6.2.8. Внешние характеристики трансформатора

Рассмотрим режим работы трансформатора при различных значениях комплексного сопротивления нагрузки . Если напряжение между выводами первичной обмотки трансформатора постоянно и равно номинальному значению U₁ = U_1ном, то при изменении комплексного сопротивления нагрузки изменяются токи в обмотках трансформатора и и вторичное напряжение .

Чтобы определить изменение вторичного напряжения, его обычно приводят к числу витков первичной обмотки. Изменением напряжения называется разность действующих значений приведенного вторичного напряжения при холостом ходе и при заданном комплексном сопротивлении нагрузки. Первое из них практически равно U_1ном. Следовательно, изменение напряжения равно U_1ном - . Оно выражается обыкновенно в процентах номинального первичного напряжения и называется процентным изменением напряжения трансформатора:

(6.24)

Внешняя характеристика трансформатора определяет зависимость изменения вторичного напряжения U₂ от тока нагрузки 1₂ =I₁/n₂₁ при постоянном коэффициенте мощности приемника φ₂ = const и номинальном первичном напряжении U₁ = U_1ном. Часто для определения внешней характеристики пользуются относительными единицами, т. е. отношением вторичного напряжения к его номинальному значению U_2ном.=n₂₁U_1ном, и коэффициентом загрузки трансформатора

k_з = I₂/I_2ном, (6.25)

где I_2ном – ток нагрузки при номинальном первичном токе I₁ = I_1ном.

Рис. 6.24

На рис. 6.24 представлена внешняя характеристика трансформатора в относительных единицах, которая при φ₂ > 0 представлена для двух значений cosφ₂.

6.2.9. Однофазные автотрансформаторы

В ряде случаев при передаче электроэнергии требуется соединить через трансформатор электрические цепи, отношение номинальных напряжений которых не превышает 2, например, цепи высокого напряжения 110 и 220 кВ. В подобных случаях экономически целесообразно вместо трансформатора применить автотрансформатор, так как его КПД выше, а размеры меньше, чем у трансформатора той же номинальной мощности.

Автотрансформатор отличается от трансформатора тем, что имеет лишь одну обмотку — обмотку высшего напряжения, а обмоткой низшего напряжения служит часть обмотки высшего напряжения. Обмотка высшего напряжения автотрансформатора может быть первичной (рис. 6.25, а) или

вторичной (рис. 6.25, б).

Рис. 6.25

Изменением положения точки а на обмотке автотрансформатора (см. рис. 6.25) можно плавно регулировать вторичное напряжение, например в лабораторных автотрансформаторах (ЛАТР), у которых одним из выводов вторичной цепи служит подвижный контакт.

6.2.10. Измерительные трансформаторы

Трансформатор напряжения. Принципиальная схема трансформатора напряжения (ТН) показана на рис. 6.26.

Рис. 6.26

Такой трансформатор подобен силовому трансформатору небольшой мощности. Его первичная обмотка — обмотка ВН с большим числом витков w₁ — включается в цепь, напряжение U₁ которой нужно измерить, а к вторичной обмотке со значительно меньшим числом витков w₂ — обмотке НН U₂ — присоединяются параллельно друг другу вольтметр и цепи напряжения других приборов. Обычно обмотки w₁ и w₂ концентрические — обмотка ВН окружает обмотку НН, как и в силовых трансформаторах. Один вывод вторичной обмотки и корпус трансформатора заземляются. Это делается на случай повреждения изоляции, а также для того, чтобы замкнуть на землю цепь тока, показанную на рис. 6.26 штриховой линией, через емкость между первичной и вторичной обмотками трансформатора. Наличие этого тока в цепи приборов снижает точность измерения.

Сопротивление вольтметра и цепей напряжения измерительных приборов относительно велико (порядка тысяч Ом), т. е. ТН работает в условиях, близких к режиму холостого хода силового трансформатора.

Погрешность напряжения, выражаемая в процентах, есть погрешность в измерении первичного напряжения, отнесенная к действительному значению этого напряжения:

где U_1ном и U₁ — измеренное и действительное первичные напряжения.

Угловая погрешность определяется как угол между векторами вторичного и первичного напряжений, подобной диаграмме на рис. 6.19. Она измеряется в минутах и считается положительной, если вектор вторичного напряжения опережает вектор первичного напряжения.

Трансформатор тока. Трансформатор тока (ТТ) со стороны первичной обмотки включается как амперметр, т. е. последовательно с контролируемым объектом (рис. 6.27), а его вторичная обмотка замыкается непосредственно через амперметр и цепи тока других измерительных приборов. При отключении измерительных приборов вторичную обмотку ТТ необходимо замкнуть ключом S (рис. 6.27). Суммарное сопротивление амперметра и цепей тока измерительных приборов мало (обычно меньше 2 Ом), поэтому ТТ работает в условиях, близких к режиму короткого замыкания трансформатора. Напряжение вторичной обмотки ТТ определяется падением напряжения на относительно малом сопротивлении цепей измерительных и соединительных проводов (обычно 1 — 12 В). Малому напряжению вторичной обмотки соответствует малое значение ЭДС Е₂, а следовательно, и малое значение магнитного потока в магнитопроводе ТТ:

Рис. 6.27

Следовательно, первичный ток может быть определен умножением вторичного тока на постоянный коэффициент трансформации n₂₁.

Таким образом, включение ТТ дает возможность определить ток в цепях ВН на основании измерения небольшого тока с соблюдением мер безопасности. Кроме того, ТТ часто применяется для измерения больших токов в установках с напряжением ниже 1000 В. При правильном соединении выводов ТТ и выводов цепей измерительных приборов ток в измерительных приборах и ток в первичной обмотке ТТ совпадают по фазе. Если амперметр предназначен для постоянной работы с определенным ТТ, то на его шкале наносятся непосредственно значения первичного тока. Вторичный номинальный ток у всех ТТ имеет одно и то же стандартное значение 5 А (в неко­торых специальных случаях 1 А).