Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Sme zvyknutí predpokladať, že všetky magnetické toky v transformátore prenikajú tak vinutiami, ako aj magnetickým jadrom. Ak by bol ideálny transformátor, potom by sa to naozaj stalo. Žiaľ, v skutočnosti časť magnetického toku prekonáva izolačný priestor, presahuje hranice vinutí a uzatvára ich (pozri obr. 1). Výsledkom je reaktancia transformátora. Tento jav sa tiež nazýva rozptyl magnetických tokov.
V cievkach existujú iné odpory, ktoré sú príčinou straty výkonu. Sú to: vnútorný odpor materiálov vinutí a disperzia spôsobená indukčnými odpormi. Kombinácia disperzií magnetického toku sa nazýva vnútorný odpor alebo impedancia transformátora.
Strata jalového výkonu
Spomeňte si, ako funguje ideálny transformátor s dvoma vinutiami (pozri obr. 2). Keď je primárne vinutie pod striedavým napätím (napríklad z elektrickej siete), vznikne magnetický tok, ktorý preniká sekundárnou indukčnou cievkou. Pri pôsobení magnetických polí sú sekundárne vinutia excitované v zákrute, v ktorých sa vyskytuje EMF. Keď je aktívny výkon pripojený k prístroju, striedavý prúd začne prúdiť v sekundárnom okruhu pri vstupnej frekvencii prúdu.
V ideálnom transformátore sa vytvára priamo úmerný vzťah medzi napätiami vo vinutiach. Ich pomer je určený pomerom počtu závitov každej cievky. Ak sú U1 a U2 napätie v prvom a druhom vinutí, resp. W1 a w2 sú počet závitov vinutí, potom platí vzorec: U 1 / U 2 = w 1 / w 2 .
Inými slovami: napätie v pracovnom vinutí je toľkokrát viac (menej), koľkokrát sa počet cievok druhej cievky zvýši (zníži) vzhľadom na počet závitov tvoriacich primárne vinutie.
Hodnota w1 / w2 = k sa nazýva transformačný koeficient. Všimnite si, že vyššie uvedený vzorec je tiež použiteľný pre autotransformátory.
V reálnom transformátore sa časť energie stráca v dôsledku rozptylu magnetických tokov (pozri obr. 1). Oblasti, kde dochádza k koncentrácii tokov, sú vyznačené čiarkovane. Obrázok ukazuje, že úniková indukčnosť pokrýva magnetické jadro a siaha za vinutia.
Prítomnosť reaktívnych odporov v kombinácii s aktívnym odporom vinutí vedie k zahrievaniu štruktúry. To znamená, že pri výpočte účinnosti je potrebné zvážiť impedanciu transformátora.
Označte aktívny odpor vinutí symbolmi R1 a R2 , resp. Reaktívne písmenami X1 a X2. Potom sa môže primárna impedancia zapísať ako: Z1 = Ri + jX1 . Pre pracovnú cievku budeme mať: Z2 = R2 + jX2, kde j je koeficient v závislosti od typu jadra.
Reaktívny odpor môže byť reprezentovaný ako rozdiel medzi indukčným a kapacitným indexom: X = R L - R C. Vzhľadom k tomu, že R L = ωL a R C = 1 / ωC, kde ω je frekvencia prúdu, získame vzorec na výpočet reaktancie: X = ωL - 1 / ωC .
Bez toho, aby sme sa uchýlili k reťazcu transformácií, dávame hotový vzorec na výpočet impedancie, to znamená na určenie impedancie transformátora:
Musí byť známy celkový odpor transformátora, aby sa určila jeho účinnosť. Veľkosť straty závisí najmä od materiálu vinutí a konštrukčných vlastností transformátorového železa. Vírivé toky v monolitických oceľových jadrách sú oveľa väčšie ako viacdielne konštrukcie magnetických obvodov. Preto v praxi sú jadrá vyrobené z tenkých dosiek transformátorovej ocele. Na zvýšenie špecifického odporu materiálu sa k železu pridáva kremík a samotné dosky sa potiahnu izolačným lakom.
Na určenie parametrov transformátorov je dôležité nájsť aktívny a jalový odpor, aby sa vypočítali straty bez zaťaženia. Vyššie uvedený vzorec nie je praktický pre výpočet impedancie kvôli obtiažnosti merania indukčných a kapacitných hodnôt. Preto sa v praxi na výpočet používajú iné metódy založené na vlastnostiach prevádzkových režimov výkonových transformátorov.
Prevádzkové režimy
Transformátor s dvoma vinutiami je schopný pracovať v jednom z troch režimov:
- voľnobeh;
- v režime zaťaženia;
- v stave skratu.
Na vykonávanie výpočtov obvodov elektrickej vodivosti sú nahradené záťažou, ktorej hodnota sa rovná stratám pri prevádzke v pokojovom režime. Výpočet parametrov ekvivalentného obvodu sa vykonáva empiricky, transformáciou transformátora do jedného z možných režimov: voľnobehu alebo do stavu skratu. Týmto spôsobom môžete určiť:
- úroveň straty aktívneho výkonu pri voľnobehu;
- veľkosť strát činného výkonu v skratovanom zariadení;
- skratové napätie;
- prúd voľnobehu;
- aktívna a reaktancia v skratovanom transformátore.
Nastavenia režimu nečinnosti
Ak chcete ísť do práce na voľnobehu, je potrebné odstrániť žiadne zaťaženie na sekundárnom vinutí, to znamená otvoriť elektrický obvod. V otvorenej cievke nie je žiadne napätie. Hlavnou zložkou prúdu v primárnom okruhu je prúd vznikajúci na reaktantoch. Pomocou meracích prístrojov je pomerne jednoduché nájsť základné parametre striedavého magnetizačného prúdu, pomocou ktorého môžete vypočítať stratu výkonu vynásobením prúdu prúdom dodaného napätia.
Schéma merania pri voľnobežných otáčkach je znázornená na obrázku 3. Diagram zobrazuje body pre pripojenie meracích prístrojov.
Vzorec použitý na výpočet parametrov reaktívnej vodivosti je nasledovný: T = I x% * S nom / 100 * U v nom 2
Skratový režim
Ak chcete transformátor prepnúť do režimu skratu, skratujte nízkonapäťové vinutie. Napätie sa privádza na druhú cievku, pri ktorej prúdi menovitý prúd v každom vinutí. Pretože dodávané napätie je výrazne nižšie ako menovité napätie, strata činného výkonu vo vedení je taká malá, že môže byť zanedbaná.
Takže stále máme aktívny výkon v transformátore, ktorý sa spotrebuje na ohrev vinutí: ΔP k = 3 * I 1 * r * . Vyjadrením prúdu I1 nom naprieč napätím U k a odporom Rt, vynásobením výrazu 100, získame vzorec na výpočet poklesu napätia v zónach aktívneho odporu (v percentách):
Odpor transformátora s dvoma vinutiami sa vypočíta podľa vzorca:
Nahradením hodnoty Rt v predchádzajúcom vzorci dostaneme:
Záver: v skratovanom transformátore je pokles napätia v zóne aktívneho odporu (vyjadrený v%) priamo úmerný veľkosti straty aktívneho výkonu.
Vzorec na výpočet poklesu napätia v zónach reaktancie je:
Odtiaľ nájdeme:
Veľkosť reaktancie v moderných transformátoroch je oveľa menej aktívna. Preto môžeme predpokladať, že pokles napätia v zóne jalového odporu U K p ≈ U K, preto pre praktické výpočty môžete použiť vzorec: X T = U k * U v nom 2/100 * S nom
Vyššie uvedené argumenty platia aj pre viacvláknové, vrátane trojfázových transformátorov. Výpočty sa však vykonávajú pre každé vinutie samostatne a úloha sa redukuje na riešenie rovníc.
Znalosť výkonových faktorov, odpor a iné parametre magnetických obvodov vám umožňujú vykonávať výpočty na určenie hodnôt menovitých zaťažení. To zase zabezpečuje prevádzku transformátora v intervale nominálnych kapacít.