Transformator bedrijfsmodi

Afhankelijk van de waarde van de belasting kan de transformator in drie modi werken:

1. Stationair bedrijf bij belastingsweerstand zn = ∞.

2. Kortsluiting bij zn = 0.

3. Oplaadmodus bij 0 <zn <∞.

Met de parameters van het equivalente circuit kunt u elke bedrijfsmodus van de transformator analyseren. De parameters zelf worden bepaald op basis van nullast- en kortsluitexperimenten. Bij inactiviteit is de secundaire wikkeling van de transformator open.

Er wordt een nullasttransformatortest uitgevoerd om de transformatieverhouding, de vermogensverliezen in het staal en de parameters van de magnetiserende tak van het equivalente circuit te bepalen, meestal uitgevoerd bij de nominale spanning van de primaire wikkeling.

Voor enkelfasige transformator op basis van de gegevens van de idle-test is het mogelijk om te berekenen:

— transformatiefactor

— percentage nullaststroom

Is de actieve weerstand van de vertakkingsmagnetisatie r0 bepaald door de conditie

— totale weerstand van de magnetiserende tak

— inductieve weerstand van de magnetiserende tak

De inactieve vermogensfactor wordt ook vaak gedefinieerd als:

In sommige gevallen wordt de nullasttest uitgevoerd voor verschillende waarden van de primaire wikkelspanning: van U1 ≈ 0.3U1n tot U1 ≈ 1.1U1n. Op basis van de verkregen gegevens worden de stationairkarakteristieken getekend, die de afhankelijkheid zijn van P0, z0, r0 en cosφ als functie van de spanning U1. Met behulp van de nullastkarakteristieken is het mogelijk om de waarden van de gespecificeerde grootheden in te stellen op elke waarde van de spanning U1.

Om de kortsluitspanning te bepalen worden de verliezen in de wikkelingen en de weerstanden rk en xk getest in een kortsluiting. In dit geval wordt een dergelijke verlaagde spanning op de primaire wikkeling aangelegd, zodat de stromen van de kortgesloten transformatorwikkelingen gelijk zijn aan hun nominale waarden, d.w.z. I1k = I1n, I2k = I2n. De spanning van de primaire wikkeling, waarbij aan de gespecificeerde voorwaarden wordt voldaan, wordt de nominale kortsluitspanning Ukn genoemd.

Aangezien Ucn meestal slechts 5-10% van U1n is, is de wederzijdse inductieflux van de transformatorkern tijdens de kortsluittest tientallen keren kleiner dan in de nominale modus en is het transformatorstaal onverzadigd. Daarom worden de verliezen in het staal verwaarloosd en wordt ervan uitgegaan dat al het vermogen Pcn dat aan de primaire wikkeling wordt geleverd, wordt besteed aan het verwarmen van de wikkelingen en de waarde van de actieve kortsluitweerstand rc bepaalt.

Tijdens het experiment worden de spanning Ukn, de stroom I1k = I1n en het vermogen Pkn van de primaire spoel gemeten. Op basis van deze gegevens kunt u bepalen:

— percentage kortsluitspanning

— actieve kortsluitvastheid

— actieve weerstanden van de primaire en gereduceerde secundaire wikkelingen, ongeveer gelijk aan de helft van de kortsluitweerstand

— kortsluitimpedantie

— kortsluiting inductieve weerstand

— inductieve weerstand van de primaire en gereduceerde secundaire wikkeling, ongeveer gelijk aan de helft van de kortsluitinductieve weerstand

— weerstand van de secundaire wikkeling van een echte transformator:

— inductieve, actieve en totale procentuele kortsluitspanning:

V-belastingsmodus is het erg belangrijk om te weten hoe de belastingsparameters de efficiëntie en spanningsvariatie aan de klemmen van de secundaire wikkeling beïnvloeden.

De efficiëntie van de transformator is de verhouding tussen het actieve vermogen dat aan de belasting wordt geleverd en het actieve vermogen dat aan de transformator wordt geleverd.

Het rendement van de transformator is van groot belang. Voor energiezuinige transformatoren is dit ongeveer 0,95, en voor transformatoren met een capaciteit van enkele tienduizenden kilovolt-ampères, bereikt het 0,995.

Het bepalen van het rendement met de formule met direct gemeten vermogens P1 en P2 geeft een grote fout. Het is handiger om deze formule in een andere vorm te presenteren:

waar is de som van de verliezen in de transformator.

Er zijn twee soorten verliezen in een transformator: magnetische verliezen veroorzaakt door de passage van magnetische flux door het magnetische circuit en elektrische verliezen als gevolg van de stroom door de wikkelingen.

Aangezien de magnetische flux van de transformator bij U1 = const en de verandering van de secundaire stroom van nul naar nominaal vrijwel constant blijft, kunnen de magnetische verliezen in dit belastingsbereik ook constant en gelijk aan de nullastverliezen worden aangenomen.

De elektrische verliezen in het koper van de wikkelingen ∆Pm zijn evenredig met het kwadraat van de stroom. Het is handig om ze uit te drukken als kortsluitverliezen Pcn verkregen bij nominale stroom,

waarbij β de belastingsfactor is,

Berekeningsformules voor het bepalen van het transformatorrendement:

waarbij Sn het nominale schijnbare vermogen van de transformator is; φ2 is de fasehoek tussen de spanning en stroom in de belasting.

Het maximale rendement kan worden gevonden door de eerste afgeleide gelijk te stellen aan nul. In dit geval vinden we dat het rendement maximale waarden heeft bij een dergelijke belasting wanneer de constante (stroomonafhankelijke) verliezen P0 gelijk zijn aan de wisselende (stroomafhankelijke) verliezen, vanwaar

Voor moderne olietransformatoren is βopt = 0,5 — 0,7. Met een dergelijke belasting werkt de transformator meestal tijdens bedrijf.

De grafiek van de afhankelijkheid η = f (β) wordt weergegeven in figuur 1.

Figuur 1. Curve van de verandering in transformatorefficiëntie afhankelijk van de belastingsfactor

Gebruik de vergelijking om de procentuele verandering in de secundaire spanning van een enkelfasige transformator te bepalen

waarbij uKA en uKR de actieve en reactieve componenten van de kortsluitspanning zijn, uitgedrukt als een percentage.

De verandering in de transformatorspanning is afhankelijk van de belastingsfactor (β), de aard ervan (hoek φ2) en de componenten van de kortsluitspanning (uKA en uKR).

Externe kenmerken van de transformator is de afhankelijkheid bij U1 = const en cosφ2 = const (Figuur 2).

Figuur 2. Externe kenmerken van middelgrote en krachtige transformatoren voor verschillende soorten belasting