6.2.5. Изменение напряжения трансформатора при нагрузке

При изменении нагрузки напряжение на вторичной обмотке трансформатора не остаётся постоянным. Зависимость вторичного напряжения U₂ от тока нагрузки I₂ при неизменных напряжении первичной обмотки, частоте сети и характере нагрузки (φ₂ = const) называется внешней характеристикой. Вид внешней характеристики зависит от вида нагрузки. При активно-индуктивной нагрузке (φ₂ > 0) с ростом тока I₂ напряжение убывает, при большой ёмкостной составляющей вторичного тока напряжение может возрастать. Вид внешних характеристик при разных характерах нагрузки приведён на рис. 6.6, там же показано изменение напряжения ΔU при активно-индуктивной нагрузке.

Изменением напряжения трансформатора называется арифметическая разность между вторичными напряжениями при холостом ходе и при номинальном токе нагрузки, когда напряжение и частота на первичной обмотке постоянны и равны номинальным значениям.

Изменение напряжения в относительных единицах:

Для расчётов при номинально токе нагрузки используется приближённая формула

(6.9)

где u_ка% и u_кr% – активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, %.

График зависимости изменения напряжения ΔU от φ₂ имеет вид, приведенный на рис. 6.7. При угле φ₂ = φ_к изменение напряжения достигает максимального значения, равного напряжению короткого замыкания: ΔU_%max= u_к%..

Рис. 6.6. Внешние характеристики трансформатора: 1 - при активно-индуктивной нагрузке; 2 - при активно-ёмкостной

Рис. 6.7. Зависимость изменения напряжения от φ₂

6.2.6. Коэффициент полезного действия трансформатора

Трансформация электрической энергии из первичной обмотки во вторичную обмотку и передача её потребителю сопровождается неизбежной потерей активной мощности в самом трансформаторе. Желательно, чтобы этот процесс происходил с наименьшими потерями и высоким коэффициентом полезного действия.

Коэффициент полезного действия (КПД) - отношение активной мощности Р₂, отдаваемой нагрузке (полезной мощности), к активной мощности, потребляемой из сети Р₁:

(6.10)

где - сумма потерь мощности в трансформаторе:

где P_он- магнитные потери при номинальном напряжении; - электрические потери в обмотках трансформатора, соответствующие текущему значению тока нагрузки;k_нг – коэффициент нагрузки, равный отношению текущего значения тока нагрузки к номинальному току вторичной обмотки

График зависимости КПД трансформатора от коэффициента нагрузки приведен на рис. 6.8. КПД трансформатора достигает максимального значения, как и во всех электрических машинах, при коэффициенте нагрузки когда постоянные потери равны переменным потерям:

.

Из этого выражения следует:

.(6.11)

Рис. 6.8.Зависимость КПД трансформатора от коэффициента нагрузки k_нг