodā.Tas ir ārkārtīgi svarīgs nosacījums, lai transformators, nodrošinot nominālo jaudu, darbojoties nominālajā režīmā, nepārkarstu.