Innost transformátoru | Elektrotechnický časopis
Jak je známo, transformace elektrické energie v transformátoru je doprovázena ztrátami. Tyto ztráty lze vyjádřit účinností – koeficientem výkonu.
Kde Sztrát – je ztráta výkonu, S100% – je celkový výkon transformátoru, Sužitečné – to je efektivní výkon transformátoru.
Účinnost je koeficient výkonu, tzn. poměr přeměněného činného výkonu ke spotřebovanému výkonu. Na základě tohoto tvrzení tedy zapíšeme vzorec pro určení účinnosti transformátoru:
Ve skutečnosti, pokud jde o transformátor, vzorce pro převod výkonu jsou vždy psány ve smyslu S, tj. zdánlivý výkon P+Q (kde P je činný výkon, Q je jalový). V inženýrských výpočtech je součet činné a jalové energie vždy reprezentován jako komplexní číslo, ve tvaru P+jQ, protože ve skutečnosti se vektory Q a P od sebe liší o určitý úhel a řešení takových rovnic pomocí komplexních čísel zcela vyhovuje průběhu a výsledkům výpočtů.
Pro praktické stanovení účinnosti je nutné změřit výkon v primárním a sekundárním vinutí a připojit k zátěži aktivní odpor pro zajištění maximálního účiníku (cosφ=1). Tato metoda platí při měření účinnosti transformátoru dvouwattmetrovou metodou, případně metodou přímého měření. Pokud totiž snížíte hodnotu účiníku, bude měření poměrů poněkud nepřesné.
Na co se spotřebuje energie v transformátoru při přeměně? V transformátoru existují dva typy ztrát. První jsou ztráty v mědi transformátoru, tzn. ve vinutích. Jedná se o ztráty na aktivním odporu vinutí transformátoru. Ztráty energie se odvádějí jako teplo do okolí. Druhým typem ztráty je ztráta v důsledku remagnetizace jádra transformátoru. Říká se jim také ztráty transformátorového železa. Tito. nejde o nic jiného než o ztráty v důsledku hystereze a vířivých proudů, které vznikají v magnetickém obvodu. Pro snížení vlivu vířivých proudů je jádro transformátoru laminováno, to znamená rozděleno na desky izolované od sebe, nasměrované podél toku magnetického toku.
Moderní průmyslové transformátory mají díky vrstvenému jádru účinnost 90 %. Účinnost domácích transformátorů je nižší v závislosti na kvalitě transformátorové oceli a správnosti vinutí a pohybuje se od 60% nebo více.
Pro stanovení ztrát v transformátorové oceli je nutné provést zkoušku chodu naprázdno. Jmenovité napětí je přivedeno na primární vinutí a sekundární vinutí zůstává nepřipojené k zátěži. Pokud změříte spotřebu proudu, můžete vypočítat ztrátu výkonu. Protože sekundární vinutí není zatíženo a jádrová ocel není nasycena, pro střídavý proud bude primární vinutí představovat velký indukční odpor, vliv činného odporu při takovém proudu je zanedbatelný, proto uvažujeme, že celý proud spotřebovaný transformátorem v tomto režimu bude ztrátový proud v jádrové oceli.
A k určení ztrát v mědi transformátoru je nutné provést zkoušku zkratu. K tomu je sekundární vinutí zkratováno a do přerušení obvodu je instalován ampérmetr. Přímo nebo přes proudový transformátor – záleží na velikosti protékajícího proudu. K primárnímu vinutí je připojen nastavitelný zdroj střídavého proudu, například laboratorní autotransformátor (LATR). Postupným zvyšováním hodnoty napětí na primáru je dosaženo jmenovité hodnoty proudu v sekundáru. Napětí na primárním vinutí, při kterém je stanoven jmenovitý proud na sekundárním vinutí, se nazývá zkratové napětí. Podle toho se pomocí této hodnoty zjistí skutečný zkratový proud transformátoru, určí se přesný transformační poměr a také se vypočítají ztráty transformátoru ve vinutí, protože ocel jádra není nasycena, pak v oceli proudí malý magnetický tok, jehož ztráty lze zanedbat.