Voedingstransformator voor actieve, inductieve en capacitieve belastingen

Een transformator is een elektrische machine die wisselstroom van de ene spanning omzet in wisselstroom van een andere spanning. Het werkingsprincipe van de transformator is gebaseerd op het fenomeen van elektromagnetische inductie.

De eerste elektriciteitstransmissienetwerken gebruikten gelijkstroom. De spanning in de netwerken is afhankelijk van het isolatievermogen van de gebruikte materialen en bedraagt ​​meestal 110 V.

Met de toename van het zendvermogen van de netwerken, werd het noodzakelijk om de doorsnede van de draden te vergroten om de spanningsverliezen binnen de toegestane limieten te houden.

En alleen de uitvinding van de transformator maakte het mogelijk om op economische wijze elektrische energie op te wekken in grote energiecentrales, deze onder hoogspanning over lange afstanden te transporteren en vervolgens de spanning te verlagen tot een veilige waarde voordat elektriciteit aan de consument wordt geleverd.

Zonder transformatoren zouden de huidige structuren van het elektriciteitsnet met hun hoge en ultrahoge, midden- en lage spanningsniveaus simpelweg niet mogelijk zijn. Transformatoren worden gebruikt in zowel enkelfasige als driefasige elektrische netwerken.

De werking van een driefasige voedingstransformator varieert sterk voor welke belasting hij werkt: actief, inductief of capacitief. In reële omstandigheden is de transformatorbelasting een actief-inductieve belasting.

Figuur 1 — Driefasige voedingstransformator

1. Actieve laadmodus

In deze modus ligt de primaire wikkelspanning dicht bij de nominale U1 = U1nom, de primaire wikkelstroom I1 wordt bepaald door de transformatorbelasting en de secundaire stroom wordt bepaald door de nominale stroom I2nom = P2 / U2nom.

Volgens de meetgegevens wordt het rendement van de transformator analytisch bepaald:

Rendement = P2 / P1,

waar P1 het actieve vermogen is van de primaire wikkeling van de transformator, is P2 het vermogen dat door de secundaire wikkeling van de transformator aan het voedingscircuit wordt geleverd.

De afhankelijkheid van de efficiëntie van de transformator, afhankelijk van de relatieve stroom van de primaire wikkeling, wordt getoond in figuur 2.

Figuur 2 — Afhankelijkheid van transformatorefficiëntie van de relatieve stroom van de primaire wikkeling

In de actieve belastingsmodus is de stroomvector van de secundaire wikkeling even groot als de spanningsvector van de secundaire wikkeling, daarom veroorzaakt een toename van de belastingsstroom een ​​afname van de spanning aan de klemmen van de secundaire wikkeling van de transformator.

Een vereenvoudigd vectordiagram van de stromen en spanningen voor dit type transformatorbelasting wordt getoond in figuur 3.

Figuur 3 — Vereenvoudigd vectordiagram van actieve belastingsstromen en -spanningen van transformatoren

2. Bedrijfsmodus voor inductieve belasting

In de inductieve belastingsmodus blijft de stroomvector van de secundaire wikkeling 90 graden achter op de spanningsvector van de secundaire wikkeling. Een afname van de waarde van de inductantie die is aangesloten op de secundaire wikkeling van de transformator zorgt ervoor dat de belastingsstroom toeneemt, wat resulteert in een afname van de secundaire spanning.

Een vereenvoudigd vectordiagram van de stromen en spanningen voor dit type transformatorbelasting wordt getoond in figuur 4.

Figuur 4 — Vereenvoudigd vectordiagram van transformatorstromen en -spanningen in inductieve belastingsmodus

3. Werkingswijze met capacitieve belasting

In de capacitieve belastingsmodus ligt de stroomvector van de secundaire wikkeling 90 graden voor op de spanningsvector van de secundaire wikkeling. Een toename van de capaciteit die is aangesloten op de secundaire wikkeling van de transformator zorgt ervoor dat de belastingsstroom toeneemt, wat resulteert in een toename van de secundaire spanning.

Een vereenvoudigd vectordiagram van de stromen en spanningen voor dit type transformatorbelasting wordt getoond in figuur 5.

Figuur 5 — Vereenvoudigd vectordiagram van de stromen en spanningen in de capacitieve belastingsmodus van de transformator