2.8. Изменение вторичного напряжения

и внешняя характеристика трансформатора

Известно, что напряжение на зажимах источника напряжения при изменении тока приемника изменяется вследствие падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника. Зависимость U = f(I) называется внешней характеристикой источника питания.

Трансформатор также является источником питания одного или нескольких приемников, включенных на зажимы вторичной обмотки параллельно. Поэтому при изменении тока приемника вторичное напряжение изменяется вследствие падения напряжения внутри трансформатора на сопротивлении “короткого замыкания” z_к (сопротивлении обмоток).

Поскольку ток холостого хода в современных силовых трансформаторах сравнительно мал (0,8 - 10 % от номинального), во многих случаях при расчетах используют упрощенную схему замещения (рис. 11) без намагничивающего контура. Воспользуемся ею для определения изменения напряжения U₂ в режиме нагрузки относительно напряжения на вторичной обмотке при холостом ходе U₂₀. Указанное изменение

U₂ = (U₂₀ - U₂)/U₂₀ = ( - )/(45)

обычно невелико, но может неблагоприятно сказываться на работе некоторых приемников энергии (например, ламп накаливания, электрических двигателей).

Выведем формулу для расчета U₂, используя упрощенную схему замещения трансформатора (рис. 11) и соответствующую ей векторную диаграмму для обычного случая активно-индуктивной нагрузки (рис. 13). Так как для приведенного трансформатора = U₁, то

U₂ = (U₁ - )/U₁. (46)

Разность U₁ - на диаграмме из-за малости угла (₁ - ₂) практически равна отрезку , который можно выразить так:

_{. (47)}

Подставив значение длины отрезка в равенство (46), умножив и разделив правую часть уравнения наI_1н (условимся определять U₂ при номинальном токе) и приняв U₁ = U_1н, получим:

. (48)

Выражение (48) перепишем в виде

U₂ % = u_кa % cos₂ + u_кр % sin₂, (49)

где - коэффициент нагрузки (относительная нагрузка);

- относительное значение активной составляющей напряжения короткого замыкания;

- относительное значение реактивной составляющей напряжения короткого замыкания.

Из уравнения (49) следует, что изменение выходного напряжения трансформатора зависит как от значения нагрузки (), так и от ее характера (₂).

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость U₂ = f(I₂) при U₁ = const и cos₂ = const. Так как  = I₁/I_1н = I₂/I_2н, то зависимость U₂ = f() при cos₂ = const также является внешней характеристикой. На рис. 19 представлена внешняя характеристика трансформатора при активно-индуктивной нагрузке, где для каждого значения  рассчитаны значения U₂,

U₂ = U₂₀ - U₂, (50)

в котором U₂₀ - напряжение на вторичной обмотке при холостом ходе, принятое за 100 %.

Рис. 19. Зависимости коэффициента полезного действия ,

вторичного напряжения U₂ от коэффициента нагрузки 