A transzformátor főbb jellemzői

A transzformátor külső jellemzői

Ismeretes, hogy a feszültség a szekunder tekercs kivezetésein transzformátor az adott tekercshez csatlakoztatott terhelőáramtól függ. Ezt a függőséget a transzformátor külső jellemzőjének nevezzük.

A transzformátor külső karakterisztikája állandó tápfeszültség mellett megszűnik, amikor a terhelés változásával, valójában a terhelési áram változásával a szekunder tekercs kapcsain a feszültség, azaz a feszültség megváltozik. a transzformátor szekunder feszültsége is változik.

Ez a jelenség azzal magyarázható, hogy a szekunder tekercs ellenállásán a terhelési ellenállás változásával a feszültségesés is megváltozik, és a primer tekercs ellenállásán bekövetkező feszültségesés változása miatt az EMF a szekunder tekercs ennek megfelelően változik.

Mivel a primer tekercsben az EMF egyensúlyi egyenlet vektormennyiségeket tartalmaz, a szekunder tekercs feszültsége a terhelési áramtól és a terhelés természetétől függ: aktív, induktív vagy kapacitív.

A terhelés természetét a terhelésen áthaladó áram és a terhelésen lévő feszültség közötti fázisszög értéke bizonyítja. Alapvetően megadhat egy terhelési tényezőt, amely megmutatja, hogy a terhelési áram hányszor tér el egy adott transzformátor névleges áramától:

A transzformátor külső jellemzőinek pontos kiszámításához egy ekvivalens áramkört lehet igénybe venni, amelyben a terhelési ellenállás változtatásával a szekunder tekercs feszültsége és árama rögzíthető.

Mindazonáltal a gyakorlatban hasznosnak bizonyul az alábbi képlet, ahol a szakadási feszültséget és a százalékban mért "másodlagos feszültségváltozást" helyettesítik, és a nyitott áramköri feszültség és az adott terhelésnél fennálló feszültség számtani különbségeként számítják ki. a nyitott áramköri feszültség százalékában:

A "másodlagos feszültségváltozás" meghatározásának kifejezését bizonyos feltevések mellett a transzformátor egyenértékű áramköréből kapjuk:

Itt kell megadni a zárlati feszültség reaktív és aktív komponenseinek értékeit. Ezeket a feszültségkomponenseket (aktív és reaktív) az egyenértékű áramköri paraméterek alapján találjuk meg, vagy kísérletileg találjuk meg rövidzárlati tapasztalat.

A rövidzárlati tapasztalatok sokat elárulnak a transzformátorról.A rövidzárlati feszültség a kísérleti zárlati feszültség és a névleges primer feszültség aránya. A "zárlati feszültség" paraméter százalékban van megadva.

A kísérlet során a szekunder tekercset rövidre zárjuk a transzformátorral, míg a primerre a névlegesnél jóval kisebb feszültséget kapcsolunk, így a rövidzárlati áram megegyezik a névleges értékkel. Itt a tápfeszültséget a tekercseken átívelő feszültségesés kiegyenlíti, és az alkalmazott csökkentett feszültség értékét a névleges értékkel megegyező terhelési áram melletti ekvivalens feszültségesésnek tekintjük a tekercseken.

Kis teljesítményű táptranszformátorok és teljesítménytranszformátorok esetében a rövidzárlati feszültség értéke 5% és 15% között van, és minél erősebb a transzformátor, annál kisebb ez az érték. A rövidzárlati feszültség pontos értéke egy adott transzformátor műszaki dokumentációjában található.

Az ábrán a fenti képletek szerint felépített külső jellemzők láthatók, a grafikonok lineárisak, ennek oka, hogy a szekunder feszültség a tekercs viszonylag alacsony ellenállása miatt nem függ erősen a terhelési tényezőtől, és az üzemi mágneses fluxusa kevéssé függ a terheléstől.

Az ábrán látható, hogy a fázisszög a terhelés jellegétől függően befolyásolja, hogy a karakterisztika csökken-e vagy nő. Aktív vagy aktív-induktív terhelésnél a karakterisztikája csökken, aktív-kapacitív terhelésnél nőhet, majd a "feszültségváltozás" képletében a második tag negatívvá válik.

Kis teljesítményű transzformátoroknál az aktív komponens általában többet esik, mint az induktív, így a külső karakterisztika aktív terhelés mellett kevésbé lineáris, mint aktív-induktív terhelésnél. Erősebb transzformátoroknál ennek az ellenkezője, ezért az aktív terhelési karakterisztika szigorúbb lesz.

A transzformátor hatékonysága

A transzformátor hatásfoka a terhelésre leadott hasznos elektromos teljesítmény és a transzformátor által fogyasztott aktív elektromos teljesítmény aránya:

A transzformátor által fogyasztott teljesítmény a terhelés által fogyasztott teljesítmény és a közvetlenül a transzformátorban fellépő teljesítményveszteségek összege. Továbbá az aktív teljesítmény a teljes teljesítményhez viszonyítva a következőképpen alakul:

Mivel a transzformátor kimeneti feszültsége általában gyengén függ a terheléstől, a terhelési tényező a névleges látszólagos teljesítményhez a következőképpen viszonyítható:

És a másodlagos áramkör terhelése által fogyasztott teljesítmény:

A tetszőleges nagyságú terhelés elektromos veszteségeit a névleges terhelési veszteségek figyelembevételével a terhelési tényezővel fejezhetjük ki:

A névleges terhelési veszteségeket nagyon pontosan meghatározza a transzformátor által a rövidzárlati kísérletben felvett teljesítmény, a mágneses jellegű veszteségek pedig megegyeznek a transzformátor üresjárati teljesítményével. Ezeket a veszteségkomponenseket a transzformátor dokumentációja tartalmazza. Tehát, ha figyelembe vesszük a fenti tényeket, a hatékonysági képlet a következő formában jelenik meg:

Az ábra a transzformátor hatásfokának a terheléstől való függését mutatja.Ha a terhelés nulla, a hatásfok nulla.

A terhelési tényező növekedésével a terhelésre betáplált teljesítmény is növekszik, a mágneses veszteségek pedig változatlanok, a jól látható hatásfok pedig lineárisan nő. Ezután jön a terhelési tényező optimális értéke, ahol a hatásfok eléri a határát, ekkor érhető el a maximális hatásfok.

Az optimális terhelési tényező túllépése után a hatásfok fokozatosan csökkenni kezd. Ennek az az oka, hogy az elektromos veszteségek nőnek, arányosak az áram és ennek megfelelően a terhelési tényező négyzetével. A nagy teljesítményű transzformátorok maximális hatásfoka (a teljesítményt kVA vagy nagyobb egységekben mérik) 98% és 99% közötti tartományba esik, kis teljesítményű transzformátorok (10 VA-nál kisebb) hatásfoka 60% körüli lehet.

Általános szabály, hogy a tervezési szakaszban a transzformátorokat úgy próbálják elkészíteni, hogy a hatásfok 0,5-0,7 optimális terhelési tényező mellett érje el a maximális értéket, majd 0,5-1 valós terhelési tényező mellett a hatásfok közel lesz a maximumhoz. Csökkentéssel teljesítménytényező (koszinusz phi) A szekunder tekercsre kapcsolt terhelésből a kimenő teljesítmény is csökken, miközben az elektromos és mágneses veszteségek változatlanok maradnak, így a hatásfok ebben az esetben csökken.

A transzformátor optimális működési módja, pl. névleges üzemmód, általában a hibamentes működés feltételeinek és a megengedett fűtési szintnek megfelelően állítják be egy bizonyos üzemidő alatt.Ez rendkívül fontos feltétel, hogy a transzformátor a névleges teljesítmény leadása közben ne melegedjen túl.