Внешняя характеристика трансформатора

При изменении нагрузки трансформатора напряжение на зажимах вторичной обмотки U также изменяется. Колебания напряжения U с изменением нагрузки характеризуются так называемым процентным изменением напряжения:

Это весьма важная характеристика, она показывает нестабильность вторичного напряжения при колебаниях нагрузки. Величину можно определить и аналитически по паспортным данным:

где - коэффициент нагрузки.

Полученное выражение можно преобразовать, если использовать составляющие напряжения Uк%:

отсюда видно, что процентное изменение напряжения пропорционально нагрузке и ее коэффициенту мощности.

Зная величину U% нетрудно определить напряжение на нагрузке:

Зависимость U2= f(I2) (или U = f( )), определенная при U1=U2ном и , получила название внешней характеристики трансформатора.

Графически зависимость U2 = f(I2) представляет собой прямую, наклон которой зависит от характера нагрузки.

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки от тока нагрузки при постоянном первичном напряжении, частоте и cos φ₂.

Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

Параметры короткого замыкания

ток , откуда схема замыкания т.е. схема замещения при коротком замыкании представляет собою цепь, состоящую из двух последовательных сопротивлений.

Векторная диаграмма холостого хода трансформатора

Вектор основного магнитного потока Ф₁ индуктирует э. д. с. Е₁ и Е₂ в первичной и вторичной обмотках. Векторы этих э. д. с. отстают от вектора магнитного потока Ф на 90°.

Ток холостого хода I₀ опережает вектор Ф на угол потерь α, который равен 5—7°.

Магнитный поток рассеяния, совпадающий по фазе с вектором тока, так как его силовые линии замыкаются по воздуху, индуктирует в первичной обмотке э. д. с. рассеяния E_рс1 вектор которой отстает на 90° от вектора Ф_рс1.

Ток холостого хода I₀, проходя по активному сопротивлению обмотки r₁, создает в обмотке э. д. с. активного сопротивления Е_а1, направленную против тока. Таким образом, на диаграмме изображены все обратные э. д. с, которые уравновешивают вектор напряжения сети.

Векторная диаграмма показывает сдвиг по фазе индуктируемых в обмотках трансформатора э. д. с. по отношению к основному магнитному потоку Ф. На ней видно, что приложенное к первичной обмотке трансформатора напряжение U₁ уравновешивается обратными э. д. с. Так как при холостом ходе I₀r₁ и I₀ x₁ имеют очень малые значения, то ими пренебрегают и считают, что напряжение при холостом ходе уравновешивается практически только э. д. с. Е₁.

Активно-индуктивная нагрузка трансформатора

Векторная диаграмма трансформатора при активно-индуктивной нагрузке:

а — полная, б — для вторичной обмотки

Так как нагрузка на трансформатор активно-индуктивная, то ток I’₂ отстает от вектора э. д. с. Е'₂ на угол ψ.

Согласно уравнению э. д. с. для вторичной обмотки, напряжение на зажимах вторичной обмотки U'₂ можно рассматривать как геометрическую сумму э. д. с, индуктируемых в этой обмотке. Во вторичной обмотке индук-тируются следующие э. д. с:

1) э. д. с. Е'₂, создаваемая основным магнитным потоком Ф_м;

2) э. д. с. рассеяния Е_рс2, создаваемая магнитным потоком рассеяния Ф_рс2, который совпадает по фазе с током I'₂, а вектор э. д. с. Е’_рс2 отстает от вектора магнитного потока рассеяния Ф_рс2 на 90°;

3) э. д. с. активного сопротивления Е'_а , создаваемая током I'₂ на активном сопротивлении вторичной обмотки r'₂ и направленная против тока.

Уравнение э. д. с. вторичной обмотки принимает такой вид

Сложив геометрически все три вектора э. д. с, получим вектор напряжения на зажимах обмотки U'₂. Угол между векторами тока и напряжения обозначим через φ₂. При чисто активной нагрузке φ₂ = 0.

Для построения полной векторной диаграммы находим вектор тока I₁. Для этого поворачиваем вектор тока I'₂ на 180° и, складывая его геометрически с вектором тока I₀, находим ток I₁

Согласно уравнению э. д. с. для первичной обмотки, подводимое к первичной обмотке трансформатора напря­жение уравновешивается суммой обратных э. д. с, индуктируемых в этой обмотке.

В первичной обмотке, как и в режиме холостого хода, индуктируются следующие э. д. с:

1) э. д. с. Е₁ — основным магнитным потоком Ф_м;

2) э. д. с. .Е_рс1 — магнитным потоком рассеяния Ф_рс1, который создается током I₁;

3) э. д. с. Е_а1 — током I₁ на активном сопротивлении обмотки r₁ , направленная против тока, т. е. по формуле (75)

Вектор напряжения, как и в режиме холостого хода, изображают в виде геометрической суммы трех составляющих, каждая из которых уравновешивает соответствующую обратную э. д. с.