Operasi pengubah kuasa untuk beban aktif, induktif dan kapasitif

Transformer ialah mesin elektrik yang menukarkan arus ulang alik satu voltan kepada arus ulang alik voltan lain. Prinsip operasi pengubah adalah berdasarkan fenomena induksi elektromagnet.

Rangkaian penghantaran kuasa elektrik pertama menggunakan arus terus. Voltan dalam rangkaian bergantung pada kapasiti penebat bahan yang digunakan dan biasanya 110 V.

Dengan peningkatan dalam kuasa penghantaran rangkaian, ia menjadi perlu untuk meningkatkan keratan rentas wayar agar kehilangan voltan kekal dalam had yang dibenarkan.

Dan hanya ciptaan pengubah yang memungkinkan untuk menjana tenaga elektrik secara ekonomi di loji kuasa besar, menghantarnya pada voltan tinggi pada jarak jauh, dan kemudian mengurangkan voltan kepada nilai yang selamat sebelum menghantar elektrik kepada pengguna.

Tanpa pengubah, struktur grid kuasa hari ini dengan paras voltan tinggi dan ultra tinggi, sederhana dan rendah tidak akan dapat dilaksanakan. Transformer digunakan dalam kedua-dua rangkaian elektrik fasa tunggal dan tiga fasa.

Pengendalian pengubah kuasa tiga fasa sangat berbeza untuk beban yang dikendalikannya—aktif, induktif atau kapasitif. Dalam keadaan sebenar, beban pengubah ialah beban induktif aktif.

Rajah 1 — Pengubah kuasa tiga fasa

1. Mod beban aktif

Dalam mod ini, voltan penggulungan primer adalah dekat dengan nominal U1 = U1nom, arus belitan primer I1 ditentukan oleh beban pengubah, dan arus sekunder ditentukan oleh arus nominal I2nom = P2 / U2nom.

Menurut data pengukuran, kecekapan pengubah ditentukan secara analitik:

Kecekapan = P2 / P1,

di mana P1 ialah kuasa aktif belitan primer pengubah, P2 ialah kuasa yang dibekalkan kepada litar bekalan oleh belitan sekunder pengubah.

Kebergantungan kecekapan pengubah bergantung kepada arus relatif belitan primer ditunjukkan dalam rajah 2.

Rajah 2 — Kebergantungan kecekapan pengubah pada arus relatif belitan primer

Dalam mod beban aktif, vektor arus belitan sekunder adalah bersama-sama dengan vektor voltan belitan sekunder, oleh itu peningkatan dalam arus beban menyebabkan penurunan voltan pada terminal belitan sekunder pengubah.

Gambar rajah vektor mudah bagi arus dan voltan untuk jenis beban pengubah ini ditunjukkan dalam Rajah 3.

Rajah 3 — Gambarajah vektor ringkas bagi arus beban aktif pengubah dan voltan

2. Mod pengendalian untuk beban induktif

Dalam mod beban induktif, vektor arus belitan sekunder ketinggalan 90 darjah vektor voltan belitan sekunder. Penurunan nilai induktansi yang disambungkan kepada belitan sekunder pengubah menyebabkan arus beban meningkat, mengakibatkan penurunan voltan sekunder.

Gambar rajah vektor mudah bagi arus dan voltan untuk jenis beban pengubah ini ditunjukkan dalam Rajah 4.

Rajah 4 — Gambar rajah vektor ringkas bagi arus dan voltan pengubah dalam mod beban induktif

3. Mod operasi dengan beban kapasitif

Dalam mod beban kapasitif, vektor semasa belitan sekunder mendahului vektor voltan belitan sekunder sebanyak 90 darjah. Peningkatan dalam kapasitansi yang disambungkan kepada belitan sekunder pengubah menyebabkan arus beban meningkat, mengakibatkan peningkatan dalam voltan sekunder.

Gambar rajah vektor mudah bagi arus dan voltan untuk jenis beban pengubah ini ditunjukkan dalam Rajah 5.

Rajah 5 — Gambarajah Vektor Ringkas bagi Arus dan Voltan Mod Beban Kapasitif Transformer