9. Изменение вторичного напряжения трансформатора под нагрузкой.

Изменением напряжения трансформатора в относительных единицах называется арифметическая разность между вторичными напряжениями при холостом ходе и при номинальной нагрузке , отнесенная к напряжению при холостом ходе, если первичное напряжение неизменно и равно номинальному :

На рис. 3.6.5 приведена векторная диаграмма, построенная на основе упрощённой схемы замещения в относительных единицах для активно-индуктивной нагрузки R, L.

Н а диаграмме: ; в треугольнике к.з. гипотенуза , а угол при вершине равен . Сторона является также гипотенузой треугольника с углом при вершине равен , и катетами:

У читывая, что , можно использовать приближенное значение квадратного корня в следующем выражении:

В лияние второго члена весьма мало, особенно в области смешанной R, L нагрузки, когда и одного знака и близки по величине. Зависимость представлена на рис. 3.6.6. Её характерные точки:

При нагрузке, отличной от номинальной, стороны треугольника изменяются пропорционально коэффициенту нагрузки , поэтому . Из-за малости внешнюю характеристику трансформатора можно считать прямолинейной. Так как мало, то внешние характеристики трансформатора называют «жёсткими».

Вследствие колебания нагрузки происходят колебания и напряжения сети. Для поддержания уровня напряжения сети необходимо изменять коэффициенты трансформации трансформаторов, изменяя числа витков их первичных или вторичных обмоток. Это возможно сделать только у регулируемых трансформаторов, имеющих ответвления в обмотках. Включение или отключение части витков производится с помощью специального переключателя. Конструкция переключателя и его стоимость зависят от того, в каком режиме необходимо переключать витки трансформатора — при его работе под нагрузкой или в выключенном состоянии.

10. Потери и коэффициент полезного действия трансформатора.

К ПД трансформатора равен отношению его полезной отдаваемой мощности к потребляемой мощности:

Вообще в формуле в числителе и в знаменателе должно быть ещё m – число фаз, но оно сокращается.

К ПД мощных трансформаторов достигает 98-99 % и выше, поэтому определять его непосредственно по выше написанной формуле, изменяя мощности и , нельзя, так как это, помимо сложности самого измерения, может привести ещё и к большим погрешностям: . Поэтому КПД трансформатора находят косвенным путем, определяя отдельные потери, электрические из опыта КЗ и магнитные из опыта ХХ, и далее по формуле:

Энергетическая диаграмма трансформатора:

Так как поток сердечника с изменением тока нагрузки меняется крайне мало, а именно, несколько уменьшается вместе с ЭДС при активно-индуктивной нагрузке, и также незначительно возрастает при активно-ёмкостной нагрузке, то и магнитные потери при нагрузке мало отличаются от таковых при холостом ходе. Они считаются независящими от тока , и в качестве принимается мощность , потребляемая трансформатором при холостом ходе с номинальным напряжением. Потери в сердечнике составляются из потерь на вихревые токи и на перемагничивание и они постоянны.

Э лектрические потери в обмотках пропорциональны квадрату тока данной обмотки. При одном и том же токе во вторичной обмотке при нагрузке и при коротком замыкании, токи первичной обмотки в этих режимах будут несколько отличаться за счёт не одинаковых намагничивающих токов, что скажется и на общей сумме электрических потерь. Однако, пренебрегая, влиянием намагничивающих токов, электрические потери определяются из опыта КЗ по формуле:

где – мощность, потребляемая трансформатором при коротком замыкании с номинальными токами в обмотках.

П олезная мощность должна вычисляться как произведение тока на реальное напряжение , но, пренебрегая небольшим изменением , ( мало), можно считать, что полезная мощность пропорциональна коэффициенту нагрузки, учитывающему лишь отношение токов:

а - полная номинальная мощность трансформатора.

С такими допущениями получим:

Зависимость имеет пологий максимум при коэффициенте нагрузки:

, который находится из условия .

Для того чтобы максимум коэффициента полезного действия пришёлся на номинальную нагрузку, надо гак спроектировать трансформатор, чтобы , (говорят, «чтобы постоянные потери были равны переменным потерям»). Однако, ввиду пологого максимума кривой на рис.3.6.7, стремиться к этому не целесообразно. Обычно .

Экономичность работы ТР, с учётом изменения его нагрузки в разные времена года, оценивается отношением энергии, отданной в течение года во вторичную сеть, (в нагрузку) к энергии, потреблённой за то же время из первичной сети. Оно называется годовым коэффициентом полезного действия.