Am văzut în această serie de informații despre transformator că, atunci când înfășurarea primară a unui transformator este alimentată, acesta produce o tensiune și un curent secundar la o cantitate determinată de raportul de spire al transformatoarelor (TR). Deci, dacă un transformator monofazat are un raport de spire de 2:1 și 240V se aplică înfășurării primare de înaltă tensiune, ne-am aștepta să vedem o tensiune terminală de ieșire pe înfășurarea secundară de 120 VAC, deoarece am presupus a fi un transformator ideal.

Dar, în lumea reală, acest lucru nu este întotdeauna adevărat deoarece este un circuit magnetic înfășurat, toate transformatoarele suferă de pierderi constând din pierderi în cupru I²R și pierderi în miez magnetic care ar reduce această valoare secundară ideală cu câteva precente, să zicem 117 VAC și asta este normal. Dar există, de asemenea, o altă valoare legată de transformatoare (și mașini electrice) care are, de asemenea, o influență asupra acestei valori de tensiune secundară atunci când transformatorul furnizează putere maximă și aceasta se numește „ajustare”.

Ajustarea tensiunii transformatorului

Ajustarea tensiunii transformatoarelor monofazate este modificarea procentuală (sau pe valoare unitate) a tensiunii sale terminale secundare comparativ cu tensiunea originală fără sarcină în condiții de sarcină secundară variabilă. Cu alte cuvinte, ajustarea determină variația tensiunii terminale secundare care apare în interiorul transformatorului ca urmare a variațiilor sarcinii conectate la transformatoare, afectând astfel performanța și eficiența acestuia dacă aceste pierderi sunt mari și tensiunea secundară devine prea mică.

Când nu există sarcină conectată la înfășurarea secundară a transformatorului, adică terminalele sale de ieșire sunt deschise, nu există o stare de buclă închisă, deci nu există curent de sarcină de ieșire (IL = 0) și transformatorul acționează ca o singură înfășurare de auto-inductanță ridicată. Rețineți că tensiunea secundară fără sarcină este rezultatul tensiunii primare fixe și al raportului de spire al transformatorului.

Încărcarea înfășurării secundare cu o simplă impedanță de sarcină determină curgerea unui curent secundar, la orice factor de putere, prin înfășurarea internă a transformatorului. Astfel, căderile de tensiune datorită rezistenței interne a înfășurărilor și reactanței sale de scurgere determină modificarea tensiunii terminale de ieșire.

O ajustare a tensiunii transformatoarelor care se modifică între tensiunea sa terminală secundară de la o stare fără sarcină când IL = 0, (circuit deschis) la o stare complet încărcată când IL = IMAX (curent maxim) pentru o tensiune primară constantă este dată de:

Rețineți că această ajustare a tensiunii atunci când este exprimată ca o fracțiune sau o schimbare-unitate a tensiunii terminale fără sarcină poate fi definită în unul din cele două moduri, ajustarea tensiunii în jos, (Regdown) și ajustarea tensiunii în sus, (Regup). Atunci când sarcina este conectată la terminalul secundar de ieșire, tensiunea terminalului scade sau când sarcina este îndepărtată, tensiunea terminalului secundar crește. Astfel, ajustarea transformatorului va depinde de valoarea tensiunii care este utilizată ca tensiune de referință, valoare în sarcină sau valoare fără sarcină.

De asemenea, putem exprima ajustarea tensiunii transformatorului ca o schimbare procentuală între condiția fără sarcină și condițiile de sarcină completă după cum urmează:

Ajustarea tensiunii transformatorului ca modificare procentuală

De exemplu, dacă un transformator monofazat are o tensiune terminală fără sarcină în circuit deschis de 100 volți și aceeași tensiune terminală scade la 95 volți la aplicarea unei sarcini conectate, ajustarea tensiunii transformatorului ar fi deci 0,05 sau 5 %, ((100 - 95)/100)*100%). Prin urmare, o ajustare a tensiunii transformatoarelor poate fi exprimată fie ca o valoare de schimbare a unității, fie ca o valoare de schimbare procentuală a tensiunii fără sarcină.

Exemplul nr. 1 de ajustare a tensiunii transformatorului

Înfășurarea primară a unui transformator monofazat coborâtor de 500 VA, 10:1, este alimentată de la o sursă constantă de 240 Vrms. Calculați ajustarea procentuală a transformatorului atunci când este conectat la o impedanță de 1,1 Ω.

Date date: VA = 500, TR = 10: 1, VP = 240V, ZS = 1,1Ω, găsiți % Reg.

Prin urmare, VS(fără sarcină) = 24 Volți

Prin urmare, VS(sarcină maximă) = 23,45 volți

Atunci procentul de ajustare descendentă calculat pentru transformator este dat de: 2,29% sau 2,3% rotunjit.

Exemplul nr. 2 de ajustare a tensiunii transformatorului

Un transformator monofazat cu o ajustare a tensiunii de 4% are o tensiune terminală secundară de 115,4 volți la curent de sarcină maximă. Calculați tensiunea terminalului fără sarcină atunci când sarcina este îndepărtată.

Deci, știm acum că o reglare a tensiunii transformatoarelor este diferența dintre tensiunea sa la sarcină maximă și tensiunea fără sarcină la curentul său secundar nominal maxim, care poate fi exprimată ca raport sau ca valoare procentuală (%). Dar de ce se modifică sau scade tensiunea secundară odată cu modificările curentului de sarcină?

Transformatoare pe-sarcină

Când o înfășurare secundară a transformatoarelor alimentează o sarcină, există pierderi magnetice în fier în interiorul miezului laminat și pierderi în cupru datorate rezistivității înfășurărilor sale și acest lucru este valabil atât pentru înfășurările primare, cât și pentru cele secundare.

Aceste pierderi produc o reactanță și o rezistență în înfășurarea transformatoarelor, oferind o cale de impedanță prin care curentul de ieșire secundar (IS) trebuie să curgă așa cum se arată.

Întrucât înfășurarea secundară constă atât din rezistență, cât și din reactanță, rezultă că trebuie să se producă o cădere internă de tensiune în înfășurările transformatorului cu o cantitate în funcție de impedanța efectivă și de curentul de sarcină furnizat, conform legii lui Ohm: V = I*Z.

Atunci, putem vedea că, pe măsură ce curentul de sarcină secundar crește, trebuie să crească și tensiunea căzută în înfășurările transformatoarelor și, pentru o tensiune de alimentare primară constantă, tensiunea de ieșire secundară trebuie să scadă.

Impedanța (Z) a înfășurării secundare este suma fazorială a rezistenței sale (R) și a reactanței de scurgere (X) cu o cădere de tensiune diferită produsă pe fiecare componentă. Atunci putem defini impedanța secundară, precum și tensiunile de sarcină maximă și de mers în gol ca fiind:

Astfel tensiunea fără sarcină a înfășurărilor secundare este definită ca:

VS(fără sarcină) = ES

iar tensiunea pentru sarcină maximă este definită ca:

VS (sarcină maximă) = ES - ISR - ISX

sau VS (sarcină maximă) = ES - IS (R + jX)

∴ VS (sarcină maximă) = ES - IS*Z

În mod clar, putem vedea că înfășurarea transformatorului constă dintr-o reactanță în serie cu o rezistență, curentul de sarcină fiind comun ambelor. Deoarece tensiunea și curentul sunt în fază pentru o rezistență, căderea de tensiune pe rezistorul dat ca ISR, prin urmare, trebuie să fie „în fază“ cu curentul secundar IS.

Dar, într-un inductor pur cu reactanță inductivă XL, curentul rămâne în urmă cu 90^o astfel încât căderea de tensiune pe reactanța dată ca ISX conduce curentul cu un unghi ΦL ca o sarcină inductivă.

Deoarece impedanța Z a înfășurării secundare este suma fazorială a rezistenței și reactanței, unghiurile lor de fază individuale sunt date de:

Deoarece V = I*Z, căderea de tensiune pe impedanța secundară este, prin urmare, dată de:

Vdrop = IS (RcosΦ + XcosΦ)

și deoarece VS(sarcină maximă) = VS(fără sarcină) - Vdrop, reglarea procentuală poate fi dată ca:

Expresia factorului de putere lagging (întârziat)

Pentru o expresie de reglare pozitivă între cos (Φ) și sin (Φ), tensiunea terminală secundară a transformatorului va scădea indicând un factor de putere întârziat (sarcină inductivă). Pentru o expresie de reglare negativă între cos (Φ) și sin (Φ), tensiunea terminală secundară a transformatorului va crește indicând un factor de putere leading = de conducere (sarcină capacitivă). Astfel, o expresie de reglare a transformatoarelor este aceeași atât pentru sarcinile leading, cât și pentru cele lagging, doar semnul se modifică pentru a indica o creștere sau o scădere a tensiunii.

Expresia factorului de putere leading (în avans)

Prin urmare, o condiție de reglare pozitivă produce o scădere (cădere) a tensiunii în înfășurarea secundară, în timp ce o condiție de reglare negativă produce o creștere a tensiunii în înfășurare. În timp ce sarcinile cu factor de putere leading nu sunt la fel de obișnuite ca sarcinile inductive (bobine, solenoizi sau șocuri), un transformator care alimentează o sarcină ușoară cu curenți mici poate prezenta o stare capacitivă care determină creșterea tensiunii terminale.

Exemplul nr. 3 de reglare a tensiunii transformatorului

Un transformator monofazat de 10 KVA asigură o tensiune secundară fără sarcină de 110 volți. Dacă rezistența echivalentă a înfășurării secundare este de 0,015 Ω și reactanța sa totală este de 0,04 Ω, determinați reglarea tensiunii sale atunci când alimentează o sarcină la un factor de putere de 0,85.

Date: VA = 10000, VS (fără sarcină) = 110V, R = 0,015 Ω, X = 0,04 Ω, găsiți % Reg.

dacă cosΦ = 0,85, Φ = cos^-1 (0,85) = 31,8^o ∴ sinΦ = 0,527

Curentul secundar este definit ca:

IS = VA/V = ​​10000/110 = 90,9 Amperi

Reglarea procentuală a tensiunii este dată ca:

Rezumatul Reglării tensiunii transformatorului

Am văzut aici în acest tutorial despre Ajustarea tensiunii transformatoarelor că, atunci când se încarcă o înfășurare secundară a transformatoarelor, tensiunea de ieșire se poate modifica și că această modificare a tensiunii poate fi exprimată fie ca un raport, fie mai frecvent ca o valoare procentuală. Dacă nu există sarcină conectată, nu există curent secundar, ceea ce înseamnă că tensiunea secundară este la valoarea maximă.

Însă, atunci când sunt în sarcină maximă, curenții secundari curg producând pierderi în miez și pierderi în cupru în cadrul înfășurării. Pierderea în miez este o pierdere fixă ​​datorată circuitului magnetic al transformatoarelor produs de tensiunea din înfășurarea primară, în timp ce pierderea în cupru secundară este o pierdere variabilă care este legată de cererea de curent de sarcină conectat la înfășurarea secundară. Atunci, variațiile curentului de sarcină vor provoca variații ale pierderilor care afectează reglarea. Cu cât este mai mică reglarea tensiunii transformatoarelor, cu atât variația tensiunii terminale secundare cu modificări ale sarcinii este mai mică, iar acest lucru este foarte util în circuitele de alimentare reglementate.

De asemenea, am spus că pentru un factor de putere întârziat (sarcină inductivă), tensiunea la terminalul secundar va scădea. Dacă transformatorul furnizează un factor de putere întârziat foarte scăzut, curenții secundari mari vor curge, rezultând o reglare slabă a tensiunii din cauza căderilor de tensiune mai mari din înfășurare. Un factor de putere leading (sarcină capacitivă), tensiunea terminalului de ieșire va crește. Prin urmare, reglarea pozitivă produce o cădere de tensiune în înfășurare, în timp ce o reglare negativă produce o creștere a tensiunii în înfășurare. Deși nu este posibil să aveți o condiție de reglare a tensiunii zero (numai transformatoare ideale), reglarea minimă și, prin urmare, eficiența maximă se produc în general atunci când pierderile din miezul înfășurărilor și pierderile din cupru sunt aproximativ egale.