การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับโหลดแบบแอกทีฟ อุปนัย และคาปาซิทีฟ

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นเครื่องไฟฟ้าที่แปลงกระแสสลับของแรงดันหนึ่งเป็นกระแสสลับของแรงดันอื่น หลักการทำงานของหม้อแปลงขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

เครือข่ายการส่งพลังงานไฟฟ้าในยุคแรกใช้ไฟฟ้ากระแสตรง แรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายขึ้นอยู่กับความจุของฉนวนของวัสดุที่ใช้และโดยปกติจะอยู่ที่ 110 V

ด้วยการเพิ่มกำลังส่งของเครือข่ายจึงจำเป็นต้องเพิ่มส่วนตัดขวางของสายไฟเพื่อให้การสูญเสียแรงดันไฟฟ้ายังคงอยู่ในขอบเขตที่อนุญาต

และมีเพียงการประดิษฐ์หม้อแปลงไฟฟ้าเท่านั้นที่ทำให้สามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้อย่างประหยัด ส่งด้วยไฟฟ้าแรงสูงเป็นระยะทางไกล และลดแรงดันไฟฟ้าให้มีค่าที่ปลอดภัยก่อนส่งไฟฟ้าไปยังผู้บริโภค

หากไม่มีหม้อแปลง โครงสร้างกริดไฟฟ้าในปัจจุบันที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าสูงและสูงเป็นพิเศษ ปานกลางและต่ำจะไม่สามารถทำได้ หม้อแปลงไฟฟ้าใช้ในเครือข่ายไฟฟ้าทั้งเฟสเดียวและสามเฟส

การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังสามเฟสจะแตกต่างกันไปตามโหลดที่ใช้งานอยู่ เช่น แอกทีฟ อุปนัย หรือคาปาซิทีฟ ในสภาวะจริง โหลดของหม้อแปลงเป็นโหลดแบบแอคทีฟ-อินดักทีฟ

รูปที่ 1 — หม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟส

1. โหมดโหลดที่ใช้งานอยู่

ในโหมดนี้ แรงดันไฟฟ้าของขดลวดปฐมภูมิจะใกล้เคียงกับค่า U1 = U1nom ที่กำหนด กระแสไฟฟ้าปฐมภูมิ I1 ถูกกำหนดโดยโหลดของหม้อแปลง และกระแสไฟฟ้าทุติยภูมิจะถูกกำหนดโดย I2nom กระแสที่กำหนด = P2 / U2nom

จากข้อมูลการวัดประสิทธิภาพของหม้อแปลงจะถูกกำหนดโดยการวิเคราะห์:

ประสิทธิภาพ = P2 / P1,

โดยที่ P1 คือพลังงานที่ใช้งานของขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลง P2 คือพลังงานที่จ่ายให้กับวงจรจ่ายโดยขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลง

การพึ่งพาประสิทธิภาพของหม้อแปลงขึ้นอยู่กับกระแสสัมพัทธ์ของขดลวดปฐมภูมิแสดงใน รูปที่ 2

รูปที่ 2 — การพึ่งพาประสิทธิภาพของหม้อแปลงกับกระแสสัมพัทธ์ของขดลวดปฐมภูมิ

ในโหมดโหลดที่ใช้งานอยู่ เวกเตอร์กระแสของขดลวดทุติยภูมิจะขยายร่วมกับเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าของขดลวดทุติยภูมิ ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของกระแสโหลดทำให้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงลดลง

แผนภาพเวกเตอร์อย่างง่ายของกระแสและแรงดันสำหรับโหลดของหม้อแปลงชนิดนี้แสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 — ไดอะแกรมเวกเตอร์อย่างง่ายของกระแสและแรงดันโหลดที่ใช้งานอยู่ของหม้อแปลง

2. โหมดการทำงานสำหรับโหลดอุปนัย

ในโหมดโหลดอุปนัย เวกเตอร์ปัจจุบันของขดลวดทุติยภูมิจะล่าช้าเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าของขดลวดทุติยภูมิ 90 องศา การลดลงของค่าความเหนี่ยวนำที่เชื่อมต่อกับขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงทำให้กระแสโหลดเพิ่มขึ้น ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิลดลง

แผนภาพเวกเตอร์อย่างง่ายของกระแสและแรงดันสำหรับโหลดของหม้อแปลงชนิดนี้แสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4 — ไดอะแกรมเวกเตอร์อย่างง่ายของกระแสและแรงดันของหม้อแปลงในโหมดโหลดอุปนัย

3. โหมดการทำงานกับโหลดแบบ capacitive

ในโหมดโหลดแบบคาปาซิทีฟ เวกเตอร์ปัจจุบันของขดลวดทุติยภูมิจะอยู่ข้างหน้าเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าของขดลวดทุติยภูมิ 90 องศา การเพิ่มความจุที่เชื่อมต่อกับขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงทำให้กระแสโหลดเพิ่มขึ้น ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิเพิ่มขึ้น

แผนภาพเวกเตอร์อย่างง่ายของกระแสและแรงดันสำหรับโหลดของหม้อแปลงชนิดนี้แสดงในรูปที่ 5

รูปที่ 5 — ไดอะแกรมเวกเตอร์แบบง่ายของกระแสและแรงดันของโหมดโหลดตัวเก็บประจุของหม้อแปลง