Caracteristicile de lucru ale transformatorului

Caracteristicile de lucru ale transformatorului

Caracteristicile de lucru ale transformatorului reprezinta dependentele ten-siunii secundare U₂, factorului de putere cos si randamentului in functie de curentul de sarcina I₂ la U₁=const., cos=const. si f=const.

Dependenta U₂=f(I₂) sau este numita caracteristica externa a transformatorului. Specificul caracteristicii externe este direct legat de caderea si pierderea de tensiune in infasurarile transformatorului.

Din schema echivalenta simplificata rezulta, ca transformatorul poate fi exa-minat ca o impedanta si la trecerea prin ea a curentului re-zulta, caderea de tensiune . Din diagrama fazoriala simplificata cores-punzatoare schemei echivalente simplificate se observa ca aceasta cadere de ten-siune din infasurarile transformatorului reprezinta diferenta geometrica dintre ten-siunile primara si secundara, adica .

In fig.2.18 si fig.2.19 sunt prezentate diagramele fazoriale pentru =const., construite pe baza schemei echivalente simplificate a transformatorului corespun-zatoare sarcinii cu caracter inductiv si capacitiv.

Din digramele fazoriale se observa faptul, ca aceasta cadere de tensiune la una si aceeasi valoare a curentului depinde de caracterul sarcinii, deoarece la =const., se modifica valoarea lui. La sarcina inductiva se reduce, iar la sarcina capacitiva creste.

De reducerea tensiunii este legata direct si variatia de tensiune in transfor-mator, care reprezinta diferenta aritmetica dintre si. Din diagrama fazoriala (fig.2.20) se observa ca variatia de tensiune este aproximativ egala cu lungi-mea segmentului .

Deoarece si , atunci caderea de tensiune este . Ea depinde de marimea curentului , rezis-tentei , reactantei , si de diferenta de faza dintre si .

La transformatoarele de puteri mici, rezistentele active ale transformatorului sunt in medie de 3 ori mai mici decat reactantele, iar la transformatoarele de putere - pana la 20 ori mai mici. In consecinta, la unul si acelasi curent I₁, cu cat cos este mai mic, cu atat pierderea de tensiune este mai mare.

Din expresia pentru si din diagramele fazoriale prezentate in fig.2.18 si fig.2.19 rezulta ca, la caracter inductiv al sarcinii, iar la sarcina capa-citiva . In consecinta, chiar si la U₁=const., tensiunea depinde de marimea si caracterul sarcinii.

Fig.2.20 Explicativa privind calculul Fig.2.21 Caracteristicile externe ale

caderii de tensiune a transformatorului transformatorului electric

Fig.2.22 Transformator electric monofazat Fig.2.23 Dependenta

cu comutator de prize in infasurarea primara pentru transformator

In fig.2.21 se prezinta forma caracteristicilor externe ale transformatorului la diferite valori ale (caracter diferit al sarcinii). Obisnuit la sarcina nominala a transformatorului pierderea de tensiune este de 4% pana la 10% din tensiunea nominala.

Consumatorii de energie electrica se construiesc asa incat, la functionarea nominala la bornele lor trebuie primita tensiune de marime stabilita, adica inde-pendent de variatia tensiunii primare si de caderea de tensiune in transformator, pentru consumatori trebuie asigurata tensiunea nominala. In acest sens cu regu-latoare speciale se modifica numarul de spire la una din infasurari, adica se modi-fica in limite cunoscute coeficientul de transformare al transformatorului. Obisnuit, regulatorul (comutatorul de prize) se plaseaza in infasurarea cu curent mai mic (fig.2.22).

Cu cresterea numarului de spire in infasurarea primara, tensiunea secundara se reduce, iar la cresterea numarului de spire in infasurarea secundara, tensiunea secundara creste, .

Tensiunea se regleaza obisnuit la sarcina decuplata dar exista si comutatoare ce permit reglarea tensiunii secundare, fara decuplarea sarcinii.

In procesul de functionare, transformatoarele consuma atat energie activa, dar si energie reactiva. La functionarea in gol, partea de baza a energiei, ce alimen-teaza transformatorul este reactiva si se consuma pentru crearea campului magne-tic. Energia activa consumata este mica si ea acopera pierderile la functionarea in gol. Iata de ce, la transformatorul neincarcat, factorul de putere este redus.

La cresterea sarcinii, creste energia activa si intrucat energia reactiva practic ramane neschimbata (fluxul magnetic ramane practic constant la variatia sarci-nii), factorul de putere creste. Prin urmare, pentru ca transformatorul sa functione-ze cu factor de putere bun, este necesar ca el sa functioneze la sarcina apro-piata de cea nominala. Dependenta se reprezinta in fig.2.23.

Randamentul la transformatorul dat depinde de pierderile de putere activa, ce apar in procesul lui de functionare. Pierderile sunt de doua feluri: pierderi in miezul magnetic p_Fe si pierderi in infasurari sau pierderi in cupru p_Cu.

Pierderile in miezul magnetic reprezinta pierderile datorate curentilor turbio-nari si ciclului histerezis de magnetizare, deoarece in miezul magnetic al transfor-matorului exista variatia sinusoidala a fluxului magnetic. Aceste pierderi, la f=const. depind de puterea a doua a inductiei magnetice, adica si deci si de puterea doua a fluxului magnetic .

Deoarece , la variatia sarcinii, pierderile in miezul magnetic ra-man constante (p_Fe=const). Pentru reducerea lor, circuitului magnetic al transfor-matoarelor se realizeaza din tabla speciala de otel electrotehnic cu pierderi speci-fice mici.

Pierderile in cupru p_Cu apar in infasurarile primare si secundare ale transfor-matorului, adica . Daca se neglijeaza curen-tul la functionarea in gol I₁₀, care la sarcina mare este in limitele admisibile, atunci si in acest caz, =, adica pierderile din cupru sunt proportionale cu patratul curentului, adica, aceste pierderi spre deose-bire de p_Fe sunt variabile cu sarcina I₂.

Randamentul transformatorului se determina ca raport intre puterea de iesire P₂=U₂∙I₂∙cos si puterea de intrare P₁=U₁∙I₁∙cos,

(2.30)

In fig.2.24 se prezinta dependentele p_Fe, p_Cu si =f(I₂). Si la transformatoa-re se poate arata ca ele functioneaza cu η maxim, cand pierderile variabile se echilibreaza cu cele constante. Obisnuit, aceasta se obtine cand transformatorul este incarcat la (0,5÷0,7)I_2n. Randamentul transformatoarelor moderne este mult mai mare si atinge 0,8÷0,99.

Fig.2.24. Dependentele p_Fe, p_Cu si ale transformatorului