5.9. Внешняя характеристика трансформаторов

Внешней характеристикой трансформаторов называют зависимость выходного напряжения от тока нагрузки при постоянном коэффициенте мощности нагрузки. Эта важная характеристика трансформатора показывает, как изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки.

Внешнюю характеристику трансформатора теоретически получить достаточно просто. Ранее была получена формула для определения падения напряжения на сопротивлении короткого замыкания , приведенного к вторичной обмотке. Если из входного напряжения, приведенного к вторичной обмотке, вычесть падение напряжения , то мы получим выходное напряжение при изменении тока нагрузки и постоянном коэффициенте мощнос- ти

.

Полученное уравнение является уравнением внешней характеристики трансформатора.

Внешнюю характеристику трансформатора можно построить графически. Рассмотрим векторную диаграмму, изображенную на рис. 5.22. Примем начальную фазу тока вторичной обмотки равной нулю. При неизменной величине входного напряжения падение напряжения на сопротивлении изменяется пропорционально току .

Рис. 5.22

Для удобства построения сначала строится векторная диаграмма для случая номинальной силы тока и какого-то выбранного значения фазового угла . Откладывается горизонтально вектор тока . Из той же точки строится вектор падения напряжения на сопротивлении . Оно равно произведению . Из конца полученного вектора перпендикулярно ему проводится вектор падения напряжения . Результатом проведенных построений является точка . Из точки под углом проводится прямая до пересечения с окружностью, проведенной из точ- ки 0 радиусом, длина которого пропорциональна .

Вектор является вектором выходного напряжения при номинальной нагрузке и заданном коэффициенте мощно- сти . Для получения значений выходного напряжения при других значениях тока вторичной обмотки на стороне ОС откладывается отрезок OD, пропорциональный току (например ). Из полученной точки D проводится прямая , параллельная СB, до пересечения с дугой проведенной из точки 0 радиусом . Длина отрезка DB пропорциональна выходному напряжению . При токе вторичной обмотки, равном нулю, вектор выходного напряжения будет равен входному напряжению .

Рис. 5.23

Так как изменение выходного напряжения зависит от коэффициента мощности нагрузки, то при различных значениях получают различные внешние характеристики (рис. 5.23). Изменение выходного напряжения + . Из формулы следует, что при , т. е. при резистивно-индуктив­ном характере нагрузки имеет большее значение, чем при резистивном характере.

может иметь отрицательное значение при . Это объясняется тем, что, как правило, , а при емкостно-резистивной нагрузке вторая слагаемая изменения выходного напряжения имеет отрицательный знак. С другой стороны, при изменении в области отрицательных значений (от 0 до 30 ) синус растет быстрее, чем уменьшается косинус . Общий вид внешних характеристик трансформатора приведен на рис. 5.23.

У силовых трансформаторов при изменении тока от нуля до номинального значения, выходное напряжение изменяется на 510 процентов.