Работа трансформатора под нагрузкой

Для исследования работы трансформатора под нагрузкой используется схема рис. 3.9. Один выключатель (В1) должен быть уже включен.

Рис. 3.9

К трансформатору подводят синусоидальное напряжение U₁=U_1H=const, ступенями изменяют его нагрузку доI₂=1,2I_2Hи измеряютU_1H,I₁,P₁(cosφ₁),U₂,I₂.

По данным исследования определяют полезную мощность трансформатора Р₂,cosφ₁(если измеряютP₁) иP₁(если измеряютcosφ₁), суммарную мощность потерь ΣΔP, мощности потерь в стали Р_Си меди Р_Ми строят его характеристикиI₁,P₁,U₂, η,cosφ₁=f(P₂). Описанный метод получения характеристик трансформатора называетсяметодом непосредственной нагрузки, он применяется для трансформаторов небольшой мощности.

Полезная мощность трансформатора

P₂=U₂I₂cosφ₂,

где φ₂- угол сдвига фаз междуU₂ иI₂.

Коэффициент мощности трансформатора

.

Суммарная мощность потерь трансформатора

.

Мощность потерь в меди обмоток трансформатора

где Р_С- мощность потерь в стали сердечника, равная мощности приI₂=0 иU₁=U_1H.

КПД трансформатора

.

Характеристики трансформатора представлены на рис. 3.10.

Рис.3.10

У трансформаторов средней и большой мощности разность между P₁иP₂очень мала, а поэтому их основные характеристикиU₂, η=f(P₂)=f(I₂) получают косвенным путем по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

Зависимость U₂=f(P₂) илиU₂=f(I₂) илиU₂=f(β) называетсявнешней характеристикой трансформатора. НапряжениеU₂при любой нагрузке рассчитывается по формуле

.

где U_2X=U_2H- напряжение на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе; Δu₂- относительное изменение вторичного напряжения (в процентах)

.

где β - коэффициент нагрузки трансформатора:

,

φ₂- угол сдвига фаз междуU₂иI₂.

Номинальные токи однофазного трансформатора рассчитывают исходя из формулы

,

где S_H- номинальная мощность трансформатора по паспортным данным.

Зная паспортные данные трансформатора (S_H,U_2H,P_KH,U_K), последовательно задают значениямиI₂и рассчитывают соответствующие этим значениям токи, величины β, ΔU₂,U₂. По данным расчета строят внешнюю характеристику трансформатораU₂=f(P₂), характер которой определяется уравнением

,

где Р_1XH, Р_XН- мощность потерь в стали приU₁=U_1H(по данным опыта холостого хода), мощность потерь в меди обмоток приI₁=I_1HиI₂=I_2H(по данным опыта короткого замыкания).

При cosφ₂=constКПД является функциейβ. η=f(β) имеет максимум в момент равенства постоянных потерь в стали (P_1XH=const) переменным потерям в меди (, где).

Обычно для трансформаторов в зависимости от их мощности β_опт=0,5÷0,7.

В зависимости от мощности номинальное значение КПД трансформаторов находится в пределах 0,7 - 0,995.

Анализ формулы показывает, что при малых значениях βмощность потерь в медиувеличивается менее интенсивно, чем полезная мощностьи КПД быстро растет. При больших значениях интенсивность увеличения мощности потерь в меди и полезной мощности выравниваются и рост КПД замедляется. При равенстве этих потерь (β_опт) КПД достигает максимального значения. При значенияхβ>β_оптмощность потерь в меди увеличивается более интенсивно, чем полезная мощность, и КПД уменьшается. Этим объясняется характер зависимости η=f(P₂), приведенной на рис. 3.9. При одних и тех же значенияхβкоэффициент полезного действия будет тем меньше, чем меньшеcosφ₂.