6. Внешняя характеристика трансформатора Слайд № 28

Рабочие свойства трансформатора характеризуются зависимостью напряжения на нагрузке U₂ и к.п.д. η от тока I₂.

Зависимость U₂ = f(I₂) при различном характере нагрузки (активной, реактивной, емкостной) называется внешней характеристикой трансформатора.

Внешняя характеристика трансформатора U₂ = f(I₂) и зависимость η = f(I₂) могут быть получены опытным путем или рассчитаны по эквивалентной схеме замещения. В последнем случае уравнение электрического состояния, полученное из Г-образной схемы замещения, имеет вид:

.

Вид зависимости U₂ = f(I₂) определяется характером нагрузки.

Слайд № 28, слева вверху

Так, при емкостном характере нагрузки (cosφ < 0) с ростом тока I₂ напряжение U₂ возрастает, а при индуктивном характере (cosφ > 0) падает.

Коэффициент полезного действия трансформатора η равен отношению полезной активной мощности Р₂ ко всей активной мощности, поступающей из сети:

η = Р₂/P₁ = P₂/(P₂+ΔP_c +ΔP_м),

где ΔP_c – потери в стали магнитопровода;

ΔP_м – потери мощности в обмотках.

Полезная мощность трансформатора при любом характере нагрузки

Р₂ = U₂I₂cosφ₂ = βS_нcosφ₂,

где S_н – полная мощность трансформатора, В∙А;

β = I₂/I_2н – коэффициент нагрузки.

Потери в стали ΔP_c не зависят от нагрузки и равны потерям холостого хода. Потери в обмотках ΔP_м пропорциональны квадрату тока

После подстановки выражение для η будет иметь вид:

η = (βS_нcosφ₂)/(βS_нcosφ₂+ ΔР_с + ΔР_мнβ²)

Зависимости ΔР_м, ΔР_с и η от коэффициента нагрузки β представлены на слайде (рис. 28).

Слайд № 28 справа внизу

Зависимость η = f (β) имеет максимум. Посредством подбора параметров обмоток и магнитопровода для силовых трансформаторов выбирают η_max при β = 0,5÷0,7, так как они обычно работают большее время с недогрузкой.

7. Особенности трехфазных трансформаторов и автотрансформаторов

7.1. Трехфазные трансформаторы Слайд № 29

Конструктивно трехфазные трансформаторы выполняют стержневыми. На каждом из трех стержней размещают первичную и вторичную обмотки одной фазы. Результирующие МДС каждой фазы смещены друг относительно друга на 120°, сумма векторов магнитных потоков равна нулю ( ). Фазы первичной и вторичной обмоток могут соединяться в звезду (Y) и треугольник (Δ). Поэтому векторы линейных напряжений и могут не совпадать по фазе. Сдвиг по фазе указывается группой соединения обмоток (На слайде № 29 справа).

Так, например, на Слайде № 29 справа вверху показана группа соединения Y/Y–0, где 0 указывает на совпадение фазы А вторичной обмотки с фазой А первичной.

На Слайде № 29 справа внизу показана схема соединения Y/Δ–11, здесь 11 указывает, что вектор напряжения первичной обмотки опережает по фазе вторичной обмотки на 30° и совпадает с положением часовой стрелки на цифре 11.

В системах большой мощности трехфазные трансформаторов выполняются с использованием трех однофазных трансформаторов. Это вызвано тем, что трехфазный трансформатор большой мощности имеет такие большие габариты и массу, что его невозможно транспортировать доже специальным транспортными средствами (железнодорожным, морским, речным и автотранспортом).

Для трехфазных трансформаторов эквивалентные схемы замещения изображаются для одной фазы и имеют такой же вид, как и для однофазного трансформатора. Параметры схемы замещения определяются из опытов холостого хода и короткого замыкания.