ลักษณะสำคัญของหม้อแปลงไฟฟ้า

ลักษณะภายนอกของหม้อแปลง

เป็นที่ทราบกันว่าแรงดันไฟฟ้าคร่อมขั้วของขดลวดทุติยภูมิ หม้อแปลง ขึ้นอยู่กับกระแสโหลดที่ต่อกับคอยล์นั้น การพึ่งพานี้เรียกว่าลักษณะภายนอกของหม้อแปลง

ลักษณะภายนอกของหม้อแปลงจะถูกลบออกที่แรงดันไฟฟ้าคงที่เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงโหลดในความเป็นจริงด้วยการเปลี่ยนแปลงของกระแสโหลดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของขดลวดทุติยภูมิเช่น แรงดันทุติยภูมิของหม้อแปลงก็เปลี่ยนไปเช่นกัน

ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าความต้านทานของขดลวดทุติยภูมิมีการเปลี่ยนแปลงความต้านทานโหลด แรงดันตกก็เปลี่ยนไปเช่นกัน และเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของแรงดันตกคร่อมความต้านทานของขดลวดปฐมภูมิ EMF ของ ขดลวดทุติยภูมิจะเปลี่ยนตามไปด้วย

เนื่องจากสมการสมดุล EMF ในขดลวดปฐมภูมิมีปริมาณเวกเตอร์ แรงดันไฟฟ้าคร่อมขดลวดทุติยภูมิจึงขึ้นอยู่กับทั้งกระแสโหลดและลักษณะของโหลดนั้น ไม่ว่าจะเป็นแบบแอกทีฟ อุปนัย หรือคาปาซิทีฟ

ลักษณะของโหลดจะพิสูจน์ได้จากค่าของมุมเฟสระหว่างกระแสผ่านโหลดและแรงดันคร่อมโหลด โดยทั่วไป คุณสามารถป้อนปัจจัยโหลดที่จะแสดงจำนวนครั้งที่กระแสโหลดแตกต่างจากกระแสที่กำหนดสำหรับหม้อแปลงที่กำหนด:

ในการคำนวณลักษณะภายนอกของหม้อแปลงอย่างแม่นยำสามารถใช้วงจรสมมูลซึ่งโดยการเปลี่ยนความต้านทานโหลดสามารถแก้ไขแรงดันและกระแสของขดลวดทุติยภูมิได้

อย่างไรก็ตาม สูตรต่อไปนี้พิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ในทางปฏิบัติ โดยที่แรงดันวงจรเปิดและ "การเปลี่ยนแปลงแรงดันทุติยภูมิ" ซึ่งวัดเป็นเปอร์เซ็นต์ จะถูกแทนที่และคำนวณเป็นผลต่างเลขคณิตระหว่างแรงดันวงจรเปิดและแรงดันที่โหลดที่กำหนด เป็นเปอร์เซ็นต์ของแรงดันวงจรเปิด:

นิพจน์สำหรับการค้นหา «การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิ» ได้มาจากสมมติฐานบางประการจากวงจรสมมูลของหม้อแปลง:

ป้อนค่าของส่วนประกอบปฏิกิริยาและแอคทีฟของแรงดันลัดวงจรที่นี่ ส่วนประกอบแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ (แอกทีฟและรีแอกทีฟ) ถูกพบโดยพารามิเตอร์ของวงจรสมมูลหรือพบในการทดลอง ประสบการณ์ไฟฟ้าลัดวงจร.

ประสบการณ์การลัดวงจรเผยให้เห็นอะไรมากมายเกี่ยวกับหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันลัดวงจรพบเป็นอัตราส่วนของแรงดันลัดวงจรทดลองต่อแรงดันปฐมภูมิที่กำหนด พารามิเตอร์ "แรงดันลัดวงจร" ระบุเป็นเปอร์เซ็นต์

ในระหว่างการทดลอง ขดลวดทุติยภูมิจะลัดวงจรไปยังหม้อแปลงไฟฟ้า ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับขดลวดปฐมภูมิที่ต่ำกว่าค่าที่กำหนดมาก เพื่อให้กระแสลัดวงจรมีค่าเท่ากับค่าที่กำหนด ที่นี่ แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายจะสมดุลโดยแรงดันตกคร่อมขดลวด และค่าของแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงที่ใช้จะถือเป็นค่าแรงดันตกคร่อมที่เท่ากันในขดลวดที่กระแสโหลดเท่ากับค่าที่กำหนด

สำหรับหม้อแปลงแหล่งจ่ายไฟต่ำและสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้า ค่าแรงดันไฟฟ้าลัดวงจรอยู่ในช่วง 5% ถึง 15% และยิ่งหม้อแปลงมีกำลังมาก ค่านี้ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ค่าที่แน่นอนของแรงดันไฟลัดวงจรมีให้ในเอกสารทางเทคนิคสำหรับหม้อแปลงเฉพาะ

รูปแสดงลักษณะภายนอกที่สร้างขึ้นตามสูตรข้างต้น เราจะเห็นว่า กราฟเป็นเส้นตรงเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิไม่ได้ขึ้นอย่างมากกับโหลดแฟกเตอร์เนื่องจากความต้านทานของขดลวดค่อนข้างต่ำและแม่เหล็กในการทำงาน ฟลักซ์ขึ้นอยู่กับโหลดเพียงเล็กน้อย

รูปนี้แสดงให้เห็นว่ามุมของเฟสขึ้นอยู่กับลักษณะของโหลด ส่งผลต่อการลดลงหรือเพิ่มขึ้นของคุณลักษณะ ด้วยโหลดแบบแอคทีฟหรือแอคทีฟอินดักทีฟ คุณลักษณะจะลดลงพร้อมกับโหลดแบบแอคทีฟคาปาซิทีฟซึ่งสามารถเพิ่มได้ จากนั้นเทอมที่สองในสูตรสำหรับ "การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า" จะกลายเป็นค่าลบ

สำหรับหม้อแปลงกำลังต่ำ ส่วนประกอบที่ใช้งานมักจะลดลงมากกว่าตัวเหนี่ยวนำ ดังนั้นลักษณะภายนอกที่มีโหลดที่ใช้งานอยู่จะเป็นเส้นตรงน้อยกว่าโหลดที่ใช้งานอยู่ สำหรับหม้อแปลงที่ทรงพลังกว่านั้นตรงกันข้าม ดังนั้นลักษณะโหลดที่ใช้งานจะเข้มงวดมากขึ้น

ประสิทธิภาพของหม้อแปลง

ประสิทธิภาพของหม้อแปลงคืออัตราส่วนของพลังงานไฟฟ้าที่มีประโยชน์ที่ส่งไปยังโหลดต่อพลังงานไฟฟ้าที่ใช้งานโดยหม้อแปลงไฟฟ้า:

กำลังไฟฟ้าที่หม้อแปลงใช้คือผลรวมของกำลังไฟฟ้าที่ใช้โดยโหลดและกำลังไฟฟ้าที่สูญเสียโดยตรงในหม้อแปลง นอกจากนี้ พลังงานที่ใช้งานเกี่ยวข้องกับพลังงานทั้งหมดดังนี้:

เนื่องจากแรงดันขาออกของหม้อแปลงมักจะขึ้นอยู่กับโหลดเพียงเล็กน้อย โหลดแฟกเตอร์สามารถเกี่ยวข้องกับกำลังไฟฟ้าปรากฏที่กำหนดได้ดังนี้:

และพลังงานที่ใช้โดยโหลดในวงจรทุติยภูมิ:

การสูญเสียทางไฟฟ้าในโหลดที่มีขนาดตามอำเภอใจสามารถแสดงได้โดยคำนึงถึงการสูญเสียที่โหลดเล็กน้อยตามปัจจัยโหลด:

การสูญเสียโหลดที่กำหนดถูกกำหนดอย่างแม่นยำมากโดยพลังงานที่หม้อแปลงใช้ในการทดลองการลัดวงจร และการสูญเสียของธรรมชาติแม่เหล็กจะเท่ากับพลังงานที่ไม่มีโหลดที่หม้อแปลงใช้ ส่วนประกอบการสูญเสียเหล่านี้มีให้ในเอกสารประกอบของหม้อแปลง ดังนั้น หากเราพิจารณาข้อเท็จจริงข้างต้น สูตรประสิทธิภาพจะอยู่ในรูปแบบต่อไปนี้:

รูปแสดงการพึ่งพาประสิทธิภาพของหม้อแปลงในการโหลดเมื่อโหลดเป็นศูนย์ ประสิทธิภาพจะเป็นศูนย์

เมื่อโหลดแฟกเตอร์เพิ่มขึ้น พลังงานที่จ่ายให้กับโหลดก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน และการสูญเสียแม่เหล็กจะไม่เปลี่ยนแปลง และประสิทธิภาพซึ่งมองเห็นได้ง่ายจะเพิ่มขึ้นแบบเชิงเส้น จากนั้นค่าที่เหมาะสมที่สุดของโหลดแฟกเตอร์จะมาถึง ซึ่งประสิทธิภาพจะถึงขีดจำกัด ณ จุดนี้ จะได้ประสิทธิภาพสูงสุด

หลังจากผ่านโหลดแฟกเตอร์ที่เหมาะสมแล้ว ประสิทธิภาพก็เริ่มลดลงเรื่อยๆ นี่เป็นเพราะการสูญเสียทางไฟฟ้าเพิ่มขึ้น พวกมันจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแสและตามด้วยกำลังสองของตัวประกอบภาระ ประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับหม้อแปลงกำลังสูง (กำลังวัดเป็นหน่วย kVA หรือมากกว่า) อยู่ในช่วง 98% ถึง 99% สำหรับหม้อแปลงกำลังต่ำ (น้อยกว่า 10 VA) ประสิทธิภาพจะอยู่ที่ประมาณ 60%

ตามกฎแล้ว ในขั้นตอนการออกแบบ พวกเขาพยายามสร้างหม้อแปลงเพื่อให้ประสิทธิภาพถึงค่าสูงสุดที่ค่าโหลดแฟกเตอร์ที่เหมาะสมที่ 0.5 ถึง 0.7 จากนั้นด้วยค่าโหลดจริงที่ 0.5 ถึง 1 ประสิทธิภาพจะใกล้เคียงกับค่าสูงสุด ด้วยการลด ตัวประกอบกำลัง (โคไซน์พี) ของโหลดที่เชื่อมต่อกับขดลวดทุติยภูมิ กำลังขับจะลดลง ในขณะที่การสูญเสียทางไฟฟ้าและแม่เหล็กยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นประสิทธิภาพในกรณีนี้จึงลดลง

โหมดการทำงานที่เหมาะสมที่สุดของหม้อแปลงคือ โหมดเล็กน้อยโดยปกติจะตั้งค่าตามเงื่อนไขการทำงานที่ปราศจากปัญหาและตามระดับความร้อนที่อนุญาตในช่วงระยะเวลาหนึ่งของการทำงานนี่เป็นเงื่อนไขที่สำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้หม้อแปลงไม่ร้อนมากเกินไปในขณะที่ส่งกำลังไฟขณะทำงานในโหมดพิกัด