Transzformátor üzemmódok

A terhelés értékétől függően a transzformátor három üzemmódban működhet:

1. Üresjárati üzem terhelési ellenállás mellett zn = ∞.

2. Zn = 0-nál rövidzárlat.

3. Töltési mód 0 <zn <∞ értéknél.

Az ekvivalens áramkör paramétereinek birtokában a transzformátor bármely üzemmódja elemezhető... Magukat a paramétereket üresjárati és zárlati kísérletek alapján határozzuk meg. Alapjáraton a transzformátor szekunder tekercse nyitva van.

Az átalakítási arány, az acél teljesítményveszteségének és az egyenértékű áramkör mágnesező ágának paramétereinek meghatározására terhelés nélküli transzformátortesztet végeznek, általában a primer tekercs névleges feszültségén.

Mert egyfázisú transzformátor az üresjárati teszt adatai alapján kiszámítható:

— transzformációs tényező

— az üresjárati áram százalékos aránya

Az ágmágnesezés aktív ellenállását r0 határozza meg a feltétel?

— a mágnesező ág teljes ellenállása

— a mágnesező ág induktív ellenállása

Az üresjárati teljesítménytényezőt gyakran a következőképpen határozzák meg:

Bizonyos esetekben az üresjárati tesztet a primer tekercs feszültségének több értékére hajtják végre: U1 ≈ 0,3U1n-től U1 ≈ 1,1U1n-ig. A kapott adatok alapján megrajzoljuk az üresjárati karakterisztikákat, amelyek P0, z0, r0 és cosφ függése az U1 feszültség függvényében. Az üresjárati jellemzők segítségével az U1 feszültség bármely értékére be lehet állítani a megadott mennyiségek értékeit.

A zárlati feszültség meghatározásához a tekercsek veszteségeit, valamint az rk és xk ellenállásokat rövidzárlatban tesztelik. Ebben az esetben a primer tekercsre olyan csökkentett feszültséget kapcsolunk, hogy a rövidre zárt transzformátor tekercseinek áramai megegyezzenek a névleges értékükkel, azaz I1k = I1n, I2k = I2n. A primer tekercs feszültségét, amelynél a megadott feltételek teljesülnek, névleges rövidzárlati feszültségnek nevezzük Ukn.

Tekintettel arra, hogy az Ucn az U1n-nek általában csak 5-10%-a, a transzformátormag kölcsönös indukciós fluxusa a zárlati vizsgálat során több tízszer kisebb, mint a névleges üzemmódban, és a transzformátor acélja telítetlen. Ezért az acél veszteségeit figyelmen kívül hagyjuk, és úgy tekintjük, hogy a primer tekercsbe betáplált teljes Pcn teljesítményt a tekercsek fűtésére fordítjuk, és ez határozza meg az rc aktív rövidzárlati ellenállás értékét.

A kísérlet során mérjük az Ukn feszültséget, az I1k = I1n áramot és a primer tekercs Pkn teljesítményét. Ezen adatok alapján meghatározhatja:

— a rövidzárlati feszültség százalékos aránya

— aktív rövidzárlati ellenállás

— az elsődleges és a redukált szekunder tekercs aktív ellenállása, körülbelül a rövidzárlati ellenállás felével

— rövidzárlati impedancia

— induktív zárlati ellenállás

- az elsődleges és a redukált szekunder tekercs induktív ellenállása, körülbelül a zárlati induktív ellenállás felével

— valódi transzformátor szekunder tekercsének ellenállása:

— induktív, aktív és teljes százalékos rövidzárlati feszültség:

V terhelési mód nagyon fontos tudni, hogy a terhelési paraméterek hogyan befolyásolják a hatásfokot és a feszültségingadozást a szekunder tekercs kapcsain.

A transzformátor hatásfoka a terhelésre leadott aktív teljesítmény és a transzformátorra jutó aktív teljesítmény aránya.

A transzformátor hatásfoka nagyon fontos. A kis teljesítményű transzformátorok esetében ez körülbelül 0,95, a több tízezer kilovolt-amper kapacitású transzformátoroknál pedig eléri a 0,995-öt.

Ha a hatásfokot a képlettel határozzuk meg közvetlenül mért P1 és P2 teljesítmények segítségével, nagy hibát adunk. Kényelmesebb ezt a képletet más formában bemutatni:

hol a transzformátor veszteségeinek összege.

A transzformátorban kétféle veszteség létezik: a mágneses fluxusnak a mágneses áramkörön való áthaladása által okozott mágneses veszteségek és a tekercseken áthaladó áramból származó elektromos veszteségek.

Mivel a transzformátor mágneses fluxusa U1 = const-nál és a szekunder áram nulláról névlegesre változása gyakorlatilag állandó marad, ezért ebben a terhelési tartományban a mágneses veszteségeket is állandónak és az üresjárati veszteségekkel egyenlőnek tekinthetjük.

A tekercsek rézében keletkező elektromos veszteségek ∆Pm arányosak az áram négyzetével. Ezeket célszerű Pcn névleges áram mellett kapott rövidzárlati veszteségként kifejezni,

ahol β a terhelési tényező,

Számítási képletek a transzformátor hatásfokának meghatározásához:

ahol Sn a transzformátor névleges látszólagos teljesítménye; φ2 a terhelés feszültsége és árama közötti fázisszög.

A maximális hatásfok az első derivált nullával való egyenlővé tételével érhető el. Ebben az esetben azt találjuk, hogy a hatásfok ilyen terhelés mellett akkor rendelkezik maximális értékekkel, amikor az állandó (áramfüggetlen) P0 veszteségek egyenlőek a váltakozó (áramfüggő) veszteségekkel, ahonnan

A modern olajtranszformátoroknál βopt = 0,5 - 0,7. Ilyen terheléssel a transzformátor leggyakrabban működés közben működik.

Az η = f (β) függés grafikonja az 1. ábrán látható.

1. ábra A transzformátor hatásfok változásának görbéje a terhelési tényező függvényében

Az egyfázisú transzformátor szekunder feszültségének százalékos változásának meghatározásához használja az egyenletet

ahol uKA és uKR a zárlati feszültség aktív és reaktív komponensei százalékban kifejezve.

A transzformátor feszültségének változása a terhelési tényezőtől (β), annak természetétől (φ2 szög) és a zárlati feszültség összetevőitől (uKA és uKR) függ.

A transzformátor külső jellemzői a függőség U1 = const és cosφ2 = const (2. ábra).

2. ábra Közepes és nagy teljesítményű transzformátorok külső jellemzői különböző típusú terhelésekhez