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. 21. 10).

,

,

г де – ток нагрузки при номинальном токе первичной обмотки, – коэффициент загрузки трансформатора.

Так как , U_2Н = n₂₁∙U₁, a ∆U = ∆U*∙U_2Н/100, то достаточно просто получить равенство, определяющее значение ординаты внешней характеристики трансформатора:

,

где определяется по (21.27).

Раскроем правую часть последнего равенства:

. (21.29)

Выражение (21.29) показывает, что напряжение на выходе трансформатора зависит от параметров его внутреннего сопротивления (R_К, X_к), коэффициента мощности cos₂ и коэффициента загрузки. 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 определя-ется 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

. (21.30)

Мощность потерь в трансформаторе ∆Р 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 коэффициента загрузки трансформатора,

можем записать:

.

Теперь выражение (21.24) можно записать в виде:

, (21.31)

где – мощность потерь в проводах обмоток при номинальных токах.

Величина Р_КН постоянная и определяется в опыте короткого замыкания.

Мощность на выходе трансформатора определяется известным выражением

. (21.32)

Так как , то и . Тогда, применяя коэффициент загрузки трансформатора, перепишем (21.32) в виде:

, (21.33)

где S_H - полная номинальная мощность трансформатора.

Подставляя (21.31) и (21.33) в (21.30) 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 отношение Р_С / Р_КН = 0,5 ÷ 0,25.