Modes de funcionament del transformador

Depenent del valor de la càrrega, el transformador pot funcionar de tres maneres:

1. Funcionament en ralentí amb resistència de càrrega zn = ∞.

2. Curtcircuit a zn = 0.

3. Mode de càrrega a 0 <zn <∞.

Tenint els paràmetres del circuit equivalent, es pot analitzar qualsevol mode de funcionament del transformador... Els paràmetres en si es determinen a partir d'experiències sense càrrega i en curtcircuit. En ralentí, el bobinatge secundari del transformador està obert.

Es realitza una prova de transformador sense càrrega per determinar la relació de transformació, les pèrdues de potència en l'acer i els paràmetres de la branca magnetitzadora del circuit equivalent, normalment realitzada a la tensió nominal del bobinatge primari.

Per transformador monofàsic a partir de les dades de la prova inactiva, és possible calcular:

- Factor de transformació

— Percentatge de corrent sense càrrega

És la resistència activa de la magnetització de la branca r0 determinada per la condició

— Resistència total de la branca magnetitzadora

— Resistència inductiva de la branca magnetitzadora

El factor de potència inactiva també es defineix sovint com:

En alguns casos, la prova sense càrrega es realitza per a diversos valors de la tensió del bobinatge primari: des de U1 ≈ 0,3U1n fins a U1 ≈ 1,1U1n. A partir de les dades obtingudes, es dibuixen les característiques de ralentí, que són la dependència de P0, z0, r0 i cosφ en funció de la tensió U1. Utilitzant les característiques sense càrrega, és possible establir els valors de les quantitats especificades a qualsevol valor de la tensió U1.

Per determinar la tensió de curtcircuit, les pèrdues en els bobinats i les resistències rk i xk es comprova en un curtcircuit. En aquest cas, s'aplica una tensió tan reduïda al bobinatge primari de manera que els corrents dels bobinats del transformador en curtcircuit siguin iguals als seus valors nominals, és a dir, I1k = I1n, I2k = I2n. La tensió del bobinatge primari, en què es compleixen les condicions especificades, s'anomena tensió nominal de curtcircuit Ukn.

Atès que Ucn sol ser només un 5-10% de U1n, el flux d'inducció mútua del nucli del transformador durant la prova de curtcircuit és desenes de vegades més petit que en el mode nominal i l'acer del transformador no està saturat. Per tant, es descuiden les pèrdues en l'acer i es considera que tota la potència Pcn subministrada al bobinat primari es gasta en escalfar els bobinatges i determina el valor de la resistència activa de curtcircuit rc.

Durant l'experiment es mesura la tensió Ukn, el corrent I1k = I1n i la potència Pkn de la bobina primària. A partir d'aquestes dades, podeu determinar:

— percentatge de tensió de curtcircuit

- Resistència activa de curtcircuit

— Resistències actives dels bobinatges primaris i secundaris reduïts, aproximadament iguals a la meitat de la resistència al curtcircuit

- Impedància de curtcircuit

- Resistència inductiva de curtcircuit

— Resistència inductiva del bobinatge primari i secundari reduït, aproximadament igual a la meitat de la resistència inductiva de curtcircuit

— Resistència del bobinatge secundari d'un transformador real:

— Tensió de curtcircuit percentual inductiva, activa i total:

Mode de càrrega V és molt important saber com els paràmetres de càrrega afecten l'eficiència i la variació de tensió als terminals del bobinatge secundari.

L'eficiència del transformador és la relació entre la potència activa subministrada a la càrrega i la potència activa subministrada al transformador.

L'eficiència del transformador és de gran importància. Per als transformadors de baixa potència, és d'aproximadament 0,95, i per als transformadors amb una capacitat de diverses desenes de milers de quilovolts-amperes, arriba a 0,995.

La determinació de l'eficiència mitjançant la fórmula utilitzant les potències P1 i P2 mesurades directament dóna un gran error. És més convenient presentar aquesta fórmula d'una forma diferent:

on és la suma de les pèrdues del transformador.

Hi ha dos tipus de pèrdues en un transformador: les pèrdues magnètiques provocades pel pas del flux magnètic pel circuit magnètic i les pèrdues elèctriques derivades del flux de corrent pels bobinatges.

Com que el flux magnètic del transformador a U1 = const i el canvi del corrent secundari de zero a nominal es manté pràcticament constant, llavors les pèrdues magnètiques en aquest rang de càrregues també es poden suposar constants i iguals a les pèrdues sense càrrega.

Les pèrdues elèctriques en el coure dels bobinats ∆Pm són proporcionals al quadrat del corrent. És convenient expressar-les com a pèrdues de curtcircuit Pcn obtingudes a corrent nominal,

on β és el factor de càrrega,

Fórmules de càlcul per determinar l'eficiència del transformador:

on Sn és la potència aparent nominal del transformador; φ2 és l'angle de fase entre la tensió i el corrent de la càrrega.

La màxima eficiència es pot trobar igualant la primera derivada a zero. En aquest cas, trobem que l'eficiència té valors màxims a tal càrrega quan les pèrdues constants (independents del corrent) P0 són iguals a les pèrdues alternes (depenents del corrent), per la qual cosa

Per als transformadors d'oli de potència moderns βopt = 0,5 — 0,7. Amb aquesta càrrega, el transformador funciona més sovint durant el funcionament.

La gràfica de la dependència η = f (β) es mostra a la figura 1.

Figura 1. Corba del canvi de rendiment del transformador en funció del factor de càrrega

Per determinar el percentatge de canvi en la tensió secundària d'un transformador monofàsic, utilitzeu l'equació

on uKA i uKR són els components actius i reactius de la tensió de curtcircuit, expressats en percentatge.

El canvi en la tensió del transformador depèn del factor de càrrega (β), de la seva naturalesa (angle φ2) i dels components de la tensió de curtcircuit (uKA i uKR).

Característiques externes del transformador és la dependència a U1 = const i cosφ2 = const (figura 2).

Figura 2. Característiques externes dels transformadors de mitjana i alta potència per a diferents tipus de càrrega