2.5.3 Внешняя характеристика трансформатора

Внешняя характеристика трансформатора это зависимость U₂ от тока I₂. Если пренебречь током холостого хода, то эквивалентная схема трансформатора рис.2.20, принимает вид рис.2.23.

Рисунок 2.23 – Эквивалентная схема трансформатора для построения

внешней характеристики

Учитывая, что , напряжение

(2.28)

Построим векторную диаграмму, относительно вектора тока I’₂ , как показано на рис. 2.24.

Рисунок 2.24 – Пояснения к построению внешней характеристики

Если сопротивление нагрузки активно, то напряжение совпадает по фазе с током. Сумма же. Величина приложенного напряжения U₁= const, очевидно, что при изменении тока , будет изменяться и падение напряженияна внутреннем сопротивлении трансформатора. То есть внешняя характеристика имеет падающий характер, как показано на рис. 2.25.

Рисунок 2.25 – Внешняя характеристика трансформатора при

активной нагрузке

Рассмотрим влияние характера нагрузки на внешнюю характеристику.

Пусть величина тогда и. Считаем, что изменяется только характер нагрузки, то есть угол сдвига между векторамиU₁ и I^’₂, тогда

(2.29)

При изменении угла изменяется и величина вектораU₂^’ , как показано на рис.2.26.

Рисунок 2.26 – Векторная диаграмма трансформатора при

комплексной нагрузке

При индуктивном характере нагрузки , а при ёмкостном характереможет быть больше. Тогда внешняя характеристика трансформатора принимает вид рисунка 2.27.

Рисунок 2.27 – Внешняя характеристика трансформатора при

комплексной нагрузке

2.5.4 Коэффициент полезного действия трансформатора

Под КПД трансформатора понимается отношение активной мощности отдаваемой в нагрузку к активной мощности, потребляемой от сети [1]:

, (2.30)

где P_c – потери в сердечнике (динамические и статические);

–потери в обмотках (– сопротивление обмоток, приведённое к вторичной цепи).

Трансформатор может работать не только в номинальном режиме. Для оценки степени загрузки трансформатора по току вводят понятие коэффициента загрузки , где I_2Н – номинальный ток трансформатора. Тогда и (2.30) принимает вид

(2.31)

Потери в сердечнике P_c – не зависят от коэффициента загрузки β ( то есть от тока I ₂ , это потери холостого хода ).

Если исследовать (2.31) на экстремум по β, то КПД будет иметь максимум () при , что соответствует β_ОПТ = 0,5…0,6. На рис. 2.28 показана зависимость этих потерь и КПД от.

Рисунок 2.28 – Зависимость КПД от коэффициента загрузки

Потери в обмотках пропорциональны квадрату коэффициента загрузки. При постоянной нагрузке устанавливают β = 1, что выполняется в маломощных трансформаторах. В мощных трансформаторах при изменяющейся нагрузке выбирают β ≈ β_ОПТ, что соответствует наименьшим потерям. Крутизна этой зависимости невысокая, максимум выражен слабо и, поэтому, условие не является строгим. Для примера приведём практические значения КПД и коэффициента мощности () для маломощных трансформаторов при частоте 50 Гц. Они представлены на рис. 2.29 [31].

Рисунок 2.29 – Зависимость КПД и коэффициента мощности от

выходной мощности трансформатора

На рисунке 2.29 буквой Р обозначена активная мощность нагрузки трансформатора. Видно, что с ростом выходной мощности растут и энергетические показатели трансформатора.