Внешние характеристики трансформатора.

В трансформаторах большой и средней мощности, т.е. обычного исполнения, ток холостого хода сравнительно мал(0.510 % от ). Поэтому для нахождения падения напряжения пользуются упрощенной схемой замещения без намагничивающей ветви .

При номинальных токах погрешность в определении первичного тока от пренебрежения намагничивающей ветвью, а значит, и током холостого хода, составляет около 0.1 %.

.

Строим векторную диаграмму:

Из-за малости угла () считаем модулем отрезок Тогда падение напряжения представится отрезком |AC|:

Величина при номинальном токе численно равна в опыте короткого замыкания. Поэтому относительное его значение может быть представлено в виде :

может быть представлено как сумма относительных значений активной и реактивной составляющих падения напряжения:

это можно выразить в процентах. Напряжение короткого замыкания % указывается в паспорте трансформатора. В силовых трансформаторах: =515%. Зная , можно найти ток эксплуатационного короткого замыкания:

(*)

В трансформаторах малой мощности при =50Гц =2050%; при =400Гц =525%.

Причем большие величины относятся к трансформаторам меньшей мощности. В силовых трансформаторах ток эксплуатационного короткого замыкания превышает номинальный в 720 раз. Для его ограничения обмотки мощных силовых трансформаторов выполняются с повышенным сопротивлением.

Относительное значение активной составляющей падения напряжения зависит от номинальной мощности трансформатора:

тем больше, чем больше габариты. Можно доказать, что в геометрически подобных трансформаторах при уменьшении , уменьшается медленнее. Отсюда следует, что падение напряжения , а значит, и в трансформаторе малой мощности будет значительно больше, чем в трансформаторе большей мощности, соответственно будет меньше отношение . (см.*)

Реактивная составляющая

При уменьшении номинальной мощности обычно уменьшается величина воздушных промежутков между первичной и вторичной обмотками, вследствие чего становятся меньшими (т.е. относительное значение к ). Трансформатор становится компактнее. Величина уменьшается.

Таким образом, в малых трансформаторах ; соответственно в силовых трансформаторах:  ; соответственно

С повышением частоты питающего напряжения величина при заданных габаритах увеличивается.

Отношение уменьшается и уменьшается . Потому трансформаторы малой мощности, работающие на повышенных частотах, по соотношению и приближаются к мощным трансформаторам.

Обычно, определяют падение напряжения U в трансформаторе при и номинальной частоте f как алгебраическую разность

- вторичное напряжение при холостом ходе;

- вторичное напряжение при нагрузке.

При холостом ходе отсутствует или очень мало падение напряжения в обмотках трансформатора. Поэтому получаем:

Таким образом, выражение для падения напряжения U в относительных единицах записывается:

Из выражения для падения напряжения видно, что оно пропорционально току нагрузки: . Поэтому, если ввести понятие коэффициента нагрузки

, то, умножив правую часть на , получим :

(**), видно, что при заданном  относительная величина падения напряжения u% зависит от фазового угла (в частности, - от cos). Учитывая сказанное выше о величинах и для силовых трансформаторов и трансформаторов малых мощностей внешние характеристики трансформаторов (для построения внешней характеристики может быть использована формула ), под которыми понимается зависимость

при различных характеристиках нагрузки зависимость имеет вид:

Те же характеристики для трансформаторов малой мощности имеют вид:

Тот или иной вид характеристики получался в связи с различным «удельным весом» % и % в силовых и микротрансформаторах внешние характеристики зависят от мощности трансформатора при одинаковых . Действительно, из приведенных выше выражений следует, что при заданном  величина u% зависит от cos. Выше мы указали, что в силовых трансформаторах % больше %, поэтому при чисто активной нагрузке и прочих равных условиях падение напряжения меньше, чем при индуктивной. А при емкостном характере нагрузки <0 с ростом  U может изменить знак (). То, что напряжение на нагрузке может быть больше напряжения на зажимах первичной обмотки при активно-емкостной нагрузке, видно и из (**), и из векторной диаграммы.

При активно-индуктивной нагрузке микротрансформаторов, чем меньше cos, тем выше располагаются внешние характеристики.

Лекция 8.