Belangrijkste kenmerken van de transformator

Externe kenmerken van de transformator

Het is bekend dat de spanning over de klemmen van de secundaire wikkeling transformator hangt af van de belastingsstroom die op die spoel is aangesloten. Deze afhankelijkheid wordt het externe kenmerk van de transformator genoemd.

Het externe kenmerk van de transformator wordt verwijderd bij een constante voedingsspanning, wanneer met een verandering in de belasting, in feite met een verandering in de belastingsstroom, de spanning aan de klemmen van de secundaire wikkeling, d.w.z. de secundaire spanning van een transformator verandert ook.

Dit fenomeen wordt verklaard door het feit dat op de weerstand van de secundaire wikkeling, met een verandering in de belastingsweerstand, ook de spanningsval verandert, en als gevolg van de verandering in de spanningsval over de weerstand van de primaire wikkeling, de EMF van de secundaire wikkeling verandert dienovereenkomstig.

Aangezien de EMF-balansvergelijking in de primaire wikkeling vectorgrootheden bevat, hangt de spanning over de secundaire wikkeling af van zowel de belastingsstroom als de aard van die belasting: of deze actief, inductief of capacitief is.

De aard van de belasting blijkt uit de waarde van de fasehoek tussen de stroom door de belasting en de spanning over de belasting. In principe kunt u een belastingsfactor invoeren die aangeeft hoe vaak de belastingsstroom verschilt van de nominale stroom voor een bepaalde transformator:

Om de externe kenmerken van de transformator nauwkeurig te berekenen, kan een equivalent circuit worden gebruikt, waarin, door de belastingsweerstand te veranderen, de spanning en stroom van de secundaire wikkeling kunnen worden vastgelegd.

Desalniettemin blijkt de volgende formule in de praktijk nuttig, waarbij de nullastspanning en de "secundaire spanningsverandering", die wordt gemeten als een percentage, worden vervangen en berekend als het rekenkundige verschil tussen de nullastspanning en de spanning bij een bepaalde belasting als percentage van de nullastspanning:

De uitdrukking voor het vinden van de «secundaire spanningsverandering» wordt verkregen met bepaalde aannames uit het equivalente circuit van de transformator:

Hier worden de waarden van de reactieve en actieve componenten van de kortsluitspanning ingevoerd. Deze spanningscomponenten (actief en reactief) worden gevonden door de equivalente circuitparameters of experimenteel gevonden in kortsluiting ervaren.

De kortsluitervaring zegt veel over de transformator.De kortsluitspanning wordt gevonden als de verhouding van de experimentele kortsluitspanning tot de nominale primaire spanning. De parameter "kortsluitspanning" wordt aangegeven in procenten.

Tijdens het experiment wordt de secundaire wikkeling kortgesloten naar de transformator, terwijl een spanning op de primaire wordt aangelegd die veel lager is dan de nominale, zodat de kortsluitstroom gelijk is aan de nominale waarde. Hier wordt de voedingsspanning gebalanceerd door spanningsval over de wikkelingen, en de waarde van de aangelegde gereduceerde spanning wordt beschouwd als de equivalente spanningsval over de wikkelingen bij een belastingsstroom die gelijk is aan de nominale waarde.

Voor transformatoren met een laag vermogen en voor vermogenstransformatoren ligt de kortsluitspanningswaarde in het bereik van 5% tot 15%, en hoe krachtiger de transformator, hoe kleiner deze waarde. De exacte waarde van de kortsluitspanning wordt gegeven in de technische documentatie van een specifieke transformator.

De figuur toont de uiterlijke kenmerken gebouwd volgens de bovenstaande formules.We kunnen zien dat de grafieken lineair zijn, dit komt omdat de secundaire spanning niet sterk afhankelijk is van de belastingsfactor vanwege de relatief lage weerstand van de wikkeling en de werkende magnetische flux hangt weinig af van de belasting.

De figuur laat zien dat de fasehoek, afhankelijk van de aard van de belasting, van invloed is op het dalen of stijgen van de karakteristiek. Bij een actieve of actief-inductieve belasting daalt de karakteristiek, bij een actief-capacitieve belasting kan deze toenemen, en dan wordt de tweede term in de formule voor "spanningsverandering" negatief.

Voor laagvermogentransformatoren daalt de actieve component meestal meer dan de inductieve, dus de externe karakteristiek bij een actieve belasting is minder lineair dan bij een actief-inductieve belasting. Voor krachtigere transformatoren is het tegenovergestelde het geval, daarom zal de actieve belastingskarakteristiek strenger zijn.

Transformator efficiëntie

De efficiëntie van de transformator is de verhouding tussen het nuttige elektrische vermogen dat aan de belasting wordt geleverd en het actieve elektrische vermogen dat door de transformator wordt verbruikt:

Het door de transformator opgenomen vermogen is de som van het door de belasting verbruikte vermogen en de vermogensverliezen direct in de transformator. Bovendien is het actieve vermogen als volgt gerelateerd aan het totale vermogen:

Aangezien de uitgangsspanning van de transformator meestal zwak afhankelijk is van de belasting, kan de belastingsfactor als volgt worden gerelateerd aan het nominale schijnbare vermogen:

En het stroomverbruik van de belasting in het secundaire circuit:

De elektrische verliezen in de belasting van willekeurige grootte kunnen, rekening houdend met de verliezen bij nominale belasting, worden uitgedrukt door de belastingsfactor:

Nominale belastingsverliezen worden zeer nauwkeurig bepaald door het door de transformator opgenomen vermogen in het kortsluitexperiment, en verliezen van magnetische aard zijn gelijk aan het nullastvermogen dat door de transformator wordt opgenomen. Deze verliescomponenten worden gegeven in de documentatie van de transformator. Dus als we de bovenstaande feiten in overweging nemen, zal de efficiëntieformule de volgende vorm aannemen:

De figuur toont de afhankelijkheid van het transformatorrendement van de belasting.Als de belasting nul is, is het rendement nul.

Naarmate de belastingsfactor toeneemt, neemt ook het aan de belasting geleverde vermogen toe, blijven de magnetische verliezen ongewijzigd en neemt de efficiëntie, die gemakkelijk te zien is, lineair toe. Dan komt de optimale waarde van de belastingsfactor, waar de efficiëntie zijn limiet bereikt, op dit punt wordt de maximale efficiëntie verkregen.

Na het passeren van de optimale belastingsfactor begint het rendement geleidelijk af te nemen. Dit komt omdat elektrische verliezen toenemen, ze zijn evenredig met het kwadraat van de stroom en dienovereenkomstig met het kwadraat van de belastingsfactor. Het maximale rendement voor hoogvermogentransformatoren (vermogen wordt gemeten in eenheden van kVA of meer) ligt in het bereik van 98% tot 99%, voor laagvermogentransformatoren (minder dan 10 VA) kan het rendement rond de 60% liggen.

In de regel proberen ze in de ontwerpfase transformatoren zo te maken dat het rendement zijn maximale waarde bereikt bij een optimale belastingsfactor van 0,5 tot 0,7, en met een werkelijke belastingsfactor van 0,5 tot 1 zal het rendement dicht bij het maximum liggen. Met reductie arbeidsfactor (cosinus phi) van de belasting die is aangesloten op de secundaire wikkeling, neemt ook het uitgangsvermogen af, terwijl de elektrische en magnetische verliezen ongewijzigd blijven, waardoor het rendement in dit geval afneemt.

De optimale werkingsmodus van de transformator, d.w.z. nominale modus, worden meestal ingesteld op basis van de voorwaarden voor probleemloos gebruik en op basis van het toegestane verwarmingsniveau gedurende een bepaalde gebruiksperiode.Dit is een uiterst belangrijke voorwaarde, zodat de transformator, terwijl hij het nominale vermogen levert terwijl hij in de nominale modus werkt, niet oververhit raakt.