4.7. Векторная диаграмма рабочего режима трансформатора.

Векторная диаграмма рабочего режима трансформатора (рис.4.9) строится в следующей последовательности.

1) За базисный (основной) вектор принимается вектор рабочего магнитного потока Ф.

2)Направление е ЭДС Е₁ и Е₂ откладывают от направления вектора Ф под углом – 90^о

3) Вектор приведенного вторичного тока откладывают от направления е в сторону отставания под углом

Рис. 4.9. Векторная диаграмма трансформатора в рабочем режиме

4) Вектор приведенного вторичного напряжения откладывают от векторапод углом φ_Н в сторону опережения (рассматриваем случай активно-индуктивной R-L нагрузки, при которой напряжение опережает ток)

φ_н=arctg

5) Величину вектора приведенной вторичной ЭДС =E₁ определяют по уравнению равновесия напряжений вторичной обмотки:

Для этого из конца вектора строят векторпараллельно вектору, а затем из конца этого вектора откладывают вектор в сторону опережения на 90^о до пересечения с направлением е.

6) Строят вектор тока холостого хода I₀, опережающий вектор магнитного потока Ф на угол магнитных потерь α (обычно 4-6^о).

7) Вектор тока первичной обмотки I₁ находят по первому закону Кирхгофа

8) Напряжение U₁, приложенное к первичной обмотке, находят по уравнению равновесия напряжений для этой обмотки

При этом вектор I₁R₁ проводится из конца вектора –Е₁, противоположного вектору Е₁, параллельно вектору I₁, а вектор I₁Х₁ под углом 90⁰ к вектору I₁R₁ в сторону опережения.

9) Строят вектора магнитных потоков рассеяния Ф_δ1 и Ф_δ2, совпадающие по фазе с соответствующими токами I₁ и ₂.

4.8. Коэффициент полезного действия трансформатора.

При передаче электрической энергии трансформатором происходят потери активной электрической мощности ∆Р, состоящие из потерь в сердечнике (в стали) ∆Р_С, и потерь в проводах обмоток (в меди) ∆Р_М.

Обычно, у мощных трансформаторов общая величина потерь довольно мала (∆Р 13% Р_НОМ) и его КПД == 98 - 99%,

где Р₁ – мощность, потребляемая из сети, Р₂ – полезная мощность трансформатора.

Вследствие незначительности потерь определение КПД трансформатора как отношения мощностей Р₂ к Р₁ затруднено, т.к. при измерении этих мощностей погрешность измерений оказывается сравнимой с величиной потерь в трансформаторе.

Поэтому, КПД трансформатора определяют косвенным путем по данным потерь мощности, измеряемых в опытых холостого хода Р₀ и короткого замыкания Р_К с учетом коэффициента загрузки трансформатора ,

гдеI₂ – величина тока вторичной обмотки при фактической нагрузке трансформатора в рабочем режиме;

I_{2 ном} – номинальный ток вторичной обмотки;

где Р_2НОМ – номинальная активная мощность трансформатора;

Р₀ = ∆Р_{С НОМ} –номинальные потери в сердечнике (потери в стали), определяемые в опыте холостого хода. Это постоянные потери, не зависящие от коэффициента загрузки трансформатора.

Р_К = ∆Р_{М НОМ} – номинальные потери в обмотках трансформатора (потери в меди), определяемые в опыте короткого замыкания.

Поскольку потери в меди ∆Р_М пропорциональны квадрату тока и следовательно – квадрату коэффициента загрузки, их величину в любом режиме можно определить через номинальные потери и коэффициент загрузки: ∆Р_м =²∆Р_мном =²Р_К

Паспортную номинальную мощность трансформатора задают через полную мощность S_2ном, т.к. выбор трансформатора производится по требуемой полной мощности, т.е. с учетом коэффициента мощности нагрузки cosφ_н, который для различных потребителей может сильно различаться даже при одинаковой активной мощности.

Поэтому обычно КПД трансформатора выражают через полную мощность

где S_2ном – полная номинальная мощность трансформатора;

cos- коэффициент мощности нагрузки (потребителя);

S_2ном cos= Р_2ном – номинальная активная мощность трансформатора.

Для того, чтобы трансформатор при длительной работе в номинальном режиме не перегревался, выбор мощности трансформатора производят по условию S_2ном S_н =

где S_н и Р_н – полная и активная мощности, потребителя.