Iz e-ELEKTROTEHNIKA plus
m (1 revision) |
Redakcija: 22:16, 28. marec 2010
Poskus 5.3.2:
Na sekundarno navitje transformatorja iz poskusa 5.3.1 priključimo prek A-metra porabnik z ohmsko upornostjo R, pri kateri bo po priključitvi primarnega navitja na nazivno napetost U1N, v porabniku nazivni tok I2N (sl. 5.3.5). Tudi v tem primeru merimo moč na primarni strani.
Slika 5.3.5: Merjenje količin obremenjenega realnega transformatorja
- Moč primarne strani se, v primerjavi z močjo neobremenjenega transformatorja, poveča.
V primeru idealnega transformatorja bi napetost lastne indukcije Ui1 po obremenitvi transformatorja ostala po velikosti enaka primarni napetosti U1.
- Amperni ovoji primarne strani I0 • N1 in magnetni pretok Ф ostanejo po obremenitvi idealiziranega transformatorja nespremenjeni.
Ker je po Lenzovem pravilu smer sekundarnega toka taka, da amperni ovoji sekundarne strani I2 • N2 nasprotujejo ampernim ovojem primarne strani, mora primarni tok po obremenitvi idealiziranega transformatorja narasti na I1, pri katerem bodo skupni amperni ovoji primarne strani ostali enaki ampernim ovojem primarne strani pred obremenitvijo transformatorja. Za idealizirani transformator torej lahko napišemo enačbo magnetnih napetosti:
z deljenjem leve in desne strani z N1 in ureditvi enačbe pa dobimo:
- Primarni tok obremenjenega idealiziranega transformatorja je enak vsoti primarnega toka neobremenjenega transformatorja I0 in na primarno stran reduciranega sekundarnega toka I2 / n.
Če upoštevamo dobljeno tokovno enačbo idealiziranega transformatorja, ohmsko upornost primarnega navitja RCu1, na primarno stran reducirano ohmsko upornost sekundarnega navitja n2 • RCu2 in breme n2 • Z0 ter če zanemarimo stresani magnetni pretok, lahko narišemo za večino transformatorjev sprejemljivo nadomestno vezavo realnega, obremenjenega transformatorja in pripadajoči kazalčni diagram (slika 5.3.6). Kazalčni diagram je narisan za primer ohmsko-induktivnega značaja bremena Z.
Slika 5.3.6: Nadomestna vezava a) in kazalčni diagram b) realnega obremenjenega transformatorja
Nadomestna vezava in kazalčni diagram na sl. 5.3.6 imata za nas zgolj informativni pomen. Zgovorno pa povesta, da je upoštevanje realnosti lahko veliko zahtevnejše opravilo od obravnave izmeničnih krogov v idealiziranih razmerah. Kljub temu pa lahko na osnovi dobljenega kazalčnega diagrama in primerjave s kazalčnim diagramom neobremenjenega transformatorja ugotovimo zanimivo dejstvo. Napetost izvora U1 je namreč enaka geometrični vsoti padca napetosti Ui1 in padca napetosti na ohmski upornosti navitja UCu1:
- Z obremenitvijo realnega transformatorja se napetost lastne indukcije v primarnem navitju nekoliko zmanjša.
Zmanjšanje napetosti Ui1 pomeni tudi manjši magnetni pretok Ф, zato velja:
- Izgube energije v jedru realnega, obremenjenega transformatorja so nekoliko manjše od izgub v jedru realnega neobremenjenega transformatorja.
Zaradi bistveno večjega primarnega in sekundarnega toka izguba energije v navitjih obremenjenega realnega transformatorja nista več zanemarljivi.
Iz kazalčnega diagrama na sliki 5.3.6 lahko ugotovimo, da obremenitev transformatorja vpliva tudi na fazni kot φ1 med primarno napetostjo in primarnim tokom.
- Ohmska obremenitev transformatorja povzroči zmanjšanje faznega kota na primarni strani, induktivna obremenitev povečanje, ohmsko-kapacitivna ali kapacitivna obremenitev pa lahko poleg zmanjšanja povzroči tudi spremembo predznaka faznega kota.
Za lažjo nadaljnjo obravnavo obremenjenega transformatorja naredimo še poskus s kratko sklenjenim transformatorjem:
Poskus 5.3.3:
Transformatorju iz prejšnjih poskusov kratko sklenimo sponke sekundarnega navitja, primarno navitje pa prek merilnikov (sl. 5.3.7), priključimo na izvor nastavljive izmenične napetosti.
Slika 5.3.7: Merjenje električnih količin transformatorja v kratkem stiku
Napetost U1 počasi povečujmo od 0 V, dokler A-metra ne pokažeta, da sta v navitjih nazivna toka I1N in I2N.
- Pri kratko sklenjenem sekundarnem navitju sta v navitjih nazivna toka pri primarni napetosti, ki je veliko nižja od nazivne.
- W-meter kaže določeno moč, čeprav na sekundarni strani ni moči.
- Primarno napetost, ki pri kratko sklenjenem sekundarnem navitju povzroči v navitjih nazivna toka, imenujemo kratkostična napetost transformatorja (Uk).
V praksi je kratkostična napetost transformatorjev Uk praviloma le 3 do 15 % nazivne primarne napetosti U1N in sodi med nazivne podatke transformatorjev.
Ker je Uk << U1N, so tudi magnetilni tok, magnetni pretok in posledično izgube energije v Fe jedru pri Uk veliko manjši kot pri nazivni primarni napetosti U1N in nazivni obremenitvi transformatorja. Toka transformatorja pa sta nazivna, zato so izgube v Fe jedru pri U1 = Uk v primerjavi z izgubami v Cu navitju praviloma zanemarljive.
- Pri kratko sklenjenem sekundarnem navitju kaže W-meter v primarnem krogu pri U1 = Uk izgubo moči v navitjih transformatorja.
Navedeno izgubo moči v navitjih povzročata nazivna toka I1N in I2N, torej toka nazivne moči obremenjenega transformatorja. Če zadnjo ugotovitev povežemo z ugotovitvijo glede izgub transformatorja v prostem teku, lahko zaključimo:
- Izgubno moč nazivno obremenjenega transformatorja lahko v večini primerov dovolj točno določimo kot vsoto izgubnih moči transformatorja v prostem teku (izgubne moči v Fe jedru) in transformatorja s kratko sklenjenim sekundarnim navitjem pri U1 = Uk (izgubne moči v Cu navitju).
Tako ugotovljeni izgubi moči krojita izkoristek transformatorja:
ali
V praksi so izkoristki transformatorjev med približno 0,7 (transformatorji majhnih moči, predvsem na področju elektronike) in 0,99 (transformatorji velikih moči na področju elektroenergetike).
In kaj če transformatorju kratko sklenemo sekundarno navitje pri nazivni napetosti primarja U1N? Raje ne! Magnetilni tok in magnetni pretok transformatorja sta pri U1N bistveno večja kot pri Uk, kar v navitjih povzroči toka, katerih jakosti bosta veliko večji (tudi do 33 krat!)[1] od nazivnih. Toplotne izgube v jedru in navitjih zaradi le-teh transformator v kratkem času segrejejo do uničenja, zaradi mehanskih sil pa se lahko transformatorsko navitje poškoduje ali tudi raztrga.
S konstrukcijskimi prijemi lahko dosežemo Uk > 0.5 U1N. Pri takih transformatorjih (varilni, zvončni ... ), kratkostični tok ne pomeni več nevarnosti za uničenje transformatorja, saj ne preseže dvakratne vrednosti nazivnih tokov.
Preskusi svoje znanje
1. S čim je določeno in kaj pove prestavno razmerje transformatorja?
2. Kolikšno upornost čuti izvor izmenične napetosti, na katerega je prek transformatorja s prestavnim razmerjem a) n = 2 in b) n = 1 priključen porabnik z impedanco Z?
3. Kako lahko izmerimo izgubno moč transformatorja v Fe jedru?
4. Kakšno lastnost ima v izmeničnem krogu neobremenjeni transformator?
5. Zakaj transformatorja ne smemo priključiti na napetost, ki je višja od nazivne?
6. Kakšna je razlika med magnetnima pretokoma transformatorja v prostem teku in obremenjenega transformatorja? Pojasni!
7. Kakšna je razlika med izgubami energije v Fe jedru transformatorja v praznem teku in obremenjenega transformatorja? Pojasni!
8. Kaj je kratkostična napetost transformatorja?
9. Kako izmerimo izgubno moč transformatorja v Cu navitju? Pojasni!
10. Kako določimo celotno izgubno moč transformatorja?
11. Kaj povzroči kratek stik med sponkama sekundarnega navitja transformatorja, ki je priključen na nazivno primarno napetost? Pojasni!
12. Pri katerih transformatorjih kratek stik med sponkama sekundarnega navitja ni nevaren za transformator? Pojasni!
13. Kakšen fazni kot povzroča v izmeničnem krogu transformator v praznem teku in kakšnega z R, RL ali RC bremenom obremenjeni transformator? Pojasni!
Opombe
- ↑ Pri Uk 3 % U1N
 5.3.1 Realni transformator v praznem teku
| 6 Prehodni pojavi
|
