5.8. Изменение выходного напряжения трансформатора при изменении тока нагрузки. Внешняя характеристика трансформатора

Важной характеристикой трансформатора является внешняя характеристика, которая определяется зависимостью выходного напряжения от тока нагрузки. В случае трансформаторов эта зависимость определяется не только величиной сопротивления нагрузки, но и характером этой нагрузки (активно-индуктивным или активно-емкостным). Теоретически сопротивление нагрузки может быть представлено в комплексной форме. Тогда можно сказать, что вид внешней характеристики зависит от модуля и аргумента сопротивления нагрузки.

Для упрощения анализа характеристики в схеме замещения трансформатора пренебрежем цепью намагничивания трансформатора, что оправдано в случае мощных трансформаторов.

Рис. 5.16

Если , тогда и схема замещения такого приведенного к вторичной обмотке трансформатора будет выглядеть так, как показано на рис. 5.16.

При одинаковом модуле сопротивления нагрузки фазовый сдвиг между выходным напряжением и током будет различным.

Векторная диаграмма трансформатора для случая активно-индуктивной нагрузки представлена на рис. 5.17 и активно-ем­кост­ной нагрузки представлена на рис. 5.18.

Рис. 5.17 Рис. 5.18

При неизменном втором токе (токе вторичной обмотки) треугольник АВС, представляющий падение напряжения на сопротивлениях и , останется неизменным. Направления векторов , , , сохранятся при изменении характера нагрузки.

Пользуясь такой векторной диаграммой можно проследить изменение выходного напряжения при изменении коэффициента мощности нагрузки .

Если напряжение и ток остаются неизменными, а аргумент сопротивления нагрузки изменяется, изменение напряжения определяется следующим образом (рис. 5.19).

Рис. 5.19

Из точки 0 проводят окружность радиусом, равным в масшта-бе . Для наглядности вектор расположен вертикально. Относительно из центра 0 строится треугольник короткого замыкания . При этом катет пропорционален падению напряжения , а катет пропорционален падению напряжения . Из полученной точки проводится вторая окружность с радиу-сом (как и первая окружность). Последняя окружность являет­ся геометрическим местом конца вектора выходного напряжения . Диаграмма наглядно показывает влияние характера нагрузки на выходное напряжение. Так, при выходное напряжение больше, чем при (см. рис. 5.19). Таким образом, при изме­нении фазового сдвига между напряжением и током от до вектор входного напряжения, оставаясь неизменным по величине, изменит положение от до . Вектор выходного напряже­ния при этом изменит положение от до . Нетрудно заме­тить то, что длина вектора выходного напряжения уменьшается.

На рис. 5.20 представлена упрощенная векторная диаграмма приведенного к вторичной обмотке трансформатора при резистивно-индуктивной нагрузке .

Рис. 5.20

В реальных условиях длина вектора падения напряжения AC гораздо меньше напряжений OA и OC, которые пропорциональны и . Можно предположить, что или , т. е. абсолютное при­ращение выходного напряжения в этом случае равно произведению тока на сумму, зависящую от сопротивлений потерь трансформатора и характера нагрузки. Относительное приращение напряжения, выраженное в процентах, определяется формулой

.

Рис. 5.21

Эта формула определяет изменение напряжения на выходе трансформатора в функции коэффициента мощности . График этой функции при неизменном токе нагрузки представлен на рис. 5.21. Поведение графика легко объясняется анализом векторной диаграммы, изображенной на рис. 5.19.