چرا ولتاژ ترانسفورماتور شما تحت بار کاهش می یابد: تنظیم و درصد امپدانس (%Z)

مقدمه

شیر آب را تصور کنید: آن را به طور کامل باز کنید و فشار در دهانه آب کمی کاهش می یابد، زیرا خود لوله در برابر جریان مقاومت می کند. یک ترانسفورماتور همان ترفند را با برق انجام می دهد. وظیفه آن تغییر ولتاژ AC است - اما لحظه ای که یک بار را وصل می کنید و جریان شروع به جریان می کند، ولتاژ خروجی دیگر دقیقاً عددی نیست که روی پلاک چاپ شده است. میزان "افت" آن را تنظیم ولتاژ می نامند و علت اصلی آن امپدانس داخلی ترانسفورماتور است که معمولاً به عنوان درصد امپدانس (%Z) ذکر می شود.

اصل و تعریف

یک ترانسفورماتور واقعی ایده آل نیست. سیم پیچ های آن دارای مقاومت هستند و نشت مغناطیسی بین سیم پیچ ها راکتانس ایجاد می کند. آنها با هم یک امپدانس سری Z را تشکیل می دهند. هنگامی که جریان بار I جریان می یابد، یک افت ولتاژ I·Z در داخل واحد ظاهر می شود، بنابراین ولتاژ پایانه ثانویه کاهش می یابد.

تنظیم ولتاژ به صورت زیر تعریف می شود:

تنظیم % = (V_بدون بار − V_بار کامل) / V_بار کامل × 100%

که در آن V_no-load ولتاژ ثانویه مدار باز و V_full-load ولتاژ در جریان نامی است. یک ترانسفورماتور کامل 0٪ خواهد بود. واحدهای عملی حدود 2 تا 5 درصد اجرا می شوند. طبق IEC 61558-1:2017 ، ولتاژ خروجی تحت بار نامی ممکن است تا 5٪ از مقدار نامی (یا 10٪ برای انواع ذاتاً ضد اتصال کوتاه) منحرف شود - به بند 11 (ولتاژ خروجی و جریان خروجی تحت بار) و بند 12 (بدون بار ولتاژ) مراجعه کنید.

درصد امپدانس از آزمایش اتصال کوتاه به دست می آید:

%Z = (V_sc / V_rated) × 100%

که در آن V_sc ولتاژ اولیه مورد نیاز برای فشار دادن جریان کامل بار در هنگام اتصال ثانویه است (IEC 61558-1:2017، بند 13 - ولتاژ اتصال کوتاه). طبق قرارداد، این دو رقم از نظر عددی برابر هستند، بنابراین "تنظیم" و "%Z" اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند. مقادیر معمولی: ترانسفورماتورهای توزیع 4٪ -6٪ ، ترانسفورماتورهای قدرت 6٪ -15٪ ، واحدهای کوره 10٪ -20٪ .

مثال کاربردی

فرض کنید یک ترانسفورماتور کنترلی 24 ولتی 25.5 ولت را بدون هیچ چیز متصل و 24.1 ولت در بار نامی کامل می خواند. تنظیم = (25.5 - 24.1) / 24.1 × 100 ≈ 5.8٪ - کمی بالا، نشان دهنده امپدانس داخلی نسبتاً بالایی است. در پانلی که چندین بار در یک ترانسفورماتور مشترک هستند، یک واحد با %Z بالا باعث می‌شود چراغ‌ها کم‌نور شوند و رله‌ها هنگام راه‌اندازی موتور به صدا در می‌آیند. برعکس، %Z عمداً در خدمات شبکه و کوره افزایش می‌یابد زیرا امپدانس بالاتر جریان خطا را محدود می‌کند و هماهنگی شکن را آسان می‌کند.

تصور اشتباه رایج / واقعیت جالب

تصور غلط: "ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور ثابت است - این فقط یک نسبت چرخش است." درست نیست: نسبت ولتاژ بدون بار را تنظیم می کند. ولتاژ بارگذاری شده به جریان و ضریب توان بار بستگی دارد. بارهای القایی (موتور) افت را بدتر می کند، به همین دلیل است که تنظیم معمولاً با تاخیر ضریب توان 0.8 مشخص می شود.

واقعیت جالب: با یک بار خازنی (پیشرو)، افت راکتیو می تواند به شدت با بار مقاومتی مخالفت کند که ولتاژ بار کامل در واقع از ولتاژ بدون بار بالاتر می رود - تنظیم منفی ، اثر فرانتی. در توزیع روزمره نادر است، اما واقعی است.