1.6 Електрична схема заміщення трансформатора

Для дослідження режимів роботи трансформатора і розрахунку мереж доцільно магнітний зв’язок між первинним і вторинним контуром замінити електричним зв’язком. З’єднання перемичками ас і bd в схемі на рис. 1.4,б можливо тільки при умові U_ас=U_bd. Цим вимогам задовільняє умова , тут називається переведеною е.р.с.

Еквівалентність енергетичних співвідношень в трансформаторі і його схема заміщення не будуть порушені, якщо повна потужність , активна і реактивна , а також потужність навантаження залишується без змін. Підставляючи ці значення, маємо

; ; ; ; ;  (19)

Ці параметри називаються приведеними (до числа витків w₁).

Повна система рівня електричного і магнітного стану трансформатора з врахуванням приведення вторинної обмотки до первинної по кількості виткків і має слідеючий вигляд:

; ; (20)

Ці рівняння описують електромагнітні процеси в двухконтурній схемі, яка носить назву еквівалентної схеми заміщення трансформатора. На рис. 1.7,а представлена Т – подібна схема заміщення трансформатора. В тих випадках, коли Z₁І₁ мале в порівнянні з U₁ рахують U₁≈ U, схема заміщення спрощується (рис. 1.7,б). Така схема називається Г – подібною, в якій:

;

В режимах роботи трансформатора приблизних до короткого замикання, коли І₁₀<< І₁ з схеми рис.1.7,б виключається гілка R_м–Х_м (рис. 1.7,в).

Рис. 1.7.

Еквівалентні схеми заміщення трансформатора для аналізу і розрахунків режимів його роботи, тому їх називають розрахунковими схемами заміщення трансформатора.

1.7 Зовнішня характеристика трансформатора

Робочі властивості трансформатора характеризуються залежністю напруги на навантаженні U₂ і ККД η від струму І₂. Залежність U₂=f(І₂) при різному характері навантаження (активний, індуктивний, ємнісний) називається зовнішньою характеристикою трансформатора.

Зовнішня характеристика трансформатора і залежність η=f(І₂) можуть бути отримані дослідним шляхом або розраховані по еквівалентній схемі заміщення. В останьому випадку рівняння електричного стану, отримане з Г – подібної схеми заміщення (рис. 1.7,в) має вигляд

(21)

Рис. 1.8.

Вигля залежності U₂=f(І₂) визначається характером навантаження. При ємнісному характері навантаження із збільшенням І₂ напруга U₂ зростає а при індуктивному характері зменшується (рис. 1.8,а).

К.к.д. трансформатора дорівнює відношенню корисної активної потужності Р₂ до всієї активної потужності, яка поступає з мережі

(22)

де Р_ст – втрати потужності в сталі магнітопроводу, Вт;

Р_м – втрати потужності в міді обмоток, Вт.

Корисна потужність трансформатора при будь якому характері навантаження

(23)

де S_н – повна потужність трансформатора, В∙А;

– коефіціент навантаження.

Втрати в сталі Р_ст не залежить від навантаження і дорівнюють втратам холостого ходу. Втрати в обмотках Р_м пропорційні квадрату струму

Остаточно

(24)

Залежності Р_м, Р_ст і η від коефіціента навантаження β приведені на рис. 1.8,б. Залежність η=φ(β) має максимум при навантажені коли Р_ст= Р_м. к.к.д. досягає 95...99,5%. Шляхом підбору параметрів обмоток і магнітопроводу для силових трансформаторів вибирають η_мах при β = 0,5...0,7 тому, що вони найчастіше працюють з недовантаженням.