Transformerens vektor diagram: Ett nödvändigt verktyg för felanalys
En transformator är en enhet som överför elektrisk energi från ett krets till en annan genom elektromagnetisk induktion. Transformatorer används vidare inom energisystem för att öka eller minska spänningar, isolera kretsar och balansera belastningar. Transformatorer kan delas in i olika typer beroende på deras konstruktion, virvelkonfiguration och vektorgrupp.
Ett vektordiagram för en transformator är en grafisk representation av fasförhållandena mellan primära och sekundära spänningar och strömmar i en transformator. Det är ett viktigt verktyg för att förstå transformatorns prestanda och beteende under olika driftvillkor och felscenarior.
I denna artikel kommer vi att förklara vad ett vektordiagram för en transformator är, hur man ritar det och hur man använder det för felanalys. Vi kommer också att diskutera de olika typerna av transformatoranslutningar och vektorgrupper samt deras implikationer för skydd och samordning av energisystem.
Vad är ett vektordiagram?
Ett vektordiagram är ett diagram där en eller flera vektorer kan representeras. En vektor är en storhet som har både magnitud och riktning. Inom elkraftsteknik representeras ofta växelströms stora som spänningar och strömmar med vektorer, eftersom de varierar i magnitud och riktning med tiden.
På ett vektordiagram representeras växelstorheter med pilar. Längden på pilen representerar den effektiva värdet av växelstorheten. Vinkeln representerar fasvinkeln för storheten i förhållande till en referensaxel eller en annan storhet. Pilspetsen representerar riktningen i vilken storheten verkar.
När en elkvantitet verkar bort från källan mot belastningen anses vektorn som representerar kvantiteten vara positiv. När den verkar mot källan från belastningen anses den vara negativ.
Vad är ett vektordiagram för en transformator?
Ett vektordiagram för en transformator är ett vektordiagram som visar fasförhållandena mellan primära och sekundära spänningar och strömmar i en transformator. Det visar också fasförflyttningen och polariteten hos transformatorns virvlar.
Ett vektordiagram för en transformator kan ritas för någon typ av transformator, såsom enfasig eller trefasig, stjärn- eller deltaansluten, eller med olika virvelkonfigurationer och vektorgrupper.
Ett vektordiagram för en transformator kan hjälpa oss att:
Bestämma ekvivalentkretens parametrar för en transformator, såsom impedans, motstånd, reaktans, och förluster.
Analysera prestanda och effektivitet för en transformator under olika lastvillkor, såsom tomgång, fullbelastning, överbelastning eller kortslutning.
Identifiera och diagnostisera fel i en transformator eller dess associerade kretsar, såsom öppen krets, kortslutning, jordfel eller mellanvarvsfel.
Välja och samordna skyddsenheter för en transformator, såsom säkringar, brytare, reläer eller differentiella skyddsscheman.
Verifiera korrekt anslutning och polaritet för en transformator under installation eller kommissionering.
Hur ritar man ett vektordiagram för en transformator?
För att rita ett vektordiagram för en transformator behöver vi veta följande information:
Den nominala spänningen och strömmen för primära och sekundära virvlar i transformatorn.
Virvelkonfigurationen och anslutningen av transformatorn, såsom stjärn- eller deltaansluten.
Vektorgruppen för transformatorn, vilket indikerar fasförflyttningen och polariteten hos virvlarna.
Lastimpedansen och effektivitetsfaktorn för transformatorn.
Stegen för att rita ett vektordiagram för en transformator är:
Välj en referensaxel för diagrammet. Vanligtvis väljs den horisontella axeln som referensaxel.
Rita den primära spänningsvektorn längs referensaxeln med dess positiva riktning pekande åt höger. Märk den som V1.
Rita den sekundära spänningsvektorn med dess längd proportionell till dess effektiva värde och dess vinkel enligt dess vektorgrupp. Märk den som V2.
Rita den primära strömsvektorn med dess längd proportionell till dess effektiva värde och dess vinkel enligt dess effektivitetsfaktor. Märk den som I1. Riktningen av I1 bör vara motsatt till V1 om den primära virveln levererar energi till den sekundära virveln.
Rita den sekundära strömsvektorn med dess längd proportionell till dess effektiva värde och dess vinkel enligt dess effektivitetsfaktor. Märk den som I2. Riktningen av I2 bör vara motsatt till V2 om den sekundära virveln tar emot energi från den primära virveln.
Rita lastimpedansvektorn med dess längd proportionell till dess värde och dess vinkel enligt dess effektivitetsfaktor. Märk den som ZL. Riktningen av ZL bör vara motsatt till I2 om lasten är passiv (resistiv eller reaktiv).
Rita eventuella andra vektorer som är relevanta för analys, såsom impedans, motstånd, reaktans, förluster, etc.
Exempel: Vektordiagram för en enfasig transformator
Låt oss betrakta en enfasig transformator med följande specifikationer:
