Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!
Navikli smo pretpostaviti da svi magnetski tokovi u transformatoru prodiru i u namotaje i u magnetsku jezgru. Da je postojao idealan transformator, onda bi se doista dogodilo. Nažalost, u stvarnosti dio magnetskog toka nadmašuje izolacijski prostor, prelazi granice namotaja i zatvara ih (vidi sliku 1). Kao rezultat toga dolazi do reaktancije transformatora. Ovaj fenomen se također naziva i raspršivanje magnetskih tokova.
U zavojnicama postoje i drugi otpori koji uzrokuju gubitak snage. To su: unutarnji otpor materijala namotaja i disperzija uzrokovana induktivnim otporima. Kombinacija disperzija magnetskog toka naziva se unutarnji otpor ili impedancija transformatora.
Gubitak jalove snage
Sjetite se kako radi idealan transformator s dva namotaja (vidi sliku 2). Kada je primarni namot pod izmjeničnim naponom (na primjer, iz električne mreže), pojavit će se magnetski tok koji prolazi kroz sekundarni induktivni svitak. Pod djelovanjem magnetskih polja pobuđuju se sekundarni namoti, pri čemu nastaje EMF. Kada se aktivna snaga priključi na instrument, izmjenična struja počinje strujati u sekundarnom krugu na frekvenciji ulazne struje.
Kod idealnog transformatora između napona u namotima stvara se izravno proporcionalan odnos. Njihov omjer određuje se omjerom broja zavoja svakog od zavojnica. Ako su U1 i U2 naponi u prvom i drugom namotu, a w 1 i w 2 su broj zavoja namota, tada je formula istinita: U 1 / U 2 = w 1 / w 2 .
Drugim riječima: napon u radnom namotu je toliko puta veći (manji), koliko puta je broj zavojnica drugog svitka povećan (smanjen) u odnosu na broj zavoja koji čine primarni namot.
Vrijednost w 1 / w 2 = k naziva se koeficijent transformacije. Napominjemo da je gore navedena formula također primjenjiva na autotransformatore.
U stvarnom transformatoru dio energije se gubi zbog rasipanja magnetskih tokova (vidi sliku 1). Zona u kojoj se odvija koncentracija tokova naznačena je isprekidanim linijama. Slika pokazuje da induktivnost curenja pokriva magnetsku jezgru i proteže se izvan namota.
Prisutnost reaktivnih otpora u kombinaciji s aktivnim otporom namota dovodi do zagrijavanja konstrukcije. To jest, pri izračunavanju učinkovitosti potrebno je uzeti u obzir impedanciju transformatora.
Označavamo aktivni otpor namotaja simbolima R1 i R2, te reaktivnim slovima X 1 i X 2 . Tada se primarna impedancija može zapisati kao: Z 1 = R 1 + jX 1 . Za radni svitak imat ćemo: Z 2 = R 2 + j X 2, gdje je j koeficijent ovisno o vrsti jezgre.
Reaktivni otpor može se prikazati kao razlika između indukcijskog i kapacitivnog indeksa: X = R L - R C. S obzirom da je R L = ωL, i R C = 1 / ωC, gdje je ω frekvencija struje, dobivamo formulu za izračun reaktancije: X = ωL - 1 / ωC .
Bez pribjegavanja lancu transformacija daje se gotova formula za izračunavanje impedancije, tj. Za određivanje impedancije transformatora:
Ukupni otpor transformatora mora biti poznat da bi se odredila njegova učinkovitost. Veličina gubitka ovisi uglavnom o materijalu namota i karakteristikama dizajna željeza transformatora. Tokovi vrtloga u monolitnim čeličnim jezgrama znatno su veći od višestrukih konstrukcija magnetskih krugova. Stoga su u praksi jezgre izrađene od tankih ploča transformatorskog čelika. Kako bi se povećao specifični otpor materijala, željezu se dodaje silicij, a same ploče se oblažu izolacijskim lakom.
Za određivanje parametara transformatora važno je pronaći aktivni i reaktivni otpor, kako bi se izračunali gubici bez opterećenja. Gornja formula nije praktična za izračunavanje impedancije zbog poteškoća mjerenja vrijednosti indukcije i kapacitivnosti. Stoga se u praksi koriste i druge metode za izračunavanje, temeljene na značajkama načina rada energetskih transformatora.
Načini rada
Transformator s dva namota može raditi u jednom od tri načina:
- u praznom hodu;
- u načinu opterećenja;
- u stanju kratkog spoja.
Da bi se izvršili proračuni krugova električne provodljivosti, oni se zamjenjuju opterećenjem čija je vrijednost jednaka gubicima pri radu u mirovanju. Proračun parametara ekvivalentnog kruga provodi se empirijski, pretvarajući transformator u jedan od mogućih načina: u praznom hodu ili u stanju kratkog spoja. Na taj način možete odrediti:
- razina gubitaka aktivne snage pri radu u praznom hodu;
- veličinu gubitaka aktivne snage u uređaju s kratkim spojem;
- napon kratkog spoja;
- trenutni prazan hod;
- aktivni i reaktancija u kratkospojnom transformatoru.
Postavke načina mirovanja
Za rad na praznom hodu potrebno je ukloniti opterećenje na sekundarnom namotu, odnosno otvoriti električni krug. U otvorenom namotu nema napona. Glavna komponenta struje u primarnom krugu je struja koja nastaje na reaktanama. Pomoću mjernih uređaja vrlo je jednostavno pronaći osnovne parametre izmjenične struje magnetiziranja pomoću kojih možete izračunati gubitak snage množenjem struje s napajanjem.
Shema mjerenja u praznom hodu prikazana je na slici 3. Dijagram prikazuje točke za spajanje mjernih instrumenata.
Formula koja se koristi za izračunavanje parametara reaktivne vodljivosti je sljedeća: T = I x% * S nom / 100 * U u nom 2 Koristi se množitelj 100 u nazivniku jer je struja praznog hoda I x obično izražena kao postotak .
Način kratkog spoja
Za prijenos transformatora na rad u kratkom spoju, kratki spoj namota niskog napona. Napon se primjenjuje na drugi svitak kod kojeg cirkulira nazivna struja u svakom namotu. Budući da je napon koji se dobiva znatno niži od nazivnog napona, gubitak aktivne snage u provođenju je toliko mali da se može zanemariti.
Dakle, još uvijek imamo aktivnu snagu u transformatoru, koja se troši na zagrijavanje namota: ΔP k = 3 * I 1 * r * . Izražavajući struju I 1 Nom preko napona U k i otpora R t, pomnožavajući izraz sa 100, dobivamo formulu za izračun pada napona u zonama aktivnog otpora (u postocima):
Otpor transformatora s dva namota izračunava se po formuli:
Zamjenjujući vrijednost R t u prethodnu formulu, dobivamo:
Zaključak: u transformatoru kratkog spoja pad napona u zoni aktivnog otpora (izražen u%) izravno je proporcionalan veličini gubitka aktivne snage.
Formula za izračunavanje pada napona u reaktantnim zonama je:
Odavde nalazimo:
Veličina reaktancije u suvremenim transformatorima je mnogo manje aktivna. Stoga možemo pretpostaviti da pad napona u zoni reaktivnog otpora U K p ≈ U K, stoga za praktične izračune možete koristiti formulu: X T = U k * U u nazivu 2/100 * S nom
Gore navedeni argumenti vrijede i za višenamjenske sustave, uključujući i za trofazne transformatore. Međutim, proračuni se izvode zasebno za svaki namot, a zadatak se svodi na rješavanje sustava jednadžbi.
Poznavanje faktora snage, otpora disipacije i drugih parametara magnetskih krugova omogućuje izračune za određivanje vrijednosti nazivnih opterećenja. To, zauzvrat, osigurava rad transformatora u intervalu nazivnih kapaciteta.