9. Работы трансформаторов под нагрузкой. Изменение вторичного напряжения. Кпд трансформатора.

При работе трансформатора под нагрузкой его вторичная обмотка замкнута на внешнее сопротивление, и по цепи проходит ток I₂. Ток вторичной обмотки I₂ создает в ней м. д. с, которая действует в том же магнитопроводе и направлена в соответствии с законом Ленца против м. д. с. первичной обмотки. Результирующий маг­нитный поток будет создаваться совместными действиями обеих м. д. с. Первичный ток намагничивает сердечник Т, ток вторичной обмотки его размагничивает. Однако уменьшение общего магнитного потока вызывает умень­шение E₁ наводимой в первичной обмотке. С уменьшением этой э. д. с. увеличивается ток I₁ величина которого ограничивается действием E₁ а это вызывает увеличение, намагничивающего по­тока Ф до его прежней величины. Таким образом, намагничивающий магнитный поток при изменении нагрузки практически остается неизменным.

При работе трансформатора под нагрузкой магнитный поток Ф в сердечнике создается по закону полного тока магнитодвижущими силами обеих обмоток. Поэтому можно написать следующее урав­нение магнитодвижущих сил

откуда

При номинальных нагрузках ток I₀ мал и им можно прене­бречь, считая I₀≈0. Тогда,

I в первичной и вторичной обмотках обратно пропорцио­нальны числу витков обмоток.

U₁ приложенное к первичной обмотке, при работе Т под нагрузкой уравновешивается E₁ и падениями напряжения на сопротивлениях — активном I₁r₁ и реактивном (сопротивлении рассеяния) jI₁x₁. Таким образом

Соответственно U, действующее на зажимах вторич­ной обмотки

И зменение вторичного U двухобмоточного трансфор­матора при номинальном режиме работы и определенном коэффи­циенте мощности определяется как разность между вторичным напряжением xx U₂₀, соответствующим номинальному первичному напряжению U_1H, и U₂, соответствующим заданной нагрузке трансформатора, т.е.

Процентное изменение U трансформатора ΔU определяют по упрощенной диаграмме. П ри построении диаграммы током I₀ пренебрегают (незначителен: 0,05—0,1 I_н). abc - треугольником кз .ас= U_к.з.= I₁ Z_к.з. , ba= U_к.з.х= I₁ x_к.з cb= U_к.за= I₁ r_к.з

Дополнительное построение: из точек а и b строим перпендикуляры ad и bf на продолжение вектора- U₂ . Отрезок cd может считаться равным разности напряжений U_1Н-U₂ =сf-fd В то же время cf=U_K3acosφ₂, fd—U_K.₃._Xsinφ₂. Получаем

полученное выражение действительно лишь при номинальной нагрузке Т. Чтобы выражением можно было использовать при нагрузке, вводится коэффициент нагрузки

Тогда формула приобретет вид.

Таким образом, изменение вторичного напряжения трансформатора зависит не только от величины, но и от характера на­грузки. График зависимости вторичного напряжения от тока нагрузки называется внешней характеристикой трансформатора.Как видно из характеристики [U₂=f(/₂) (рис. 8.15)], с увели­чением нагрузки от нуля до Uном на зажимах вторичной обмотки уменьшается в связи с увеличением падения U в ней. Обычно внешние характеристики снимаются при cosφ₂=l и cosφ₂=0,8, определяющих наиболее важные ре­жимы работы Т. Форма кривой зависит от характера нагрузки. При работе Т с отстающим током, активноиндуктивной нагрузкой, кривая имеет падающий вид, при работе Т с опережающим током, активно-емкостной нагрузкой,— восходящий вид.

Коэффициент полезного действия трансформатора

P₂ полезная мощность трансформатора

Р_пот - суммарные потери в трансформаторе ( Р_пот=Р_СТ-+P_М= Р₀+ Р_К.З.);

т — число фаз;

r_К.З.75—активное сопротивление короткого замыкания при 75° С.

К . п. д. трансформатора зависит от нагрузки, поэтому если нагрузка трансформатора отличается от номинальной, то при определении к. п. д. учитывается коэффициент нагрузки β=/₂/I_2H, тогда

К. п. д. трансформатора имеет наибольшее значение, когда потери кз = потерям хх, т. е.

В современных силовых трансформаторах

следовательно, максимальное значение к. п. д. =0,7 0,5.

К. п. д. Т достаточно высок и для силовых Т находится в пределах от 0,96 до 0,99 в зависимос­ти от их номинальной мощности.