Hovedkarakteristika for transformeren

Transformatorens ydre karakteristika

Det er kendt, at spændingen over terminalerne af den sekundære vikling transformer afhænger af belastningsstrømmen tilsluttet den spole. Denne afhængighed kaldes transformatorens ydre karakteristika.

Transformatorens ydre karakteristika fjernes ved en konstant forsyningsspænding, når med en ændring i belastningen, faktisk med en ændring i belastningsstrømmen, spændingen ved terminalerne af sekundærviklingen, dvs. den sekundære spænding af en transformer ændres også.

Dette fænomen forklares ved, at på modstanden af ​​sekundærviklingen, med en ændring i belastningsmodstanden, ændres spændingsfaldet også, og på grund af ændringen i spændingsfaldet over modstanden af ​​primærviklingen, vil EMF af sekundærviklingen ændres tilsvarende.

Da EMF-balanceligningen i primærviklingen indeholder vektormængder, afhænger spændingen over sekundærviklingen af ​​både belastningsstrømmen og arten af ​​denne belastning: om den er aktiv, induktiv eller kapacitiv.

Belastningens art fremgår af værdien af ​​fasevinklen mellem strømmen gennem belastningen og spændingen over belastningen. Grundlæggende kan du indtaste en belastningsfaktor, der viser, hvor mange gange belastningsstrømmen afviger fra mærkestrømmen for en given transformer:

For nøjagtigt at beregne transformatorens ydre karakteristika kan man ty til et ækvivalent kredsløb, hvor spændingen og strømmen af ​​sekundærviklingen kan fastgøres ved at ændre belastningsmodstanden.

Ikke desto mindre viser følgende formel sig nyttig i praksis, hvor tomgangsspændingen og den "sekundære spændingsændring", som måles i procent, erstattes og beregnes som den aritmetiske forskel mellem tomgangsspændingen og spændingen ved en given belastning som en procentdel af den åbne kredsløbsspænding:

Udtrykket for at finde den «sekundære spændingsændring» opnås med visse antagelser fra transformatorens ækvivalente kredsløb:

Værdierne for de reaktive og aktive komponenter af kortslutningsspændingen indtastes her. Disse spændingskomponenter (aktive og reaktive) findes af de tilsvarende kredsløbsparametre eller findes eksperimentelt i kortslutningsoplevelse.

Kortslutningsoplevelsen afslører meget om transformeren.Kortslutningsspændingen findes som forholdet mellem den eksperimentelle kortslutningsspænding og den nominelle primærspænding. Parameteren "kortslutningsspænding" er angivet i procent.

I løbet af forsøget kortsluttes sekundærviklingen til transformeren, mens der påføres en spænding til primæren meget lavere end den nominelle, så kortslutningsstrømmen er lig med mærkeværdien. Her er forsyningsspændingen afbalanceret af spændingsfald over viklingerne, og værdien af ​​den påførte reducerede spænding betragtes som det ækvivalente spændingsfald over viklingerne ved en belastningsstrøm svarende til den nominelle værdi.

For lavstrømstransformatorer og for krafttransformatorer er kortslutningsspændingsværdien i intervallet 5 % til 15 %, og jo kraftigere transformatoren er, jo mindre er denne værdi. Den nøjagtige værdi af kortslutningsspændingen er angivet i den tekniske dokumentation for en specifik transformer.

Figuren viser de ydre egenskaber opbygget efter ovenstående formler Vi kan se at graferne er lineære, det skyldes at sekundærspændingen ikke er stærkt afhængig af belastningsfaktoren på grund af viklingens relativt lave modstand, og den magnetiske funktion. flux afhænger lidt af belastningen.

Figuren viser, at fasevinklen, afhængig af belastningens art, påvirker, om karakteristikken falder eller øges. Ved en aktiv eller aktiv-induktiv belastning falder karakteristikken, ved en aktiv-kapacitiv belastning kan den stige, og så bliver det andet led i formlen for "spændingsændring" negativt.

For laveffekttransformatorer falder den aktive komponent normalt mere end den induktive, så den eksterne karakteristik med en aktiv belastning er mindre lineær end med en aktiv-induktiv belastning. For mere kraftfulde transformere er det modsat, derfor vil den aktive belastningskarakteristik være mere stringent.

Transformer effektivitet

Transformereffektivitet er forholdet mellem den nyttige elektriske effekt, der leveres til belastningen, og den aktive elektriske effekt, der forbruges af transformeren:

Effekten forbrugt af transformeren er summen af ​​den effekt forbrugt af belastningen og effekttabene direkte i transformeren. Desuden er aktiv effekt relateret til total effekt som følger:

Da transformatorens udgangsspænding normalt er svagt afhængig af belastningen, kan belastningsfaktoren relateres til den nominelle tilsyneladende effekt som følger:

Og den strøm, der forbruges af belastningen i det sekundære kredsløb:

De elektriske tab i belastningen af ​​vilkårlig størrelse kan udtrykkes under hensyntagen til tabene ved nominel belastning ved belastningsfaktoren:

Nominelle belastningstab bestemmes meget præcist af den effekt, der forbruges af transformeren i kortslutningsforsøget, og tab af magnetisk karakter er lig med den tomgangseffekt, som forbruges af transformeren. Disse tabskomponenter er angivet i transformatordokumentationen. Så hvis vi overvejer ovenstående fakta, vil effektivitetsformlen have følgende form:

Figuren viser transformatoreffektivitetens afhængighed af belastningen.Når belastningen er nul, er virkningsgraden nul.

Efterhånden som belastningsfaktoren stiger, øges også den tilførte effekt til belastningen, og de magnetiske tab er uændrede, og effektiviteten, som er let at se, stiger lineært. Så kommer den optimale værdi af belastningsfaktoren, hvor virkningsgraden når sin grænse, på dette tidspunkt opnås den maksimale virkningsgrad.

Efter at have passeret den optimale belastningsfaktor begynder effektiviteten gradvist at falde. Dette skyldes, at elektriske tab stiger, de er proportionale med kvadratet af strømmen og følgelig med kvadratet af belastningsfaktoren. Den maksimale effektivitet for transformatorer med høj effekt (effekten måles i enheder af kVA eller mere) er i området 98% til 99%, for laveffekttransformatorer (mindre end 10 VA) kan effektiviteten være omkring 60%.

Som regel forsøger de på designstadiet at lave transformere, således at effektiviteten når sin maksimale værdi ved en optimal belastningsfaktor på 0,5 til 0,7, så med en reel belastningsfaktor på 0,5 til 1 vil effektiviteten være tæt på sit maksimum. Med reduktion effektfaktor (cosinus phi) af belastningen forbundet med sekundærviklingen falder udgangseffekten også, mens de elektriske og magnetiske tab forbliver uændrede, hvorfor effektiviteten i dette tilfælde falder.

Den optimale driftsform for transformeren, dvs. nominel tilstand, er normalt indstillet i henhold til betingelserne for problemfri drift og i henhold til niveauet af tilladt opvarmning i en vis driftsperiode.Dette er en ekstremt vigtig betingelse, så transformeren, mens den leverer den nominelle effekt, mens den kører i den nominelle tilstand, ikke overophedes.