1.7 Изменение вторичного напряжения и внешние характеристики трансформатора

Поскольку ток холостого хода в современных силовых трансформаторах сравнительно мал, во многих случаях при расчетах используют упрощенную схему замещения (рисунок 1.11, а) без намагничивающего контура. Воспользуемся ею для определения вторичного напряжения трансформатора при различных нагрузках. Погрешность в определении первичного тока, вызванная таким упрощением, при нагрузках, близких к номинальной, составляет примерно 0,1%, что вполне допустимо.

На рисунке 1.11, б изображена векторная диаграмма для упрощенной схемы замещения при активно-индуктивной нагрузке трансформатора.

Рисунок 1.11 – Упрощенная схема замещения трансформатора (а), ее векторная диаграмма при активно-индуктивной нагрузке (б)

В диаграмме вектор представляет собой результирующее активное падение напряжения в приведенном трансформаторе, вектор – результирующее реактивное падение напряжения, а вектор – результирующее полное падение напряжения, = + .

Изменение вторичного напряжения при переходе от режима холостого хода к нагрузке выражают в процентах от номинального напряжения,

Δu_% =  100%. (1.44)

Переходя к приведенным значениям с учетом того, что

имеем

Δu_% =  100%. (1.45)

Из диаграммы рисунок 1.11, б следует, что из-за малости угла (φ₁ – φ₂) можно приближенно за модуль вектора напряжения принять его проекцию на направление вектора , т. е. отрезок .

Тогда , но отрезок из диаграммы также равен .

Таким образом, относительное изменение напряжения

Δu_% =  100%. (1.46)

Обозначим , где β – коэффициент нагрузки трансформатора. Тогда

Δu_% = β  100%. (1.47)

Так как , а , то окончательно относительное изменение напряжения можно представить уравнением

Δu_%= β (u_ка% u_кр% ), (1.48)

где u_ка% и u_кр% – активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, выраженные в процентах.

Анализ уравнения (1.48) показывает, что Δu_% зависит как от величины нагрузки (β), так и от ее характера ( ).

При заданном значении β относительное изменение Δu_% зависит от величины угла φ₂. В силовых трансформаторах при чисто активной нагрузке (φ₂ = 0) величина Δu_% невелика; при активно-индуктивной нагрузке (φ₂ > 0) – возрастает; при активно-емкостной нагрузке (φ₂ < 0) – может стать отрицательной.

Внешняя характеристика трансформатора

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость при , и .

Н апряжение на зажимах вторичной обмотки

;

(1.49)

или .

В трансформаторах средней и большой мощности x_К > r_К, а следовательно, Δu_кр% > Δu_ка%. Поэтому с ростом тока нагрузки изменяются Δu_% и выходное напряжение , причем при активно-индуктивной нагрузке (φ₂ > 0) напряжение уменьшается в большей степени, чем при активной нагрузке (φ₂ = 0). При активно-емкостной нагрузке (φ₂ < 0) напряжение при некоторых углах φ₂ может стать больше, чем .

В трансформаторах малой мощности r_К > x_К, поэтому Δu_ка% > Δu_кр% и с ростом тока напряжение уменьшается при любом характере нагрузки. Внешние характеристики трансформатора представлены на рисунке 1.12.

Рисунок 1.12 – Внешние характеристики трансформаторов большой (а) и малой (б) мощности при различных характерах нагрузки