3.Внешняя характеристика трансформатора

Внешняя характеристика трансформатора определяет зависимость напряжения вторичной обмотки U₂ от тока вторичной обмотки I₂ при постоянном коэффициенте мощности cos ₂ = const и номинальном напряжении первичной обмотки U₁. Часто для определения внешней характеристики пользуются относительными единицами (рис.14.6).

где - ток нагрузки при номинальном токе первичной обмотки;

- коэффициент загрузки трансформатора,

а также:

Так как , то:

,

где определяется по (14.7).

Таким образом, ордината внешней характеристики определяется выражением:

(14.9)

где .

Выражение (14.9) показывает, что напряжение на выходе трансформатора зависит от его внутреннего сопротивления (R_К, X_к), коэффициента мощности cos ₂ и коэффициент загрузки, т.е. график представляет наклонную линию. Трансформаторы проектируют так, чтобы при номинальном токе вторичной обмотки снижение выходного напряжения не превышало 5 10% от номинального.

4.Коэффициент полезного действия трансформатора

Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора определяется отношением активной мощности Р₂ на выходе трансформатора к активной мощности Р₁ на его входе

.

Мощные современные трансформаторы могут иметь КПД больше 99%. В таких случаях мощности Р₂ и Р₁ настолько близки, что не существует измерительных приборов, способных их отличить. Поэтому КПД определяют косвенным методом, основанном на прямом измерении мощности Р₂ и мощности потерь Р.

Так как:

,

то:

(14.10)

Мощность потерь в трансформаторе равна сумме мощностей потерь в магнитопроводе - Р_С и в проводах Р_пр. Потери в магнитопроводе пропорциональны напряжению первичной обмотки U₁. Обычно трансформаторы работают при номинальном напряжении первичной обмотки. Поэтому считают Р_С= const. Их определяют в опыте холостого хода.

Потери в проводах обмоток определяются токами обмоток, которые в свою очередь зависят от характера нагрузки. Так как нагрузка силовых трансформаторов часто изменяется, то и потери в проводах переменные. Найдем выражение, удобное для их учета.

Для этого вспомним, что ток холостого хода трансформатора пренебрежимо мал, в сравнении с номинальным. Поэтому будем полагать, что в рабочем режиме:

.

Воспользовавшись понятием коэффициентом загрузки трансформатора, можем записать:

.

Теперь выражение (11.4) можно записать в виде:

(14.11)

где - мощность потерь в проводах обмоток при номинальных токах, определяется в опыте короткого замыкания.

Мощность на выходе трансформатора определяется известным выражением

(14.12)

Так как , то и. Тогда, применяя коэффициент загрузки трансформатора:

, (14.13)

где S_H - номинальная полная мощность трансформатора.

Подставляя (14.11) и (14.13) в (14.10) получаем окончательное выражение для КПД:

Выражение показывает, что КПД трансформатора зависит от значений коэффициента мощности нагрузки - cos ₂ и от коэффициента загрузки - К_З .

На практике максимум КПД достигается при средней нагрузке, когда К_З = 0,7 0,5, а