Effekttransformatordrift til aktive, induktive og kapacitive belastninger

En transformer er en elektrisk maskine, der konverterer vekselstrøm af en spænding til vekselstrøm af en anden spænding. Princippet for drift af transformeren er baseret på fænomenet elektromagnetisk induktion.

De første elektriske krafttransmissionsnetværk brugte jævnstrøm. Spændingen i netværkene afhænger af de anvendte materialers isoleringsevne og er normalt 110 V.

Med stigningen i transmissionseffekten af ​​netværkene blev det nødvendigt at øge ledningernes tværsnit, for at spændingstabene forbliver inden for de tilladte grænser.

Og kun opfindelsen af ​​transformeren gjorde det muligt økonomisk at generere elektrisk energi i store kraftværker, transmittere den ved højspænding over lange afstande og derefter reducere spændingen til en sikker værdi, før elektricitet leveres til forbrugerne.

Uden transformere ville dagens elnetstrukturer med deres høje og ultrahøje, mellem- og lave spændingsniveauer simpelthen ikke være mulige. Transformatorer bruges i både enfasede og trefasede elektriske netværk.

Driften af ​​en trefaset strømtransformator varierer meget for hvilken belastning den er i drift - aktiv, induktiv eller kapacitiv. Under virkelige forhold er transformatorbelastningen en aktiv-induktiv belastning.

Figur 1 — Trefaset strømtransformator

1. Aktiv belastningstilstand

I denne tilstand er den primære viklingsspænding tæt på den nominelle U1 = U1nom, den primære viklingsstrøm I1 bestemmes af transformatorbelastningen, og den sekundære strøm bestemmes af den nominelle strøm I2nom = P2 / U2nom.

Ifølge måledataene bestemmes transformatorens effektivitet analytisk:

Effektivitet = P2 / P1,

hvor P1 er den aktive effekt af transformatorens primærvikling, P2 er den effekt, der leveres til forsyningskredsløbet af transformatorens sekundære vikling.

Afhængigheden af ​​transformatorens effektivitet afhængig af den relative strøm af primærviklingen er vist i figur 2.

Figur 2 — Transformatoreffektivitetens afhængighed af den relative strøm af primærviklingen

I aktiv belastningstilstand er den sekundære viklingsstrømvektor ko-ekstensiv med den sekundære viklingsspændingsvektor, derfor forårsager en stigning i belastningsstrømmen et fald i spændingen ved terminalerne af sekundærviklingen af ​​transformeren.

Et forenklet vektordiagram over strømme og spændinger for denne type transformerbelastning er vist i figur 3.

Figur 3 — Forenklet vektordiagram over transformatorens aktive belastningsstrømme og spændinger

2. Driftstilstand for induktiv belastning

I induktiv belastningstilstand forskyder den sekundære viklingsstrømvektor den sekundære viklingsspændingsvektoren med 90 grader. Et fald i værdien af ​​induktansen forbundet med transformatorens sekundære vikling får belastningsstrømmen til at stige, hvilket resulterer i et fald i den sekundære spænding.

Et forenklet vektordiagram over strømme og spændinger for denne type transformerbelastning er vist i figur 4.

Figur 4 — Forenklet vektordiagram af transformerstrømme og spændinger i induktiv belastningstilstand

3. Driftsmåde med kapacitiv belastning

I kapacitiv belastningstilstand er den aktuelle vektor af sekundærviklingen foran spændingsvektoren for sekundærviklingen med 90 grader. En stigning i kapacitansen forbundet med transformatorens sekundære vikling får belastningsstrømmen til at stige, hvilket resulterer i en stigning i sekundærspændingen.

Et forenklet vektordiagram over strømme og spændinger for denne type transformerbelastning er vist i figur 5.

Figur 5 — Forenklet vektordiagram over transformatorens kapacitive belastningstilstand strømme og spændinger