Muuntajan tärkeimmät ominaisuudet

Muuntajan ulkoiset ominaisuudet

Tiedetään, että jännite toisiokäämin napojen yli muuntaja riippuu siihen käämiin kytketystä kuormitusvirrasta. Tätä riippuvuutta kutsutaan muuntajan ulkoiseksi ominaispiirteeksi.

Muuntajan ulkoinen ominaisuus poistetaan vakiosyöttöjännitteellä, kun kuorman muutoksella, itse asiassa kuormitusvirran muutoksella, jännite toisiokäämin navoissa, ts. myös muuntajan toisiojännite muuttuu.

Tämä ilmiö selittyy sillä, että toisiokäämin resistanssissa kuormitusvastuksen muuttuessa myös jännitehäviö muuttuu, ja johtuen ensiökäämin resistanssin yli olevan jännitehäviön muutoksesta, EMF toisiokäämi muuttuu vastaavasti.

Koska ensiökäämin EMF-tasapainoyhtälö sisältää vektorisuureita, toisiokäämin jännite riippuu sekä kuormitusvirrasta että kuorman luonteesta: onko se aktiivinen, induktiivinen vai kapasitiivinen.

Kuorman luonne ilmenee kuorman läpi kulkevan virran ja kuorman ylitse tulevan jännitteen välisen vaihekulman arvosta. Periaatteessa voit syöttää kuormituskertoimen, joka näyttää kuinka monta kertaa kuormitusvirta eroaa tietyn muuntajan nimellisvirrasta:

Muuntajan ulkoisten ominaisuuksien laskemiseksi tarkasti voidaan turvautua vastaavaan piiriin, jossa toisiokäämin jännite ja virta voidaan kiinnittää muuttamalla kuormitusvastusta.

Siitä huolimatta seuraava kaava osoittautuu hyödylliseksi käytännössä, jossa avoimen piirin jännite ja "toisiojännitemuutos", joka mitataan prosentteina, korvataan ja lasketaan aritmeettisena erona avoimen piirin jännitteen ja jännitteen välillä tietyllä kuormalla. prosentteina avoimen piirin jännitteestä:

Lause «toissijaisen jännitteen muutoksen» löytämiseksi saadaan tietyillä olettamuksilla muuntajan vastaavasta piiristä:

Oikosulkujännitteen reaktiivisten ja aktiivisten komponenttien arvot syötetään tähän. Nämä jännitekomponentit (aktiiviset ja reaktiiviset) löydetään vastaavilla piiriparametreilla tai löydetään kokeellisesti oikosulkukokemusta.

Oikosulkukokemus paljastaa paljon muuntajasta.Oikosulkujännite saadaan kokeellisen oikosulkujännitteen suhteeksi nimelliseen ensiöjännitteeseen. Parametri "oikosulkujännite" on määritetty prosentteina.

Kokeen aikana toisiokäämi oikosuljetaan muuntajaan, kun taas ensiökäämiin syötetään paljon nimellisarvoa alhaisempi jännite, jolloin oikosulkuvirta on yhtä suuri kuin nimellisarvo. Tässä syöttöjännite on tasapainotettu jännitehäviöllä käämien yli, ja käytetyn alennetun jännitteen arvoa pidetään vastaavana jännitehäviönä käämien yli kuormitusvirralla, joka on yhtä suuri kuin nimellisarvo.

Pienitehoisilla syöttömuuntajilla ja tehomuuntajilla oikosulkujännitteen arvo on välillä 5 % - 15 %, ja mitä tehokkaampi muuntaja, sitä pienempi tämä arvo. Oikosulkujännitteen tarkka arvo on ilmoitettu tietyn muuntajan teknisissä asiakirjoissa.

Kuvassa on esitetty yllä olevien kaavojen mukaan rakennetut ulkoiset ominaisuudet Näemme, että käyrät ovat lineaarisia, tämä johtuu siitä, että toisiojännite ei riipu voimakkaasti kuormituskertoimesta johtuen käämin suhteellisen alhaisesta resistanssista ja käyttömagneettista virtaus riippuu vähän kuormituksesta.

Kuvasta näkyy, että vaihekulma kuormituksen luonteesta riippuen vaikuttaa siihen, putoaako vai kasvaako ominaisuus. Aktiivisella tai aktiivi-induktiivisella kuormalla ominaisuus laskee, aktiivisella kapasitiivisella kuormalla se voi kasvaa, ja sitten "jännitteen muutoksen" kaavan toinen termi muuttuu negatiiviseksi.

Pienitehoisissa muuntajissa aktiivinen komponentti putoaa yleensä enemmän kuin induktiivinen, joten ulkoinen ominaisuus aktiivisella kuormalla on vähemmän lineaarinen kuin aktiivi-induktiivisella kuormalla. Tehokkaammilla muuntajilla asia on päinvastoin, joten aktiivinen kuormitusominaisuus on tiukempi.

Muuntajan tehokkuus

Muuntajan hyötysuhde on kuormaan toimitetun hyödyllisen sähkötehon suhde muuntajan kuluttamaan aktiivitehoon:

Muuntajan käyttämä teho on kuorman kuluttaman tehon ja suoraan muuntajassa olevien tehohäviöiden summa. Lisäksi aktiivinen teho on suhteessa kokonaistehoon seuraavasti:

Koska muuntajan lähtöjännite on yleensä heikosti riippuvainen kuormituksesta, kuormituskerroin voidaan suhteuttaa nimellisnäetehoon seuraavasti:

Ja toisiopiirin kuorman kuluttama teho:

Mielivaltaisen suuruisen kuorman sähköhäviöt voidaan ilmaista, ottaen huomioon häviöt nimelliskuormalla, kuormituskertoimella:

Nimelliskuormitushäviöt määräytyvät erittäin tarkasti muuntajan oikosulkukokeessa kuluttaman tehon mukaan, ja magneettiset häviöt ovat yhtä suuria kuin muuntajan käyttämä tyhjäteho. Nämä häviökomponentit on ilmoitettu muuntajan dokumentaatiossa. Joten jos otamme huomioon yllä olevat tosiasiat, tehokkuuskaava on seuraavanlainen:

Kuvassa näkyy muuntajan hyötysuhteen riippuvuus kuormasta.Kun kuorma on nolla, hyötysuhde on nolla.

Kuormituskertoimen kasvaessa myös kuormaan syötetty teho kasvaa ja magneettihäviöt pysyvät ennallaan ja helposti havaittavissa oleva hyötysuhde kasvaa lineaarisesti. Sitten tulee kuormituskertoimen optimaalinen arvo, jossa hyötysuhde saavuttaa rajansa, tässä vaiheessa saadaan maksimi hyötysuhde.

Optimaalisen kuormituskertoimen ylittämisen jälkeen tehokkuus alkaa vähitellen laskea. Tämä johtuu siitä, että sähköhäviöt kasvavat, ne ovat verrannollisia virran neliöön ja vastaavasti kuormituskertoimen neliöön. Suuritehoisten muuntajien maksimihyötysuhde (teho mitataan kVA:n yksiköissä tai enemmän) on välillä 98 % - 99 %, pienitehoisten muuntajien (alle 10 VA) hyötysuhde voi olla noin 60 %.

Pääsääntöisesti suunnitteluvaiheessa muuntajat pyritään tekemään sellaisiksi, että hyötysuhde saavuttaa maksimiarvon optimaalisella kuormituskertoimella 0,5 - 0,7, sitten todellisella kuormituskertoimella 0,5 - 1 hyötysuhde on lähellä maksimiaan. Vähennyksen kanssa tehokerroin (kosini phi) toisiokäämiin kytketystä kuormasta myös lähtöteho pienenee, kun taas sähköiset ja magneettiset häviöt pysyvät ennallaan, joten hyötysuhde tässä tapauksessa laskee.

Muuntajan optimaalinen toimintatapa, ts. nimellinen tila, asetetaan yleensä häiriöttömän toiminnan olosuhteiden ja tietyn käyttöjakson aikana sallitun lämmitystason mukaan.Tämä on äärimmäisen tärkeä ehto, jotta muuntaja ei ylikuumene, vaikka se tuottaa nimellistehoa toimiessaan nimellistilassa.