96kw: ÚČINNOST TRANSFORMÁTORU

„Náš svět je ponořen do obrovského oceánu energie, létáme v nekonečném prostoru nepochopitelnou rychlostí. Všechno kolem se točí, pohybuje – všechno je energie. Máme před sebou obrovský úkol – najít způsoby, jak tuto energii extrahovat. Potom, čerpající z tohoto nevyčerpatelného zdroje, bude lidstvo postupovat obrovskými kroky.“ Nikola Tesla (1891)

Sobota 4. srpna 2018

ÚČINNOST TRANSFORMÁTORU

§ 3.5. ÚČINNOST TRANSFORMÁTORU
Na rozdíl od elektrických strojů nemá transformátor žádné pohyblivé části, takže během provozu nemá žádné mechanické ztráty. Ztráty, ke kterým dochází během provozu transformátoru, zahrnují ztráty způsobené hysterezí (jako výsledek konstantní cyklické remagnetizace jádra), vířivými proudy a zahříváním vodičů vinutí. Jiné ztráty v transformátoru prakticky nejsou.

Účinnost transformátoru je poměr dodaného činného výkonu ke spotřebovanému výkonu.

kde P1 je výkon odebíraný ze sítě, P2 je výkon dodávaný do zátěže. Pro praktické stanovení účinnosti transformátoru při jmenovité zátěži je tedy nutné změřit výkon v primárním a sekundárním vinutí. Toto měření lze značně zjednodušit zahrnutím aktivní zátěže do sekundárního vinutí (obr. 3-10). Poté (svodový tok je malý) a výkon lze vypočítat z údajů ampérmetru a voltmetru zahrnutých v sekundárním okruhu. Tato metoda

Metoda stanovení účinnosti se nazývá metoda přímého měření. Tato metoda je velmi jednoduchá, ale má dvě významné nevýhody: nízkou přesnost a nehospodárnost. Nízká přesnost je způsobena tím, že účinnost transformátorů je velmi vysoká (až 99 % a vyšší) a v některých případech (zejména u výkonových transformátorů) se výkony P2 a P1 liší jen málo, takže drobné chyby v odečtech přístrojů povedou k výrazným zkreslením výsledku výpočtu účinnosti.

Neefektivita této metody spočívá ve vysoké spotřebě energie při testování, protože transformátory musí být zatíženy na jmenovitý výkon. Metoda přímého měření proto nenašla průmyslové uplatnění, ale lze ji použít pro nízkovýkonové transformátory s nízkou účinností (například ve vzdělávací praxi).

V praxi se účinnost transformátorů zjišťuje nepřímou metodou, tedy samostatným stanovením ztrát, na základě skutečnosti, že účinnost transformátoru lze znázornit takto:

kde Pst jsou ztráty v oceli (v jádře) a Pm jsou ztráty v mědi (ve vinutí) naměřené při zkouškách naprázdno a při zkouškách nakrátko.

Ke stanovení ztrát se obvykle používají dva experimenty: pokus naprázdno a pokus nakrátko.

Při zkoušce naprázdno, kdy je na primární vinutí I přivedeno jmenovité napětí a sekundární vinutí II je ponecháno otevřené, se zjišťují ztráty v transformátorové oceli, tj. ztráty hysterezí a vířivými proudy (obr. 3-11). Tyto ztráty závisí na frekvenci proudu a na hodnotě magnetického toku. Vzhledem k tomu, že frekvence proudu je konstantní (50 Hz), a magnetický tok při jmenovitém napětí na primárním vinutí je také prakticky konstantní, pak bez ohledu na to, zda je transformátor zatížen nebo ne, jsou pro něj ztráty v železe konstantní hodnotou. Lze tedy uvažovat, že v klidovém režimu se energie spotřebovaná transformátorem ze sítě vynakládá pouze na ztráty v oceli, proto je výkon těchto ztrát měřen wattmetrem zařazeným do primárního okruhu. To však nezohledňuje ztráty způsobené ohřevem vodiče primárního vinutí proudem naprázdno. Ale tento proud je nepatrný a ztráty z něj jsou také nepatrné. V tomto experimentu je také stanoven transformační poměr k a proud naprázdno I01.

Pokud je sekundární vinutí transformátoru zkratováno,

a pokud je na primární vinutí přivedeno takto snížené napětí (ve školní praxi např. z RNSh), při kterém proudy ve vinutích nepřekračují své jmenovité hodnoty, pak se energie spotřebovaná transformátorem ze sítě vynakládá především na tepelné ztráty ve vodičích vinutí transformátoru (obr. 3-12). Ve skutečnosti se při zkratu sekundárního vinutí na primární vinutí přivede snížené napětí, takže magnetický tok je velmi malý a ztráty v železe v závislosti na hodnotě magnetického toku jsou také malé. Tento experiment se nazývá zkratový experiment.

Proto wattmetr připojený k primárnímu obvodu transformátoru při zkratovém pokusu ukáže výkon odpovídající ztrátám mědi Rm